ล้วงความลับดาวฤกษ์ดวงแรกๆ

ล้วงความลับดาวฤกษ์ดวงแรกๆ     17 พฤศจิกายน 2557 
  ทีมนักวิจัยที่นำโดย Miho Ishigaki จากสถาบัน Kavli IPMU มหาวิทยาลัยโตเกียว ได้ชี้ให้เห็นว่าปริมาณธาตุในดาวฤกษ์ที่ขาดแคลนเหล็กมากที่สุด สามารถอธิบายได้ว่าเป็นธาตุที่ผลักออกจากซุปเปอร์โนวาของดาวฤกษ์ดวงแรกๆ ในเอกภพ 

ภาพจากศิลปินแสดงซุปเปอร์โนวาของดาวดวงแรกๆ พร้อมไอพ่น

  การศึกษาเชิงทฤษฎีนี้เผยให้เห็นว่าดาวมวลสูงซึ่งมีมวลหลายสิบเท่าดวงอาทิตย์ นั้นมีอยู่ในบรรดาดาวฤกษ์ดวงแรกๆ การมีอยู่ของดาวมวลสูงเหล่านี้ได้ส่งผลอย่างมากต่อทฤษฎีการก่อตัวดาวในสภาพที่ขาดแคลนธาตุหนัก


ดาวที่ขาดแคลนเหล็กได้ให้แง่มุมเกี่ยวกับเอกภพยุคต้นเมื่อดาวฤกษ์และกาแลคซีรุ่นแรกสุดได้ก่อตัวขึ้น การค้นพบดาวที่ขาดแคลนเหล็กมากที่สุดครั้งล่าสุด SMSS J031300.36-670839.3(เรียกสั้นๆ ว่า SMSS J0313-6708) นั้นเป็นข่าวใหญ่ในช่วงต้นปี 2014 โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กับนักดาราศาสตร์ที่ทำงานในแขนงที่เรียกว่า โบราณคดีกาแลคซี


เมื่อเอกภพเริ่มต้นขึ้นมา มีแต่เพียงธาตุเบาเช่นไฮโดรเจนและฮีเลียมปรากฏอยู่เท่านั้น เมื่อดาวดวงแรกๆ เหล่านี้จบชีวิตที่รุ่งโรจน์แต่ทว่าอายุสั้นของพวกมัน เอกภพจะถูกเติมด้วยธาตุหนักซึ่งจำเป็นต่อการก่อตัววัสดุสารที่พบบนโลก ซึ่งรวมถึงมนุษยชาติ ด้วย ดังนั้นแล้ว ดาวที่ขาดแคลนเหล็กจึงมีอายุเก่าแก่กว่าดวงอาทิตย์อย่างมากและก่อตัวขึ้นเมื่อเอกภพมีธาตุหนักเพียงเล็กน้อยเท่านั้น


SMSS J0313-6708 เป็นดาวที่ขาดแคลนเหล็กมากที่สุดเท่าที่เคยพบมา สเปคตรัมของมันขาดแคลนเส้นดูดซับคลื่นของเหล็ก ปริมาณเหล็กขีดจำกัดสูงสุดอยู่ที่ประมาณ สิบส่วนในล้านส่วนของดวงอาทิตย์ และองค์ประกอบเหล็กของมันก็ต่ำกว่าดาวขาดแคลนเหล็กเกือบทั้งหมดที่เคยพบประมาณร้อยเท่า Kenichi Nomoto จาก Kavli IPMU กล่าวว่า เราตื่นเต้นมากๆ ที่ได้รับข่าวดาวที่ขาดแคลนเหล็กมากที่สุด


เมื่อดาวดวงนี้อาจจะเป็นบันทึกฟอสซิลที่เก่าแก่มากที่สุดและอาจจะแง้มให้เห็นธรรมชาติของดาวดวงแรกๆ ที่ไม่เคยได้ทราบ ดาวดวงแรกๆ ซึ่งก่อตัวขึ้นในเอกภพยุคต้นน่าจะส่งผลอย่างใหญ่หลวงต่อสภาพแวดล้อมของพวกมัน ยกตัวอย่างเช่น แสงอุลตราไวโอเลตที่ร้อนแรงจากดาวดวงแรๆ ช่วยทำให้เอกภพยุคต้นแตกตัวเป็นไอออน นอกจากนี้ การระเบิดซุปเปอร์โนวายังผลักธาตุหนักที่ช่วยก่อตัวดาวและกาแลคซีรุ่นต่อๆ ไป Ishigaki กล่าวว่า ผลกระทบของดาวเหล่านี้ต่อสภาพแวดล้อมขึ้นอยู่อย่างยิ่งยวดกับมวลที่พวกมันกำเนิดพร้อมมา อย่างไรก็ตาม การสำรวจมวลของดาวดวงแรกๆ โดยตรงไม่สามารถทำได้เนื่องจากพวกมันเกือบทั้งหมดน่าจะตายไปเมื่อนานแสนนานมาแล้ว


เนื่องจากองค์ประกอบเคมีที่ไม่ปกติของมัน นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์บางคนจึงสงสัยว่า SMSS J0313-6708 นั้นก่อตัวขึ้นจากก๊าซที่ถูกเติมด้วยวัสดุสารจากดาวดวงแรกๆ ซึ่งมีมวลประมาณ 60 เท่ามวลดวงอาทิตย์ และสังเคราะห์คัลเซียมจำนวนเล็กน้อยผ่านปฏิกริยาการสังเคราะห์ธาตุแบบพิเศษ ในอีกด้านหนึ่ง ทีมได้มุ่งเป้าไปที่ปริมาณคาร์บอนที่สูงเมื่อเทียบกับคัลเซียมและเหล็ก การศึกษาก่อนหน้านี้โดย Nozomu Tominaga จากมหาวิทยาลัยโคนัน/Kavli IPMU บอกว่ารายละเอียดลักษณะดังกล่าวนั้นสอดคล้องกับซุปเปอร์โนวาที่ธาตุที่สังเคราะห์ได้ตกกลับลงมา อย่างไรก็ตาม คำถามก็คือลำดับเหตุการณ์ดังกล่าวนี้สามารถอธิบายรูปร่างปริมาณใน SMSS J0313-6708 ซึ่งเป็นดาวที่ขาดแคลนเหล็กมากที่สุดได้ด้วยหรือไม่


ทีมเปรียบเทียบปริมาณที่สำรวจพบกับปริมาณทางทฤษฎีของธาตุที่ผลักออกจากซุปเปอร์โนวาของดาวมวล 25 ถึง 40 เท่าดวงอาทิตย์ พวกเขาสรุปว่ารูปแบบปริมาณที่สำรวจพบสามารถทำซ้ำได้ถ้าดาวที่มีมวลช่วงดังกล่าวเกิดซุปเปอร์โนวาแบบพิเศษซึ่งวัสดุสารที่ผลักออกมาเกือบทั้งหมดตกกลับสู่เศษซากที่ใจกลาง การระเบิดที่ไม่สมมาตรอย่างแรงนี้เกี่ยวข้องกับรายละเอียดที่คล้ายไอพ่นซึ่งน่าจะสร้างซุปเปอร์โนวาชนิดนี้ขึ้น ด้วยเหตุที่มีไอพ่น เหล็กและคัลเซียมซึ่งอยู่ลึกภายในดาวมวลสูง จึงถูกผลักออกมาพร้อมไอพ่น แต่วัสดุสารที่ถูกผลักออกมาส่วนใหญ่ตกกลับไปตามระนาบศูนย์สูตร เนื่องจากคาร์บอนนั้นมีอยู่ในพื้นที่ส่วนนอกมากมาย มันจึงถูกผลักออกไปเกือบทั้งหมดโดยไม่ตกกลับคืนมา แบบจำลองนี้ประสบความสำเร็จในการอธิบายปริมาณคัลเซียมที่ต่ำ, การไม่พบเหล็ก และปริมาณคาร์บอนที่สูงที่พบใน SMSS J0313-6708


Nomoto กล่าววว่า ถ้าซุปเปอร์โนวาลักษณะนี้มีอยู่จริง ผลที่ได้จะสนับสนุนการทำนายทางทฤษฎีที่ว่าดาวดวงแรกๆ น่าจะเป็นดาวมวลสูงทั่วๆ ไปแทนที่จะเป็นปีศาจที่มีมวลหลายร้อยเท่าดวงอาทิตย์ เมื่อธาตุหนักแสดงบทบาทในการก่อตัวดาวผ่านแรงดึงโน้มถ่วงของก๊าซในห้วงอวกาศ ดาวดวงแรกๆ ซึ่งก่อตัวขึ้นโดยปราศจากธาตุหนักก็น่าจะแสดงคุณลักษณะที่ค่อนข้างแตกต่างไปเมื่อเทียบกับสิ่งที่สำรวจพบเป็นปกติในทางช้างเผือกในปัจจุบัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อไม่มีธาตุหนัก นักวิจัยบางคนได้บอกว่าดาวอาจจะมีมวลสูงได้หลายร้อยเท่าดวงอาทิตย์ การมีอยู่ของดาวที่มีขนาดเล็กกว่าดาวปีศาจในบรรดาดาวดวงแรกๆ อาจจะส่งผลต่อทฤษฎีการก่อตัวดาวที่สภาพที่ปราศจากธาตุหนัก


การศึกษาในอนาคต นักวิจัยควรจะทำแบบจำลองเสมือนจริงการก่อตัวดาวดวงแรกๆ ในเอกภพยุคต้นเพื่อทำซ้ำผลสรุปปัจจุบันนี้ Ishigaki กล่าวว่า เรื่องต่อไปก็คือการตรวจสอบว่าดาวมวลสูงน้อยกว่านั้นเป็นเรื่องปกติในกลุ่มดาวฤกษ์ดวงแรกๆ หรือไม่ ในอนาคตอันใกล้ เราน่าจะได้ข้อมูลที่มากขึ้นจากดาวฤกษ์ที่ขาดแคลนโลหะจำนวนหนึ่ง เมื่อปรับข้อมูลเหล่านี้มาใช้กับวิธีการที่เราใช้ในการศึกษานี้ เราจะเปิดช่องสู่ธรรมชาติที่ไม่เคยรู้จักของดาวดวงแรกๆ ได้

rook   :รายงาน
 
แหล่งที่มา: astronomy.com : most metal-poor star hints at universe’s first supernovae 

Share on Google Plus

About Unknown

This is a short description in the author block about the author. You edit it by entering text in the "Biographical Info" field in the user admin panel.