สมาคมดาราศาสตร์ไทย

ดาวที่มีฮีเลียมมากที่สุด

ดาวที่มีฮีเลียมมากที่สุด

25 พ.ค. 2548
รายงานโดย: วิมุติ วสะหลาย (wimut@hotmail.com)
กระจุกดาวโอเมกาคนครึ่งม้า เป็นกระจุกดาวทรงกลมที่มีชื่อเสียงเป็นที่รู้จักกันดีสำหรับนักดาราศาสตร์และนักดูดาว แม้จะเป็นที่รู้จักน้อยกว่ากระจุกดาวเอ็ม 13 ในกลุ่มดาวเฮอร์คิวลีสก็ตาม แต่เทียบความสวยงาม ความสว่าง และความน่าสนใจในตัวแล้ว โอเมกาคนครึ่งม้าเหนือกว่าอย่างชัดเจน หากกระจุกดาวโอเมกาคนครึ่งม้าอยู่ในตำแหน่งค่อนมาทางเหนืออีกหน่อยพอที่จะให้นักสำรวจในยุโรปและอเมริกาเหนือมองเห็นแล้ว เชื่อว่าโอเมกาคนครึ่งม้าจะต้องเป็นกระจุกดาวทรงกลมที่โด่งดังที่สุดอย่างแน่นอน 

โอเมกาคนครึ่งม้ามีความน่าสนใจหลายอย่าง ไม่เพียงแต่ถ่ายรูปขึ้นเท่านั้น หากยังเป็นกระจุกดาวทรงกลมที่อยู่ใกล้ที่สุด อายุมากที่สุดบนท้องฟ้า และมีดาวสมาชิกมากที่สุดแห่งหนึ่งในเอกภพนั่นคือมีมากกว่า ล้านดวง นอกจากนี้ยังมีความสำคัญสำหรับนักฟิสิกส์ดาวฤกษ์อีกด้วย โดยทั่วไปดาวฤกษ์ในกระจุกดาวทรงกลมเดียวกันเกิดขึ้นมาพร้อมกันจากกลุ่มก๊าซก้อนเดียวกัน และเนื่องจากกระจุกดาวทรงกลมเป็นกระจุกดาวโบราณ มีอายุมาก ดาวในกระจุกจึงเป็นดาวรุ่นชรา มีสีแดง แต่ในกรณีของกระจุกดาวโอเมกาคนครึ่งม้า มีบางสิ่งแตกต่างไป ดาวฤกษ์ในกระจุกดาวนี้เมื่อจัดตามสมบัติทั่วไปของดาวหรือที่เรียกว่า "ดารากร" หรือ "รุ่น" แล้ว จะแบ่งเป็นสองพวกใหญ่ ๆ คือพวกดาวรุ่นเก่าสีแดง กับพวกดาวรุ่นใหม่สีน้ำเงิน พวกหลังนี้มีมากราวหนึ่งในสี่ของทั้งหมด

โดยปรกติ ดาวที่มีสีค่อนไปทางน้ำเงินมากกว่า (ร้อนกว่า) จะเป็นดาวที่มีสัดส่วนของธาตุหนักน้อยกว่าดาวที่มีสีค่อนไปทางแดง (ร้อนน้อยกว่า) แต่สำหรับดาวสีน้ำเงินในกระจุกดาวโอเมกาคนครึ่งม้านี้กลับมีสมบัติตรงข้าม จากการใช้สเปกโทรกราฟเฟลมส์ (FLAMES) ของกล้องโทรทรรศน์วีแอลทีในปารานัล พบว่าดาวที่มีสีน้ำเงินกลับมีสัดส่วนธาตุหนักมากถึง 50 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งมากกว่าในดาวสีแดงถึงสองเท่า

ในทางดาราศาสตร์ คำว่า "ธาตุหนัก" มีความหมายต่างจากในวิชาเคมี ธาตุใดที่หนักกว่าไฮโดรเจนถือว่าเป็นธาตุหนักทั้งสิ้น ในกรณีของดาวในโอเมกาคนครึ่งม้านี้ ธาตุหนักที่พบคือฮีเลียมนั่นเอง และยังเป็นดาวที่มีสัดส่วนของฮีเลียมมากที่สุดเท่าที่เคยพบมาอีกด้วย

จัมปาโอโล ปีออตโต จากมหาวิทยาลัยปาโดวา อิตาลี หัวหน้าคณะนักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาเรื่องนี้ อธิบายถึงสาเหตุที่ดาวเหล่านี้มีฮีเลียมมากขนาดนี้ว่า ในช่วงที่กระจุกดาวนี้เกิดขึ้น ได้มีดาวฤกษ์สีแดงเกิดขึ้นในเวลาไล่เลี่ยกันเป็นจำนวนมาก ดาวฤกษ์ดำรงอยู่ด้วยการเผาไฮโดรเจนที่ใจกลางให้เป็นฮีเลียม ดังนั้น เมื่อเวลาผ่านไปนานขึ้นจำนวนไฮโดรเจนในดาวจะลดลงและจำนวนฮีเลียมจะมากขึ้น เมื่อถึงเวลาหนึ่ง ดาวที่มีมวลมากราว 10-12 เท่าของมวลสุริยะได้ระเบิดออกเป็นซูเปอร์โนวา สาดฮีเลียมออกไปทั่วบริเวณ เวลาต่อมาเมื่อดาวสีน้ำเงินรุ่นใหม่เกิดขึ้นก็จะเกิดขึ้นจากวัตถุดิบที่เต็มไปด้วยฮีเลียมที่ดาวรุ่นก่อนทิ้งไว้ให้

อย่างไรก็ตาม ยังคงมีปัญหาอื่นรอให้ขบคิดกันต่อไปอีก นั่นคือ เพราะเหตุใดจึงมีกระจุกดาวทรงกลมกระจุกนี้เพียงกระจุกเดียวที่สร้างดาวที่อุดมไปด้วยฮีเลียมอย่างนี้ได้

ปรกติ สัดส่วนธาตุฮีเลียมในดาราจักรจะเพิ่มขึ้นตามเวลา เมื่อเอกภพเริ่มเกิดขึ้นหลังจากการเกิดบิกแบงใหม่ ๆ มีสัดส่วนธาตุฮีเลียมประมาณ 24 เปอร์เซ็นต์ ดาราจักรทางช้างเผือกต้องใช้เวลาถึง พันล้านปีในการเพิ่มสัดส่วนฮีเลียมเป็น 28 เปอร์เซ็นต์เท่ากับที่มีอยู่ในดวงอาทิตย์ปัจจุบัน แม้แต่ในกระจุกดาวทรงกลมซึ่งมีอายุเก่าแก่กว่าดวงอาทิตย์มากเพราะเกิดขึ้นเพียง 1-2 พันล้านปีหลังจากเกิดบิกแบงก็ทำได้เพียง 39 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น

ฮีเลียมเป็นธาตุที่มีมากเป็นอันดับสองในเอกภพรองจากไฮโดรเจน ดวงอาทิตย์ประกอบด้วยไฮโดรเจน 28 เปอร์เซ็นต์ ฮีเลียม 70 เปอร์เซ็นต์ อีก เปอร์เซ็นต์ที่เหลือคือธาตุอื่น

    กระจุกดาวโอเมกาคนครึ่งม้า (Omega Centauri) ในกลุ่มดาวคนครึ่งม้า

    กระจุกดาวโอเมกาคนครึ่งม้า (Omega Centauri) ในกลุ่มดาวคนครึ่งม้า

    แผนภูมิสี-โชติมาตรของกระจุกดาวโอเมกาคนครึ่งม้า แสดงส่วนของแถบลำดับหลักที่แบ่งออกเป็นสองแนวอย่างชัดเจน แถบล่างคือส่วนที่มีสีค่อนไปทางสีน้ำเงิน แถบบนคือส่วนที่มีสีค่อนไปทางสีแดง

    แผนภูมิสี-โชติมาตรของกระจุกดาวโอเมกาคนครึ่งม้า แสดงส่วนของแถบลำดับหลักที่แบ่งออกเป็นสองแนวอย่างชัดเจน แถบล่างคือส่วนที่มีสีค่อนไปทางสีน้ำเงิน แถบบนคือส่วนที่มีสีค่อนไปทางสีแดง

    ลำดับเหตุการณ์ของกระจุกดาวโอเมกาคนครึ่งม้าตามทฤษฎีของนักวิทยาศาสตร์ กระจุกดาวเริ่มเกิดขึ้นโดยมีดาวฤกษ์รุ่นแรกเกิดขึ้นมาก่อน หลังจากนั้นดาวรุ่นแรกที่มีมวลมากเริ่มกลายเป็นซูเปอร์โนวา สาดฮีเลียมออกมาในบริเวณระหว่างดาวในกระจุก ดาวรุ่นต่อมาจึงเกิดขึ้นจากธาตุที่มีฮีเลียมเจือปนเป็นปริมาณสูงเหล่านี้

    ลำดับเหตุการณ์ของกระจุกดาวโอเมกาคนครึ่งม้าตามทฤษฎีของนักวิทยาศาสตร์ กระจุกดาวเริ่มเกิดขึ้นโดยมีดาวฤกษ์รุ่นแรกเกิดขึ้นมาก่อน หลังจากนั้นดาวรุ่นแรกที่มีมวลมากเริ่มกลายเป็นซูเปอร์โนวา สาดฮีเลียมออกมาในบริเวณระหว่างดาวในกระจุก ดาวรุ่นต่อมาจึงเกิดขึ้นจากธาตุที่มีฮีเลียมเจือปนเป็นปริมาณสูงเหล่านี้

    ที่มา: