กำเนิดดาวหลายรุ่นในกระจุกดาวทรงกลม

 

 

ท่ามกลางสิ่งที่สวยงามที่สุดในเอกภพก็คือ กลุ่มก้อนของดาวที่อยู่กันหนาแน่นและระยิบระยับ ซึ่งเรียกกันในชื่อว่า กระจุกดาวทรงกลม(globular cluster) บางกระจุกอาจจะมีอายุได้ถึง 13 พันล้านปี ทำให้กระจุกทรงกลมเป็นหนึ่งในโครงสร้างที่เก่าแก่ที่สุดในเอกภพ

 

นักดาราศาสตร์คิดกันมานานแล้วว่ากระจุกดาวทรงกลมก่อตัวดาวหลายล้านดวงขึ้นมาในคราวเดียวในช่วงเวลาที่ใกล้เคียงกัน ซึ่งดาวในแต่ละกระจุกจะมีอายุที่ใกล้เคียงกันมากจนแทบจะเป็นพี่เป็นน้องกัน แต่การค้นพบดาวอายุน้อยในกระจุกทรงกลมเก่าแก่เมื่อเร็วๆ นี้ ได้ทำลายภาพความเป็นระเบียบนี้อย่างย่อยยับ

 

 

แทนที่จะมีดาวทั้งหมดที่เกิดขึ้นพร้อมกันในคราวเดียว บางครั้ง กระจุกทรงกลมก็อาจมีดาวรุ่นที่สองหรือแม้แต่รุ่นที่สามได้ ขณะนี้ การศึกษาใหม่ที่นำโดยนักวิจัยจากสถาบันคัฟลี่เพื่อดาราศาสตร์และดาราศาสตร์ฟิสิกส์(KIAA) ที่มหาวิทยาลัยเป่ยจิง และรวมถึงนักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยนอร์ธเวสเทิร์น, ท้องฟ้าจำลองแอดเลอร์ และหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์แห่งชาติแห่งสำนักวิทยาศาสตร์จีน(NAOC) อาจจะอธิบายปริศนาเหล่านี้ในการสร้างดาวหลายรุ่นได้

 

คำอธิบายที่ตรงไปตรงมาที่สุดสำหรับอายุดาวที่แตกต่างอย่างคาดไม่คิดคืออะไร กระจุกดาวทรงกลมบางส่วนอาจจะมีก๊าซและฝุ่นอยู่มากพอที่จะสร้างดาวได้หลายรุ่น แต่ก็ไม่น่าเป็นเช่นนั้น Aaron M. Geller ผู้เขียนร่วมการศึกษาจากมหาวิทยาลัยนอร์ธเวสเทิร์น และท้องฟ้าจำลองแอดเลอร์ ในชิคาโก กล่าว เมื่อดาวมวลสูงสุดได้ก่อตัวขึ้น พวกมันน่าจะเหมือนระเบิดเวลาโดยมีเวลาเพียง 10 ล้านปีจนกว่าพวกมันจะระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวา และกวาดเอาก๊าซและฝุ่นที่เหลืออยู่ออกไปจนหมด หลังจากนั้น ดาวที่มวลต่ำกว่า ซึ่งอยู่นานกว่าและตายในแบบที่รุนแรงน้อยกว่า ก็อาจจะยอมให้กระจุกได้สะสมก๊าซและฝุ่นขึ้นใหม่อีกครั้ง

 

ด้วยการสำรวจโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ทีมวิจัยได้พบประชากรดาวอายุน้อยภายในกระจุกทรงกลมซึ่งดูเหมือนจะพัฒนาตัวขึ้นมาจากก๊าซที่กำลังก่อตัวดาวซึ่งไหลจากภายนอกกระจุกเอง เป็นครั้งแรก วิธีการนี้ค้านกับแนวความคิดดั่งเดิมว่า ดาวตั้งต้นในกระจุกจะทิ้งก๊าซเมื่อพวกมันอายุมากขึ้น เพื่อที่จะเริ่มการกำเนิดดาวรุ่นต่อไป การศึกษาเผยแพร่ในวารสาร Nature ฉบับวันที่ 28 มกราคม

 

การศึกษานี้ได้ให้แง่มุมใหม่ๆ เกี่ยวกับปัญหาประชากรดาวหลายรุ่นในกระจุกดาว Chengyuan Li ผู้เขียนนำการศึกษา นักดาราศาสตร์ที่ KIAA และ NAOC ซึ่งก็ร่วมงานกับหอสังเกตการณ์ภูเขาม่วง ด้วย การศึกษาของเราบอกว่าเชื้อเพลิงก๊าซสำหรับประชากรดาวรุ่นใหม่เหล่านี้ มีกำเนิดจากภายนอกกระจุก แทนที่จะเป็นภายในกระจุก หรือพูดง่ายๆ คือ ดูเหมือนว่ากระจุกดาวทรงกลมจะรับอุปการะดาวอายุน้อย หรืออย่างน้อยสุด ก็วัสดุสารที่จะก่อตัวดาวใหม่ๆ แทนที่จะผลิตเด็กขึ้นเอง

 

Richard de Grijs นักดาราศาสตร์ที่ KIAA และอาจารย์ที่ปรึกษาปริญญาเอกของ Chengyuan Li กล่าวว่า คำอธิบายของเราก็คือ ประชากรดาวรุ่นที่สองมีกำเนิดจากก๊าซที่สะสมตัวจากสภาพแวดล้อมของกระจุก เป็นแนวคิดทางเลือกที่ดีที่สุดเท่าที่มี กระจุกทรงกลมดูเหมือนจะมีความซับซ้อนมากกว่าที่เราเคยคิดไว้

กระจุกดาวทรงกลมเป็นก้อนของดาวที่อัดตัวกันเป็นทรงกลม โคจรอยู่ที่ส่วนนอกของกาแลคซี ทางช้างเผือกของเราเองก็มีกระจุกทรงกลมหลายร้อยแห่ง อย่างไรก็ตาม เกือบทั้งหมดเหล่านี้เป็นกระจุกทรงกลมขนาดใหญ่ท้องถิ่นที่มีอายุมาก ดังนั้น ทีมวิจัย KIAA จึงเบนความสนใจไปที่กระจุกที่มีอายุน้อยและอายุปานกลางที่พบในกาแลคซีแคระใกล้ๆ 2 แห่ง ที่เรียกว่า เมฆมาเจลลัน(Small-, Large Magellanic Cloud)

 

นักวิจัยใช้การสำรวจกระจุกทรงกลม NGC 1783 และ NGC 1696 ในเมฆมาเจลลันใหญ่ พร้อมทั้ง NGC 411 ในเมฆมาเจลลันเล็กของกล้องฮับเบิล เพื่อบอกอายุของดาวคร่าวๆ โดยการพิจารณาสีและความสว่าง ยกตัวอย่างเช่น ใน NGC 1783 ทีมได้จำแนกประชากรเดิมมีอายุ 1.4 พันล้านปี และประชากรรุ่นใหม่กว่าอีก 2 รุ่นที่ก่อตัวเมื่อ 890 ล้านและ 450 ล้านปี ส่วน NGC 1696 เกือบทั้งหมดมีอายุ 1.5 พันล้านปี แต่ดาวบางส่วนก็มีอายุ 5 ร้อยล้านปี และในกระจุก NGC 411 ที่มีอายุ 1.4 พันล้านปี ดาวบางส่วนก็มีอายุเพียง 320 ล้านปีเท่านั้น

 

ทีมได้คำนวณเส้นทางโคจรของกระจุกทรงกลมเหล่านี้ พบว่าเส้นทางได้นำพวกเขาผ่านดิสก์ก๊าซของกาแลคซีต้นสังกัด ทีมวิจัยได้เสนอว่า กระจุกทรงกลมสามารถกวาดก๊าซและฝุ่นที่ล่องลอยที่ผ่านเข้ามาใกล้ๆ เพื่อสร้างดาวรุ่นใหม่ ขณะที่เคลื่อนที่ไปในกาแลคซี

 

ทฤษฎีดาวเกิดใหม่ที่ผุดขึ้นในกระจุกเมื่อพวกมันได้อุปการะก๊าซในห้วงอวกาศ แท้จริงแล้ว ย้อนกลับไปได้ถึงรายงานฉบับหนึ่งในปี 1952 และในอีกกว่าครึ่งศตวรรษต่อมา แนวคิดที่เคยเป็นที่สงสัยก็กลับมามีหลักฐานเพื่อยืนยัน de Grijs กล่าวว่า ขณะนี้ ในที่สุดเราก็ได้แสดงว่า ความคิดเรื่องกระจุกก่อตัวดาวฤกษ์ใหม่ๆ จากการสะสมก๊าซอาจจะทำได้จริง และไม่ใช่แค่กระจุก 3 แห่งที่เราสำรวจในการศึกษานี้ บางที อาจจะทั้งกุรุส การศึกษาในอนาคตอาจจะขยายการสำรวจกระจุกในเมฆมาเจลลันเพิ่มเติม เช่นเดียวกับกระจุกในทางช้างเผือกด้วย