พบฟองก๊าซของดาวฤกษ์ ใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ของเรา 75 เท่า

นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีชาลเมอร์ส ประเทศสวีเดน ใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุ Atacama Large Millimeter/submillimeter Array หรือ ALMA ซึ่งมีหอดูดาวยุโรปตอนใต้ (European Southern Observatory หรือ ESO) เป็นเจ้าของร่วม เพื่อถ่ายภาพดาวฤกษ์ชื่อ อาร์ โดราดัส (R Doradus) ทำให้ได้ข้อมูลอย่างละเอียด แสดงให้เห็น "ฟองก๊าซร้อน" ที่มีขนาดใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ของเราประมาณ 75 เท่า การศึกษานี้ทำให้เข้าใจพฤติกรรมของดาวฤกษ์ เช่น ดวงอาทิตย์ มากยิ่งขึ้น

ข้อมูลเบื้องต้นของดาวฤกษ์ R Doradus

R Doradus เป็นดาวฤกษ์ยักษ์แดงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 350 เท่าของดวงอาทิตย์ ตั้งอยู่ในกลุ่มดาวโดราโด (Dorado) ห่างจากโลกประมาณ 180 ปีแสง มวลของดาวยังใกล้เคียงกับมวลของดวงอาทิตย์ คาดว่าในอีก 5,000 ล้านปีข้างหน้า R Doradus น่าจะมีรูปร่างคล้ายกับดวงอาทิตย์ในปัจจุบัน ดังนั้นด้วยขนาดของดาวที่ใหญ่ และมีมวลใกล้เคียงกับดวงอาทิตย์ รวมถึงยังอยู่ใกล้โลก ทำให้เหมาะเป็นเป้าหมายในการสังเกตการณ์อย่างละเอียด 

การเคลื่อนที่แบบพาความร้อนบนดาวฤกษ์และการศึกษาก่อนหน้า

ทั้งนี้ดาวฤกษ์โดยทั่วไปในจักรวาลจะผลิตพลังงานในแกนกลางของพวกมันผ่านปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ซึ่งเป็นกระบวนการที่นิวเคลียสของอะตอมเบา 2 นิวเคลียสมารวมกันเป็นนิวเคลียสที่หนักกว่า และปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลออกมา 

พลังงานนี้สามารถส่งไปยังพื้นผิวของดาวฤกษ์ได้ในรูปแบบฟองก๊าซร้อนจัดขนาดใหญ่ จากนั้นฟองก๊าซเหล่านี้จะเย็นตัวลงและจมลงไปในพื้นผิวดาวฤกษ์ เรียกกระบวนการนี้ว่าการพาความร้อน (Convection) ซึ่งระหว่างกระบวนการนี้ก็จะทำให้ธาตุหนัก เช่น คาร์บอน และไนโตรเจนที่เกิดในแกนกลางของดาวฤกษ์ ถูกกระจายไปทั่วดาว นอกจากนี้นักวิทยาศาสตร์ยังเชื่อว่า การพาความร้อนนี้ ยังเป็นกระบวนการที่ทำให้เกิดลมดาวฤกษ์ (Stellar Wind) ซึ่งพัดพาเอาองค์ประกอบบนดาวฤกษ์ ให้กระจัดกระจายไปทั่วเอกภพ และก่อให้เกิดทั้งดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ใหม่ต่อไป

ก่อนหน้านี้นักวิทยาศาสตร์ไม่เคยศึกษาการเคลื่อนที่แบบพาความร้อนอย่างละเอียดจากดาวฤกษ์ดวงอื่น นอกเหนือจากดวงอาทิตย์ของเรา ดังนั้นนี่จึงนับเป็นครั้งแรกที่นักดาราศาสตร์สามารถถ่ายภาพดาวฤกษ์ดวงอื่นนอกเหนือจากดวงอาทิตย์ได้อย่างละเอียด เพียงพอที่จะศึกษาการเคลื่อนที่ของก๊าซที่มีลักษะเป็นฟองอยู่บนพื้นผิวดาวฤกษ์ได้

ผลการศึกษาของดาวฤกษ์ R Doradus

จากการศึกษาพบว่าโครงสร้างแบบเม็ดละเอียด (Granular Structure สื่อถึงฟองก๊าซ) ของดาวฤกษ์ R Doradus เคลื่อนที่ออกมาที่พื้นผิวและกลับลงไปยังแกนกลางของดาวฤกษ์เป็นวัฏจักร 1 เดือน ซึ่งเร็วกว่าที่นักวิทยาศาสตร์คาดไว้ แต่ทีมนักวิจัยเปิดเผยว่ายังไม่ทราบเหตุผล

การค้นพบนี้ทำให้ได้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ ๆ เกี่ยวกับกระบวนการพาความร้อนของดาวฤกษ์ (Stellar Convection) ซึ่งมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจการแก่ตัวของดาวฤกษ์ รวมไปถึงการกระจายตัวของธาตุที่จำเป็นสำหรับการก่อตัวของดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ดวงใหม่ ถือเป็นอีกหนึ่งการค้นพบที่ทำให้มนุษยชาติก้าวเข้าใกล้ความเข้าใจต่อเอกภพอันไพศาลอีกหนึ่งก้าว

ความคิดเห็นของทีมวิจัย

วอเทอร์ เวลมิงส์ (Wouter Vlemmings) ศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีชาลเมอร์ส และหัวหน้าคณะนักวิจัยนี้ กล่าวว่า “นี่เป็นครั้งแรกที่พื้นผิวฟองก๊าซของดาวฤกษ์จริง ๆ ถูกแสดงออกมาได้ในลักษณะนี้ เราไม่เคยคาดคิดมาก่อนว่าข้อมูลจะมีคุณภาพสูงขนาดนี้ จนสามารถเห็นรายละเอียดมากมายของการพาความร้อนบนพื้นผิวดาวฤกษ์ได้”

ธีโอ คูรี (Theo Khouri) นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีชาลเมอร์ส ซึ่งเป็นผู้เขียนร่วมของการศึกษากล่าวว่า “การพาความร้อนทำให้เกิดโครงสร้างเม็ดละเอียด (Granular Structure) ที่สวยงามซึ่งมองเห็นได้บนพื้นผิวดวงอาทิตย์ แต่ถือเป็นเรื่องยากที่จะมองเห็นบนดาวฤกษ์ดวงอื่น แต่ด้วยเทคโนโลยีของ ALMA ตอนนี้เราสามารถมองเห็นโครงสร้างเม็ดละเอียด ที่เกิดจากการพาความร้อนได้โดยตรง ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ของเราถึง 75 เท่า ! และยังสามารถวัดความเร็วในการเคลื่อนที่ขึ้นมาและกลับลงไปในผิวดาวฤกษ์ได้เป็นครั้งแรกอีกด้วย”

การศึกษานี้ตีพิมพ์ในวารสาร Nature ฉบับวันที่ 11 กันยายน 2024

ที่มาข้อมูล SciTechDaily, Nature

ที่มารูปภาพ Nature