กาแล็กซีต้นแบบในทางช้างเผือกอาจเป็นกาแล็กซีดั้งเดิมของของเรา

การศึกษาพบว่าประชากรของดาวฤกษ์ที่ใจกลางกาแลคซีเป็นกลุ่มที่เก่าแก่ที่สุดที่รู้จักในกาแลคซี

ทางช้างเผือกได้ทิ้ง “หัวใจที่แก่ชราที่น่าสงสาร” ไว้ในและรอบๆ กลุ่มดาวคนยิงธนู นักดาราศาสตร์รายงาน ข้อมูลใหม่จากยานอวกาศ Gaia เผยให้เห็นขอบเขตทั้งหมดของสิ่งที่ดูเหมือนจะเป็นนิวเคลียสดั้งเดิมของกาแลคซี ซึ่งเป็นประชากรดาวฤกษ์โบราณที่ส่วนที่เหลือของทางช้างเผือกเติบโตขึ้นรอบๆ ซึ่งรวมตัวกันเมื่อกว่า 12.5 พันล้านปีก่อน

“ผู้คนคาดเดากันมานานแล้วว่า [ดาวฤกษ์อายุมาก] จำนวนมหาศาลเช่นนี้น่าจะมีอยู่ในใจกลางทางช้างเผือกของเรา และไกอาก็แสดงให้เห็นแล้วว่าพวกมันมีอยู่จริง” นักดาราศาสตร์ฮันส์-วอลเตอร์ ริกซ์ จากสถาบันมักซ์พลังค์เพื่อดาราศาสตร์ในไฮเดลเบิร์กกล่าว , เยอรมนี.

หัวใจโบราณของทางช้างเผือกเป็นกาแล็กซีต้นแบบทรงกลมที่มีพื้นที่เกือบ 18,000 ปีแสง และมีมวลประมาณ 100 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์ในดาวฤกษ์ หรือประมาณ 0.2 เปอร์เซ็นต์ของมวลดาวฤกษ์ทางช้างเผือกในปัจจุบัน Rix และคณะรายงานในการศึกษาที่โพสต์ 7 กันยายนที่ arXiv.org

Vasily Belokurov นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับงานนี้กล่าวว่า “การศึกษาครั้งนี้ช่วยกระชับความเข้าใจของเราเกี่ยวกับช่วงชีวิตของทางช้างเผือกที่ยังอายุน้อยมาก” “ไม่ค่อยมีใครรู้มากนักเกี่ยวกับช่วงเวลาแห่งชีวิตของทางช้างเผือกนี้” เขากล่าว “เราเคยเห็นประชากรเหล่านี้มาก่อน” แต่การศึกษาใหม่ให้ “มุมมองจากมุมสูงของโครงสร้างทั้งหมด”

ดาวฤกษ์ส่วนใหญ่ในใจกลางทางช้างเผือกมีโลหะอยู่มากมาย เนื่องจากดาวฤกษ์ถือกำเนิดขึ้นในเมืองใหญ่ที่มีผู้คนพลุกพล่าน ซึ่งดาวฤกษ์รุ่นก่อนๆ ได้อุดมด้วยโลหะเหล่านี้ผ่านการระเบิดของซุปเปอร์โนวา แต่ริกซ์และเพื่อนร่วมงานของเขาต้องการหาข้อยกเว้นของกฎนี้ ดาวที่น่าสงสารโลหะจะต้องเกิดได้ดีก่อนที่พลเมืองดาวฤกษ์ที่เหลือในกาแลคซีจะมาร่วมด้วย ซึ่งสิ่งที่ริกซ์เรียกว่า ”

ทีมของเขาหันไปใช้ข้อมูลจากยานอวกาศ Gaia ซึ่งเปิดตัวในปี 2013 ในภารกิจเพื่อสร้างแผนภูมิทางช้างเผือก (SN: 13/6/22) นักดาราศาสตร์ค้นหาดาวประมาณ 2 ล้านดวงในบริเวณกว้างรอบๆ ใจกลางดาราจักร ซึ่งอยู่ในกลุ่มดาวราศีธนู มองหาดาวฤกษ์ที่มีอัตราส่วนโลหะต่อไฮโดรเจนไม่เกิน 3 เปอร์เซ็นต์ของดวงอาทิตย์

จากนั้นนักดาราศาสตร์ตรวจสอบว่าดาวเหล่านั้นเคลื่อนที่ผ่านอวกาศอย่างไร โดยคงไว้เฉพาะดาวที่ไม่พุ่งเข้าสู่รัศมีอันกว้างใหญ่ของดาวฤกษ์ไร้โลหะที่กลืนกินดิสก์ของทางช้างเผือก ผลลัพธ์ที่ได้คือตัวอย่างดาวโบราณ 18,000 ดวงที่เป็นตัวแทนของแกนกลางซึ่งกาแลคซีทั้งหมดเบ่งบาน นักวิจัยกล่าว จากการนับดาวฤกษ์ที่ถูกบดบังด้วยฝุ่น Rix ประมาณการว่ากาแล็กซีต้นแบบมีมวลระหว่าง 50 ล้านถึง 200 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์

“นั่นคือแกนกลางดั้งเดิม” Rix กล่าว และมันยังเป็นที่เก็บดาวที่เก่าแก่ที่สุดของทางช้างเผือก ซึ่งเขาบอกว่าน่าจะมีอายุมากกว่า 12.5 พันล้านปี กาแล็กซีต้นแบบก่อตัวขึ้นเมื่อกลุ่มดาวฤกษ์และก๊าซกลุ่มใหญ่หลายกลุ่มรวมตัวกันนานมาแล้ว ก่อนที่จานแรกของทางช้างเผือก ซึ่งเรียกว่าจานหนา (Thick Disk) จะเกิดขึ้น

โปรโตกาแล็กซีมีขนาดเล็ก ซึ่งหมายความว่ามีเพียงเล็กน้อยที่รบกวนมันตั้งแต่เริ่มก่อตัว กาแลคซีขนาดเล็กพุ่งเข้าชนทางช้างเผือก ทำให้มีมวลเพิ่มขึ้น แต่ “หลังจากนั้น เราไม่มีการควบรวมที่เจาะลึกเข้าไปในแกนกลางและเขย่ามัน เพราะแกนกลางจะมีขนาดใหญ่ขึ้นในตอนนี้” Rix กล่าว

ข้อมูลใหม่เกี่ยวกับกาแล็กซีต้นแบบยังบันทึกการสปินขึ้นครั้งแรกของทางช้างเผือก ซึ่งเป็นการเปลี่ยนจากวัตถุที่ไม่หมุนเป็นวัตถุที่ตอนนี้ทำอยู่ ดาวฤกษ์ที่เก่าแก่ที่สุดในทางช้างเผือกดั้งเดิมแทบไม่หมุนรอบใจกลางดาราจักร แต่พุ่งเข้าและออกจากดาราจักรแทน ในขณะที่ดาวฤกษ์อายุน้อยกว่าเล็กน้อยแสดงการเคลื่อนที่รอบใจกลางดาราจักรมากขึ้นเรื่อยๆ “นี่คือทางช้างเผือกที่พยายามจะกลายเป็นกาแล็กซี่ดิสก์” เบโลคูรอฟกล่าว ผู้ซึ่งเห็นการเปลี่ยนแปลงในการวิจัยแบบเดียวกับที่เขาและเพื่อนร่วมงานรายงานในเดือนกรกฎาคมกล่าว

ปัจจุบัน ทางช้างเผือกเป็นกาแล็กซีขนาดยักษ์ที่หมุนอย่างรวดเร็ว ทุกๆ ชั่วโมงระบบสุริยะของเราจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 900,000 กิโลเมตรในอวกาศขณะที่เราวิ่งรอบใจกลางของกาแล็กซี แต่ผลการศึกษาใหม่แสดงให้เห็นว่าทางช้างเผือกเริ่มต้นจากการเป็นกาแล็กซีต้นแบบขนาดเล็กซึ่งดาวยังคงส่องแสงอยู่ในปัจจุบัน ซึ่งเป็นดาวที่นักดาราศาสตร์สามารถตรวจสอบเพื่อหาเบาะแสเพิ่มเติมเกี่ยวกับการกำเนิดของกาแลคซีและวิวัฒนาการในระยะแรก

 

ทางช้างเผือกอาจกำเนิดดาวฤกษ์จำนวนมากเกินกว่าที่นักดาราศาสตร์คิดไว้

ทางช้างเผือกกำลังก่อกวนดาวฤกษ์จำนวนมากกว่าที่คิดไว้ก่อนหน้านี้ ตามการประมาณการใหม่เกี่ยวกับอัตราการก่อตัวดาวฤกษ์ของมัน

รังสีแกมมาจากอะลูมิเนียม-26 ซึ่งเป็นไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีที่เกิดขึ้นจากดาวฤกษ์มวลสูงเป็นหลัก เผยให้เห็นว่าทางช้างเผือกเปลี่ยนมวล 4-8 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ของก๊าซและฝุ่นระหว่างดาวให้กลายเป็นดาวดวงใหม่ในแต่ละปี นักวิจัยรายงานในงานที่ส่งไปยัง arXiv.org เมื่อเดือนมกราคม 24. ช่วงดังกล่าวมีค่าประมาณสองถึงสี่เท่าของค่าประมาณเดิม และสอดคล้องกับอัตราการเกิดต่อปีในดาราจักรของเราประมาณ 10 ถึง 20 ดวง เนื่องจากดาวฤกษ์ส่วนใหญ่มีมวลน้อยกว่าดวงอาทิตย์

ด้วยอัตรานี้ ทุกๆ ล้านปี ในแง่ดาราศาสตร์ ชั่วพริบตา กาแล็กซีของเราจะกำเนิดดาวฤกษ์ใหม่จำนวน 10 ถึง 20 ล้านดวง นั่นเพียงพอที่จะเติมเต็มกระจุกดาวประมาณ 10,000 ดวง เช่น กระจุกดาวลูกไก่ที่สวยงามในกลุ่มดาวราศีพฤษภ ในทางตรงข้าม กาแลคซีจำนวนมาก รวมทั้งกาแลคซีส่วนใหญ่ที่โคจรรอบทางช้างเผือก ไม่มีดาวดวงใหม่เกิดขึ้นเลย

“อัตราการก่อตัวดาวฤกษ์เป็นสิ่งสำคัญมากในการทำความเข้าใจเกี่ยวกับวิวัฒนาการของดาราจักร” โธมัส ซีเกิร์ต นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยเวิร์ซบวร์กในเยอรมนีกล่าว ยิ่งกาแล็กซีสร้างดาวฤกษ์ได้มากเท่าใด กาแล็กซีก็ยิ่งเพิ่มออกซิเจน เหล็ก และธาตุอื่นๆ ที่ดาวสร้างขึ้นเร็วขึ้นเท่านั้น จากนั้นองค์ประกอบเหล่านั้นจะเปลี่ยนเมฆก๊าซที่สร้างดาวฤกษ์ และสามารถเปลี่ยนจำนวนสัมพัทธ์ของดาวขนาดใหญ่และขนาดเล็กที่เมฆก๊าซก่อตัวขึ้น

Siegert และเพื่อนร่วมงานของเขาศึกษาความเข้มที่สังเกตได้และการกระจายเชิงพื้นที่ของการปล่อยจากอะลูมิเนียม-26 ในดาราจักรของเรา ดาวฤกษ์มวลมากสร้างไอโซโทปนี้ในช่วงชีวิตและความตาย ในช่วงอายุของมัน ดาวฤกษ์จะพัดพาอะลูมิเนียมขึ้นสู่อวกาศด้วยลมแรง หากดาวฤกษ์ระเบิดเมื่อมันตาย ซูเปอร์โนวาที่เกิดขึ้นจะหลอมละลายมากขึ้น ไอโซโทปซึ่งมีครึ่งชีวิต 700,000 ปี จะสลายตัวและปล่อยรังสีแกมมาออกมา

เช่นเดียวกับรังสีเอกซ์และแตกต่างจากแสงที่ตามองเห็น รังสีแกมมาทะลุผ่านฝุ่นที่ปกคลุมดาวอายุน้อย “เรากำลังมองไปทั่วทั้งกาแลคซี” ซีเกิร์ตกล่าว “เราไม่ได้เอ็กซ์เรย์มัน ที่นี่เรากำลังฉายรังสีแกมมา”

ยิ่งกาแล็กซีของเราเกิดดาวฤกษ์มากเท่าไร รังสีแกมมาก็จะยิ่งออกมามากเท่านั้น นักวิจัยพบว่าการจับคู่ที่ดีที่สุดกับการสังเกตคืออัตราการก่อตัวดาวฤกษ์ที่สี่ถึงแปดเท่าของมวลดวงอาทิตย์ต่อปี ซึ่งสูงกว่าค่าประมาณมาตรฐานทางช้างเผือกประมาณ 2 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ต่อปี

อัตราที่แก้ไขนั้นเหมือนจริงมาก พาเวล ครูปา นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยบอนน์ในเยอรมนีซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในงานนี้กล่าว “ผมประทับใจมากกับการสร้างแบบจำลองโดยละเอียดว่าพวกมันเกี่ยวข้องกับกระบวนการกำเนิดดาวอย่างไร” เขากล่าว “มันเป็นงานที่สวยงามมาก ฉันเห็นวิธีปรับปรุงบางอย่าง แต่นี่เป็นขั้นตอนสำคัญในทิศทางที่ถูกต้องอย่างยิ่ง”

ซีเกิร์ตเตือนว่าเป็นเรื่องยากที่จะบอกได้ว่ารังสีแกมมาได้ไกลแค่ไหนก่อนที่จะมาถึงเรา โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หากการแผ่รังสีที่สังเกตได้บางส่วนเกิดขึ้นใกล้ๆ – ภายในไม่กี่ร้อยปีแสงของเรา กาแลคซีนั้นจะมีอะลูมิเนียม-26 น้อยกว่าที่นักวิจัยคำนวณไว้ ซึ่งหมายความว่าอัตราการก่อตัวดาวฤกษ์จะอยู่ด้านล่างของกาแล็กซี ประมาณการใหม่ ถึงกระนั้น เขาก็บอกว่ามันไม่น่าจะต่ำเท่ากับมวลมาตรฐาน 2 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ต่อปี

ไม่ว่าในกรณีใด ทางช้างเผือกเป็นผู้สร้างดาวฤกษ์ที่มีพลังมากที่สุดในกลุ่มดาราจักรใกล้เคียงกว่า 100 แห่งที่เรียกว่า Local Group Andromeda กาแล็กซี Local Group ที่ใหญ่ที่สุดเปลี่ยนมวลก๊าซและฝุ่นเพียงเศษเสี้ยวของมวลดวงอาทิตย์ให้กลายเป็นดาวดวงใหม่ต่อปี ในบรรดากาแล็กซีกลุ่มท้องถิ่น ทางช้างเผือกมีขนาดเป็นอันดับสอง แต่อัตราการก่อตัวดาวฤกษ์ที่สูงหมายความว่าเราต้องพยายามมากขึ้นอย่างแน่นอน

 

สามารถอัพเดตข่าวสารเรื่องราวต่างๆได้ที่ yamashita-hiromi.net