นักดาราศาสตร์พบซูเปอร์โนวาทั่วไปอาจสร้างธาตุเคมีแทนไฮเปอร์โนวา

วันที่ 5 ตุลาคมที่ผ่านมา ทีมนักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยคอลเลจลอนดอน (University College London: UCL) สหราชอาณาจักร เปิดเผยผลการศึกษาที่อาจเปลี่ยนความเข้าใจเกี่ยวกับการระเบิดของดาวฤกษ์ โดยพบว่า การระเบิดรุนแรงระดับไฮเปอร์โนวา (Hypernova) ซึ่งมีพลังงานสูงกว่าการระเบิดของดาวฤกษ์ทั่วไปหลายเท่า อาจไม่จำเป็นต้องเกิดขึ้นเพื่ออธิบายการค้นพบดาวฤกษ์บางดวงที่มีองค์ประกอบทางเคมีผิดปกติ เพราะการระเบิดของดาวฤกษ์แบบซูเปอร์โนวาทั่วไปก็อาจสร้างผลลัพธ์ในลักษณะเดียวกันได้

ก่อนหน้านี้ นักดาราศาสตร์ค้นพบดาวฤกษ์บางดวงบริเวณรอบนอกของกาแล็กซีทางช้างเผือก (Milky Way) และกาแล็กซีขนาดเล็กที่อยู่ใกล้เคียง ซึ่งมีสัดส่วนของธาตุเคมีแตกต่างจากดาวฤกษ์ทั่วไป นักวิทยาศาสตร์จึงตั้งสมมติฐานว่า ดาวเหล่านี้อาจก่อตัวขึ้นจากเศษซากของไฮเปอร์โนวา ซึ่งเป็นการระเบิดของดาวฤกษ์ที่มีพลังงานสูงกว่าซูเปอร์โนวาทั่วไปประมาณ 10 เท่า

แบบจำลองใหม่พบว่า ซูเปอร์โนวาทั่วไปอาจอธิบายได้

อันโมล อัคการ์วัล (Anmol Aggarwal) นักวิจัยจาก UCL และทีมงาน ได้พัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่อศึกษาว่า ธาตุเคมีจากการระเบิดของดาวฤกษ์กระจายตัวออกสู่อวกาศอย่างไร?

ผลการศึกษาพบว่า การระเบิดของซูเปอร์โนวาไม่ได้ทำให้ธาตุทุกชนิดกระจายออกไปอย่างเท่าเทียมกันในทุกทิศทาง แต่ธาตุบางชนิดอาจพุ่งออกไปด้านหนึ่ง ขณะที่ธาตุอีกชนิดกระจายไปอีกด้านหนึ่ง

ตัวอย่างเช่น ออกซิเจนอาจกระจายตัวไปทางหนึ่ง ส่วนกำมะถันอาจพุ่งออกไปอีกทางหนึ่ง เมื่อก๊าซและฝุ่นจากการระเบิดเหล่านี้รวมตัวกันจนเกิดเป็นดาวฤกษ์ดวงใหม่ ดาวแต่ละดวงจึงอาจได้รับธาตุเคมีในสัดส่วนที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับว่าดาวดวงนั้นก่อตัวขึ้นจากเศษซากบริเวณใดของการระเบิด

เมื่อทีมวิจัยนำลักษณะการกระจายตัวที่ไม่สม่ำเสมอนี้ไปคำนวณ พบว่า ซูเปอร์โนวาทั่วไปสามารถอธิบายองค์ประกอบทางเคมีของดาวฤกษ์ที่เคยถูกเชื่อมโยงกับไฮเปอร์โนวาได้ โดยไม่จำเป็นต้องสมมติว่ามีการระเบิดที่รุนแรงกว่าปกติเกิดขึ้น

เปรียบเทียบโครงสร้างดาวฤกษ์เหมือนหัวหอม

ราล์ฟ เชินริช (Ralph Schoenrich) นักวิจัยจากห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์อวกาศมัลลาร์ด (Mullard Space Science Laboratory) ของ UCL อธิบายว่า "ก่อนดาวฤกษ์มวลมากจะระเบิด โครงสร้างภายในของมันมีลักษณะเป็นชั้น ๆ คล้ายหัวหอม โดยแต่ละชั้นประกอบด้วยธาตุเคมีแตกต่างกัน"

เมื่อดาวฤกษ์ระเบิด สสารจากชั้นต่าง ๆ จะถูกเหวี่ยงออกสู่อวกาศ แต่ไม่ได้ผสมรวมกันอย่างสมบูรณ์ทั้งหมด ทำให้ก๊าซและฝุ่นบางบริเวณมีธาตุบางชนิดมากกว่าบริเวณอื่น หากสสารเหล่านี้รวมตัวกันจนเกิดเป็นดาวฤกษ์รุ่นใหม่ ดาวที่เกิดขึ้นก็จะมีองค์ประกอบทางเคมีแตกต่างกัน แม้จะมีต้นกำเนิดจากการระเบิดของดาวฤกษ์ประเภทเดียวกันก็ตาม

ศึกษาดาวฤกษ์ 4 ดวง พบหลักฐานใหม่

ในการศึกษาครั้งนี้ ทีมวิจัยวิเคราะห์ดาวฤกษ์ 4 ดวงที่เคยถูกตั้งข้อสังเกตว่าอาจก่อตัวจากเศษซากของไฮเปอร์โนวา ผลการวิเคราะห์พบว่า ดาวฤกษ์ 3 ดวงสามารถอธิบายองค์ประกอบทางเคมีได้ด้วยการระเบิดของซูเปอร์โนวาทั่วไป

นอกจากนี้ นักวิจัยยังศึกษาดาวฤกษ์ยักษ์แดง (Red Giant Star) อีกดวงหนึ่งบริเวณรอบนอกของกาแล็กซีทางช้างเผือก ซึ่งพบธาตุหนักอย่างเงิน (Silver) และยูเรเนียม (Uranium) ในปริมาณสูงผิดปกติ โดยธาตุเหล่านี้สามารถเกิดขึ้นได้จากเหตุการณ์รุนแรงในอวกาศ เช่น การชนกันของดาวนิวตรอน (Neutron Star Merger) ซึ่งเป็นซากดาวฤกษ์ที่มีความหนาแน่นสูงมาก

ทีมวิจัยพบว่า องค์ประกอบทางเคมีของดาวยักษ์แดงดวงนี้อาจเกิดจากผลร่วมกันของการชนกันของดาวนิวตรอน และการระเบิดซูเปอร์โนวาที่กระจายสสารไม่สม่ำเสมอ โดยดาวดวงดังกล่าวอาจมีต้นกำเนิดจากกาแล็กซีแคระ ก่อนถูกแรงโน้มถ่วงของทางช้างเผือกดึงเข้ามาในภายหลัง

ยังไม่ใช่ข้อพิสูจน์ว่าไฮเปอร์โนวาไม่มีอยู่จริง

แม้ผลการศึกษาจะทำให้ข้อสันนิษฐานเกี่ยวกับไฮเปอร์โนวาถูกตั้งคำถาม แต่ไม่ได้หมายความว่านักวิทยาศาสตร์พิสูจน์แล้วว่าไฮเปอร์โนวาไม่เคยเกิดขึ้นจริงในจักรวาล เพียงแต่แบบจำลองใหม่แสดงให้เห็นว่า ดาวฤกษ์ที่มีองค์ประกอบทางเคมีผิดปกติบางกลุ่มสามารถอธิบายได้ด้วยกระบวนการที่เกิดจากซูเปอร์โนวาทั่วไป

งานวิจัยดังกล่าวได้รับการตีพิมพ์เป็นบทความวิชาการ 2 ฉบับในวารสารมอนท์ลี โนติสเซส ออฟ เดอะ รอยัล แอสโตรโนมิคอล โซไซตี (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: MNRAS) โดยผลการศึกษาจะช่วยให้นักดาราศาสตร์เข้าใจมากขึ้นว่า ธาตุเคมีต่าง ๆ เกิดขึ้นและกระจายตัวในอวกาศอย่างไร ก่อนกลายเป็นส่วนประกอบของดาวฤกษ์รุ่นใหม่ รวมถึงช่วยพัฒนาแบบจำลองการเปลี่ยนแปลงของกาแล็กซีในระยะยาว