นี่คือไทม์ไลน์ที่ดีที่สุดสำหรับการดูทางช้างเผือก
กาแลคซีของเราก่อตัวเป็นดิสก์ดั้งเดิมเมื่อ 2 พันล้านปีก่อนรัศมีของดาวฤกษ์
การวิเคราะห์ใหม่ของดาวฤกษ์เกือบหนึ่งในสี่ล้านทำให้อายุที่มั่นคงในหน้าที่สำคัญที่สุดจากเรื่องราวชีวิตของกาแลคซีของเรา
ทางช้างเผือกยิ่งใหญ่กว่าเพื่อนบ้านส่วนใหญ่ เกิดขึ้นนานมาแล้วเมื่อกาแลคซีที่เล็กกว่ามาชนกัน ดิสก์ที่หนา ซึ่งเป็นประชากรดาวฤกษ์เก่าที่มีรูปร่างคล้ายแพนเค้ก กำเนิดขึ้นอย่างน่าทึ่งหลังจากบิกแบงไม่นาน และก่อนรัศมีดาวฤกษ์ส่วนใหญ่ที่ห่อหุ้มดิสก์ของดาราจักร นักดาราศาสตร์รายงานเมื่อวันที่ 23 มีนาคมในวารสาร Nature
“ตอนนี้เราสามารถระบุไทม์ไลน์ที่ชัดเจนได้ว่าเกิดอะไรขึ้นในช่วงแรกๆ ของทางช้างเผือกของเรา” นักดาราศาสตร์ Maosheng Xiang กล่าว
เขาและฮันส์-วอลเตอร์ ริกซ์ ที่สถาบันมักซ์พลังค์เพื่อดาราศาสตร์ในไฮเดลเบิร์ก เยอรมนี ศึกษาดาวฤกษ์ย่อยเกือบ 250,000 ดวง ซึ่งมีขนาดใหญ่ขึ้นและเย็นลงหลังจากใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่ใจกลางของพวกมันหมดแล้ว อุณหภูมิและความส่องสว่างของดาวฤกษ์เหล่านี้เผยให้เห็นอายุของพวกมัน ทำให้นักวิจัยสามารถติดตามได้ว่ายุคต่างๆ ในประวัติศาสตร์กาแล็กซีกำเนิดดาวฤกษ์ที่มีองค์ประกอบทางเคมีและวงโคจรรอบใจกลางทางช้างเผือกต่างกันอย่างไร
Rosemary Wyse นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัย Johns Hopkins ผู้ไม่เกี่ยวข้องกับการศึกษากล่าวว่า “มีข้อมูลมากมายเหลือเชื่อที่นี่” “เราต้องการเข้าใจจริงๆ ว่ากาแลคซีของเราเกิดขึ้นได้อย่างไร” เธอกล่าว “องค์ประกอบทางเคมีที่เราสร้างขึ้นนั้นถูกสร้างขึ้นเมื่อใด”
Xiang และ Rix ค้นพบว่าจานหนาของทางช้างเผือกมีจุดเริ่มต้นเมื่อประมาณ 13 พันล้านปีก่อน นั่นคือเพียง 800 ล้านปีหลังจากการกำเนิดของเอกภพ ดิสก์หนาซึ่งวัดระยะ 6,000 ปีแสงจากบนลงล่างในบริเวณใกล้เคียงกับดวงอาทิตย์ ยังคงก่อตัวเป็นดาวฤกษ์เป็นเวลานานจนกระทั่งประมาณ 8 พันล้านปีก่อน
ในช่วงเวลานี้ ปริมาณเหล็กในดิสก์หนาพุ่งขึ้น 30 เท่า เมื่อดาวที่ระเบิดได้เสริมก๊าซที่ก่อตัวดาวให้มากขึ้น ทีมงานค้นพบ ในช่วงเริ่มต้นของยุคจานหนา ดาวฤกษ์เกิดใหม่มีธาตุเหล็กเพียงหนึ่งในสิบเมื่อเทียบกับไฮโดรเจนเมื่อเทียบกับดวงอาทิตย์ ในท้ายที่สุด 5 พันล้านปีต่อมา ดาวฤกษ์จานหนามีธาตุเหล็กมากกว่าดวงอาทิตย์ถึงสามเท่า
Xiang และ Rix ยังพบความสัมพันธ์ที่แน่นแฟ้นระหว่างอายุของดาวในจานหนากับปริมาณธาตุเหล็ก ซึ่งหมายความว่าก๊าซจะผสมกันอย่างทั่วถึงทั่วทั้งดิสก์หนา: เมื่อเวลาผ่านไป ดาวเกิดใหม่ได้รับธาตุเหล็กในปริมาณที่มากขึ้นอย่างต่อเนื่อง ไม่ว่าดาวฤกษ์จะก่อตัวขึ้นใกล้หรือไกลจากใจกลางกาแล็กซีก็ตาม
แต่นั่นไม่ใช่ทั้งหมดที่เกิดขึ้น ดังที่นักวิจัยคนอื่นๆ รายงานในปี 2018 กาแล็กซีอีกแห่งเคยพุ่งชนกาแล็กซีของเรา ทำให้ทางช้างเผือกมีดาวฤกษ์ส่วนใหญ่อยู่ในรัศมีของมัน ซึ่งกลืนกินดิสก์ (SN: 11/1/11/18) รัศมีดารามีธาตุเหล็กน้อย
งานใหม่นี้แก้ไขวันที่พบกาแล็กซีครั้งใหญ่นี้: “เราพบว่าการควบรวมเกิดขึ้นเมื่อ 11 พันล้านปีก่อน” เซียงกล่าว เร็วกว่าที่เราคิดไว้หนึ่งพันล้านปี เมื่อก๊าซของผู้บุกรุกชนเข้ากับก๊าซของทางช้างเผือก มันก่อให้เกิดการสร้างดาวฤกษ์ใหม่มากมายจนอัตราการก่อตัวดาวฤกษ์ในดาราจักรของเราสูงเป็นประวัติการณ์เมื่อ 11 พันล้านปีก่อน
การควบรวมยังทำให้ดาวจานหนาบางดวงพุ่งขึ้นไปในรัศมี ซึ่ง Xiang และ Rix ระบุได้จากความอุดมสมบูรณ์ของธาตุเหล็กที่สูงขึ้นของดาว นักวิจัยพบว่าดาว “splash” เหล่านี้มีอายุอย่างน้อย 11 พันล้านปีซึ่งยืนยันวันที่ของการควบรวมกิจการ
ดิสก์หนาหมดแก๊สเมื่อ 8 พันล้านปีก่อนและหยุดสร้างดาว จากนั้นก๊าซสดรอบทางช้างเผือกจะจับตัวเป็นดิสก์ที่บางกว่า ซึ่งให้กำเนิดดาวฤกษ์ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา รวมถึงดวงอาทิตย์อายุ 4.6 พันล้านปีและดาวฤกษ์เพื่อนบ้านเกือบทั้งหมด แผ่นจานบางมีความหนาประมาณ 2,000 ปีแสงในส่วนของดาราจักรของเรา
“ทางช้างเผือกค่อนข้างเงียบสงบในช่วง 8 พันล้านปีที่ผ่านมา” เซียงกล่าว โดยไม่พบการเผชิญหน้ากับดาราจักรขนาดใหญ่อีก นั่นทำให้มันแตกต่างจากเพื่อนส่วนใหญ่
หากดิสก์หนามีอยู่จริงเมื่อ 13 พันล้านปีก่อน Xiang กล่าวว่า กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เว็บบ์ (SN: 1/24/22) ใหม่อาจมองเห็นดิสก์ที่คล้ายกันในกาแลคซีที่อยู่ห่างจากโลก 13 พันล้านปีแสง ซึ่งแสดงภาพเหมือนของทางช้างเผือก กาแล็กซีอายุน้อย
ฟองอากาศพลาสมาของเมฆในทางช้างเผือกมาจากจานดวงดาว
ฟองพลาสมาขนาดใหญ่ที่พุ่งออกมาจากใจกลางทางช้างเผือกอาจมีเศษวัสดุจากทั่วทั้งกาแลคซีและที่อื่นๆ
รูปลักษณ์ใหม่ของเมฆก๊าซในฟองอากาศ Fermi ของกาแล็กซีแสดงให้เห็นว่าเมฆประกอบด้วยสิ่งต่างๆ จากจานดาราจักรของกาแล็กซีและจากแหล่งลึกลับอื่นๆ การค้นพบนี้อาจทำให้เข้าใจได้ว่ากาแลคซีทั่วไปมีชีวิตและตายอย่างไร นักดาราศาสตร์รายงานเมื่อวันที่ 18 กรกฎาคมใน Nature Astronomy
ฟองอากาศ Fermi คือก้อนพลาสมาขนาดยักษ์ สูงหลายหมื่นปีแสงที่ขยายออกไปทั้งสองด้านของดิสก์กาแล็กซีทางช้างเผือก เมื่อฟองอากาศถูกค้นพบในปี 2010 นักดาราศาสตร์คิดว่าฟองเหล่านี้น่าจะเกิดจากดาวเกิดใหม่ (SN: 11/9/10) ทุกวันนี้ นักดาราศาสตร์หลายคนกลับเชื่อว่าฟองอากาศอาจถูกเป่าโดยเรอขนาดใหญ่ที่ปล่อยออกมาจากหลุมดำมวลมหาศาลของกาแลคซีมานานแล้ว
ในช่วงหลายปีหลังการค้นพบ นักดาราศาสตร์ยังพบกลุ่มเมฆของก๊าซที่ค่อนข้างเย็นซึ่งดูเหมือนลอยอยู่ในฟองอากาศ ซึ่งอยู่สูงเหนือจานดวงดาว “เราเรียกพวกมันว่าเมฆความเร็วสูง เพราะเราไม่เก่งในการตั้งชื่อสิ่งต่างๆ” Trisha Ashley นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศในบัลติมอร์กล่าว
นักวิทยาศาสตร์คิดว่าเมฆถูกฉีกออกจากจานดวงดาวที่สว่างไสวของทางช้างเผือกและกระจายตัวออกไปเมื่อฟองอากาศ Fermi ก่อตัวขึ้น สมมติฐานดังกล่าวถูกนำมาใช้ในการคำนวณสิ่งต่างๆ เช่น อายุของฟองสบู่ ซึ่งอาจให้เบาะแสถึงต้นกำเนิดของมันได้
“มันสมเหตุสมผล มันเป็นข้อสันนิษฐานเชิงตรรกะ” แอชลีย์กล่าว “แต่ไม่มีใครเคยทดสอบที่มาของเมฆเหล่านี้”
ตอนนี้แอชลีย์และเพื่อนร่วมงานพยายามค้นหาว่าเมฆมาจากไหน และพบคำตอบที่น่าประหลาดใจ
เธอและทีมงานของเธอใช้ข้อมูลใหม่และที่เก็บถาวรจากกล้องโทรทรรศน์หลายตัวในการวัดปริมาณโลหะ — ปริมาณธาตุทั้งหมดที่หนักกว่าฮีเลียม — ในเมฆความเร็วสูง 12 ก้อนที่เกาะอยู่ในฟองอากาศ Fermi จากนั้นนักวิจัยได้เปรียบเทียบคุณสมบัติทางเคมีของเมฆกับของดาวฤกษ์ในดิสก์ของทางช้างเผือก หากเมฆมาจากดิสก์จริง ๆ ก็ควรมีปริมาณโลหะเช่นดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์อื่น ๆ ในดิสก์ แอชลีย์กล่าว หากไม่เป็นเช่นนั้น ปริมาณโลหะควรลดลง
ทีมงานพบโลหะหลายชนิดในก้อนเมฆ ตั้งแต่น้อยกว่าหนึ่งในห้าของดวงอาทิตย์ไปจนถึงมากกว่าดวงอาทิตย์ นั่นหมายความว่า “เมฆเหล่านี้ต้องกำเนิดขึ้นทั้งในดิสก์ของทางช้างเผือกและฮาโลของทางช้างเผือก” เธอกล่าว โดยหมายถึงเมฆก๊าซและฝุ่นที่วุ่นวายซึ่งล้อมรอบกาแลคซีและเป็นเชื้อเพลิงสำหรับดาวดวงใหม่ ( SN: 7/12/18). “เราไม่พบคำอธิบายอื่นใด”
เจสสิก้า เวอร์ค นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยวอชิงตันในซีแอตเติลซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการศึกษากล่าวว่าเมฆเหล่านี้เข้าไปในรัศมีได้อย่างไรยังคงเป็นคำถามเปิดอยู่
“เมฆเหล่านี้เกิดขึ้นได้หลายวิธี มีต้นกำเนิดและโชคชะตาหลายอย่าง” เธอกล่าว เมฆอาจควบแน่นภายในรัศมีด้วยตัวมันเอง หรืออาจถูกฉีกออกจากกาแลคซีขนาดเล็กที่ถูกกินโดยทางช้างเผือก หรือเรื่องราวต้นกำเนิดอื่น ๆ (SN: 7/24/02) “โดยทั่วไปวงจรนี้เป็นกระบวนการที่ยุ่งเหยิงมาก”
ความยุ่งเหยิงนั้นสามารถช่วยทำนายว่าการก่อตัวของดาวในทางช้างเผือกจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรในอนาคต เมฆก๊าซเย็นเหล่านี้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับการก่อตัวของดาวฤกษ์ในอนาคต หากเมฆเหล่านี้ถือกำเนิดขึ้นในรัศมีก๊าซของทางช้างเผือก แต่ถูกพยุงขึ้นโดยฟองอากาศ Fermi แทนที่จะตกลงไปในดิสก์เพื่อก่อตัวเป็นดาว นั่นอาจทำให้โรงงานก่อตัวบนดาวของทางช้างเผือกช้าลงในที่สุด
แต่ถ้าเมฆแก๊สก่อตัวเป็นดาวดวงใหม่ นั่นอาจหมายความว่าทางช้างเผือกกำลังสร้างดาวดวงใหม่จากแหล่งต่างๆ ในจักรวาล
“ท้ายที่สุดแล้วสิ่งที่ผู้คนสนใจก็คือ ทางช้างเผือกรักษาการก่อตัวของดาวฤกษ์ให้คงอยู่ได้นานได้อย่างไร” เวิร์ค พูดว่า. “สิ่งนี้บอกคุณว่าไม่ใช่แค่สิ่งเดียว”
การศึกษาฟองอากาศและเมฆเหล่านี้สามารถช่วยให้นักดาราศาสตร์เข้าใจดาราจักรอื่นๆ ได้เช่นกัน
“เราสามารถเห็นสิ่งเหล่านี้เกิดขึ้นในกาแลคซีอื่น” แอชลีย์กล่าว “แต่เราได้ที่นั่งแถวหน้าสำหรับอันนี้”
สามารถอัพเดตข่าวสารเรื่องราวต่างๆได้ที่ fsea-iaddconf.com