ซากโครงสร้างดั้งเดิมที่มารวมเป็นทางช้างเผือก
นักดาราศาสตร์ได้จำแนกสิ่งที่อาจเป็นวัตถุรากฐานรุ่นแรกสุดในการก่อตัวทางช้างเผือกสองแห่ง ซี่งเรียกว่า ศักติ และศิวะ ซึ่งดูเหมือนจะเป็นซากของกาแลคซีสองแห่งที่ควบรวมเข้ามาเมื่อราว 12 ถึง 13 พันล้านปีก่อนกับทางช้างเผือกในยุคต้น ทำให้กาแลคซีบ้านของเราเริ่มเติบโตขึ้นมา และต่อมาก็กลายเป็นกังหันดาวขนาดใหญ่ที่เราอาศัยอยู่ในปัจจุบัน
ประวัติช่วงแรกของทางช้างเผือกเกิดขึ้นเมื่อกาแลคซีขนาดเล็กกว่าจำนวนหนึ่งมารวมตัวกัน ซึ่งกลายเป็นกลุ่มวัตถุดิบที่มีขนาดค่อนข้างใหม่ ขณะนี้ Khyari Maihan และ Hans-Walter Rix จากสถาบันมักซ์พลังค์เพื่อดาราศาสตร์ ประสบความสำเร็จในการจำแนกสิ่งที่อาจจะเป็นหนึ่งในวัตถุดิบกลุ่มแรกสุด 2 แห่งซึ่งถูกเรียกได้ว่า ชิ้นส่วนก่อเกิดกาแลคซี(proto-galactic fragments) ซึ่งมาควบรวมกับทางช้างเผือกในเวอร์ชั่นต้นๆ ระหว่าง 12 ถึง 13 พันล้านปีก่อน ในช่วงแรกๆ สุดของยุคแห่งการก่อตัวกาแลคซีในเอกภพ
องค์ประกอบทั้งสอง ซึ่งนักดาราศาสตร์ตั้งชื่อว่า ศักติ(Shakti) และ ศิวะ(Shiva) ถูกจำแนกจากการรวมข้อมูลดาวเกือบ 6 ล้านดวงจากดาวเทียมไกอา(Gaia) กับข้อมูลจาก SDSS สำหรับนักดาราศาสตร์ การค้นพบครั้งใหม่นี้ เทียบเท่ากับที่นักโบราณคดีได้จำแนกร่องรอยการตั้งถิ่นฐานเริ่มแรกสุดที่ได้ขยายตัวจนกลายเป็นเมืองขนาดใหญ่ในปัจจุบัน ผลสรุปเผยแพร่ใน Astrophysical Journal
เมื่อกาแลคซีชนและควบรวมกัน จะมีกระบวนการหลายอย่างเกิดขึ้นคู่ขนานกันไปด้วย กาแลคซีแต่ละแห่งมีแหล่งก๊าซไฮโดรเจนของพวกมันเอง เมื่อชน เมฆไฮโดรเจนเหล่านั้นก็จะสูญเสียสมดุล และมีดาวฤกษ์ใหม่ๆ จำนวนมากมายก่อตัวขึ้นภายใน แน่นอนว่ากาแลคซีที่เข้ามาชนเองก็มีดาวฤกษ์ของพวกมันเองอยู่แล้ว และในการควบรวม ดาวจากกาแลคซีแต่ะแห่งก็จะผสมกัน ในระยะยาว “ดาวที่สะสมเข้ามา” ก็จะถูกรวมเป็นประชากรบางส่วนในกาแลคซีที่เพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่
ภาพแสดงกาแลคซีกังหันทั่วๆ ไปแห่งหนึ่ง จุดสีชมพูแสดงตำแหน่งดาวในกลุ่มศักติกระจายออกจนถึงขอบ โดยซ้อนทับกันเล็กน้อยกับดาวจากศิวะ(จุดสีเขียว) ซึ่งแผ่เข้าไปจนถึงแกนกลางทางช้างเผือก
เมื่อการควบรวมเสร็จสิ้น ก็ดูจะสิ้นหวังที่จะจำแนกว่าดาวดวงใดมาจากกาแลคซีที่เข้ามาชน แต่ในความเป็นจริงแล้ว ก็ยังมีบางหนทางในการตามรอยที่มาของดาวย้อนกลับไปได้ ต้องขอบคุณฟิสิกส์พื้นๆ เมื่อกาแลคซีควบรวม และประชากรของพวกมันผสมเข้าด้วยกัน ดาวเกือบทั้งหมดจะยังคงรักษาคุณสมบัติพื้นฐานที่สุดไว้ได้ ซึ่งจะเชื่อมโยงโดยตรงถึงความเร็วและทิศทางของกาแลคซีที่เป็นต้นทางของพวกมัน
ดาวจากกาแลคซีต้นทางก่อนควบรวมแห่งเดียวกัน ก็จะมีระดับทั้งพลังงานและสิ่งที่นักฟิสิกส์เรียกว่า โมเมนตัมเชิงมุม เท่าๆ กัน โมเมนตัมนั้นเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่โคจรหรือการหมุนไปรอบๆ สำหรับดาวที่เคลื่อนที่ในสนามแรงโน้มถ่วงของกาแลคซี ทั้งพลังงานและโมเมนตัมเชิงมุมจะถูกสงวนไว้แม้เวลาจะผ่าไป เมื่อตรวจสอบดาวกลุ่มใหญ่ที่มีลักษณะคล้ายกันคือ มีระดับพลังงานและโมเมนตัมเชิงมุมด้วยค่าที่ไม่ปกติ และมีโอกาสที่คุณจะได้พบซากที่เหลือจากการควบรวม
ยังมีตัวบ่งชี้อื่นที่ช่วยในการจำแนกด้วย ดาวที่ก่อตัวขึ้นเร็วกว่าจะมีปริมาณธาตุหนัก(ที่นักดาราศาสตร์เรียกว่า โลหะ; metal) ที่สูงกว่า ดาวที่ก่อตัวเมื่อนานมาแล้ว ยิ่งปริมาณโลหะต่ำแค่ไหน(ความเป็นโลหะ; metallicity) ก็สันนิษฐานได้ว่าดาวก่อตัวขึ้นแต่ต้นๆ เท่านั้น เมื่อพยายามจำแนกดาวที่ปรากฏอยู่เมื่อ 13 พันล้านปีก่อน ใครๆ ก็จะมองหาดาวที่มีปริมาณโลหะที่ต่ำมากๆ หรือที่เรียกว่า ขาดแคลนโลหะ(metal-poor)
การจำแนกดาวที่มาร่วมอยู่ในทางช้างเผือก โดยเป็นส่วนหนึ่งของกาแลคซีแห่งอื่นก็เพิ่งจะเป็นไปได้เมื่อไม่นานมานี้เอง มันต้องใช้ชุดข้อมูลขนาดใหญ่และมีคุณภาพสูง และการวิเคราะห์ที่เกี่ยวข้องกับการกลั่นกรองข้อมูลในแบบที่ชาญฉลาดเพื่อที่จะจำแนกว่าวัตถุที่ต้องการค้นหา
ภาพแสดงตำแหน่งและการกระจายตัวของดาวที่เป็นส่วนหนึ่งของศักติ(สีเหลือง) และศิวะ(สีฟ้า) ในทางช้างเผือก กระแสธารดาวเหล่านี้ถูกจำแนกโดยคุณสมบัติการโคจรร่วมของพวกมันเอง
ชุดข้อมูลลักษณะนี้เพิ่งมีเมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา ดาวเทียมตรวจสอบตำแหน่ง(astrometry) ไกอาให้ชุดข้อมูลที่เหมาะสมกับโบราณคดีกาแลคซีขนาดใหญ่อย่างนี้ ไกอาซึ่งออกสู่อวกาศในปี 2013 ได้สร้างชุดข้อมูลที่มีความเที่ยงตรงสูงขึ้นเรื่อยๆ ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา ซึ่งขณะนี้มีข้อมูลตำแหน่ง, การเปลี่ยนแปลงตำแหน่งและระยะทางของดาวฤกษ์เกือบ 1.5 พันล้านดวงภายในกาแลคซีของเรา
ข้อมูลไกอาได้ปฏิวัติการศึกษาพลวัตดาวในกาแลคซีของเรา และนำไปสู่การค้นพบโครงสร้างย่อยที่ไม่เคยรู้จักมาก่อนเรียบร้อยแล้ว ซึ่งรวมถึง โครงสร้างกระแสธารไกอาเอนเซลาดัส/ซอสเซจ(Gaia Enceladus/Sausage stream) ซึ่งเป็นซากจากการควบรวมครั้งล่าสุด ระหว่าง 8 ถึง 11 พันล้านปีก่อน
มันยังรวมถึงโครงสร้างย่อย 2 แห่งที่จำแนกได้ในปี 2022 คือ กระแสธารพอนตัส(Pontus stream) ซึ่งจำแนกโดย Malhan และเพื่อนร่วมงาน และส่วนที่เป็นดาวที่เก่าแก่และขาดแคลนโลหะในใจกลางของทางช้างเผือกซึ่งทีมเรียกพวกมันว่า poor old heart ที่จำแนกโดย Rix และเพื่อนร่วมงาน กลุ่มหลังเป็นประชากรดาวที่ก่อตัวขึ้นใหม่ในระหว่างการควบรวมครั้งต้นๆ ที่สร้างทางช้างเผือกทารก(proto-Milky Way) และต่อมาก็ฝังตัวอยู่ในพื้นที่ใจกลางกาแลคซีมาตั้งแต่นั้น
สำหรับการสำรวจปัจจุบัน Malhan และ Rix ใช้ข้อมูลไกอาร่วมกับสเปคตรัมดาวจาก Sloan Digital Sky Survey การสำรวจงานหลังให้ข้อมูลรายละเกียดเกี่ยวกับองค์ประกอบเคมีของดาว Malhan กล่าว่า เราสำรวจพบว่า สำหรับดาวขาดแคลนโลหะในระดับหนึ่งแล้ว ดาวดูเหมือนจะเกาะเป็นกลุ่มที่มีพลังงานและโมเมนตัมเชิงมุมที่จำเพาะ 2 กลุ่ม
ภาพจากศิลปินแสดงการชนของไกอาเอนเซลาดัสซึ่งส่งมวลถึงหนึ่งในห้า ให้กับทางช้างเผือกปัจจุบัน
เมื่อเทียบกับ poor old heart ซึ่งก็มองเห็นได้ในกราฟนี้ด้วย กลุ่มทั้งสองที่เพิ่งแยกแยะได้ใหม่มีโมเมนตัมเชิงมุมที่ค่อนข้างสูง สอดคล้องกับกลุ่มของดาวที่เป็นส่วนหนึ่งของกาแลคซีแห่งอื่นซึ่งได้ควบรวมกับทางช้างเผือก Malhan เรียกโครงสร้างใหม่ทั้ง 2 แห่งคือ ศักติ และศิวะ ซึ่งพระศิวะเป็นหนึ่งในสามเทพสูงสุดของศาสนาฮินดู ในขณะที่ ศักติเป็นพลังงานจากจักรวาลเพศหญิง ซึ่งเป็นบริวารของพระศิวะ
กระแสธารแต่ละแห่งมีมวลราว 10 ล้านเท่าดวงอาทิตย์ ทั้งสองแห่งอยู่ในพื้นที่ใจกลางของทางช้างเผือกแต่ก็อยู่ไกลออกมาจากกลุ่ม poor old heart โดยศักติอยู่ไกลกว่าเล็กน้อยและมีวงโคจรที่กลมกว่าเมื่อเทียบกับดาวของศิวะ ไกอาได้พบว่าพื้นที่ส่วนนี้เต็มไปด้วยดาวที่มีอายุเก่าแก่ที่สุดในทางช้างเผือกทั้งปวง ทั้งหมดก่อตัวขึ้นก่อนที่ดิสก์ทางช้างเผือกจะก่อตัวขึ้นโดยสมบูรณ์เสียอีก
ระดับพลังงานและโมเมนตัมเชิงมุม รวมกับความเป็นโลหะโดยรวมที่ต่ำใกล้เคียงกับกลุ่ม poor old heart ทำให้ศักติและศิวะ เป็นว่าที่ซากของผู้ร่วมสร้างทางช้างเผือกรุ่นแรกสุด Rix กล่าวว่า ศักติและศิวะน่าจะเป็นอีกสองส่วนที่สมทบเข้ามารวมกับ poor old heart ของทางช้างเผือก ริเริ่มการเจริญเติบโตเพื่อกลายเป็นกาแลคซีที่มีขนาดใหญ่ขึ้น
เมื่อกว่า 12 พันล้านปีก่อน ทางช้างเผือกดูแตกต่างอย่างมากจากกาแลคซีกังหันที่เป็นระเบียบที่เรามองเห็นในปัจจุบัน กาแลคซีของเราน่าจะก่อตัวเป็นเส้นใยก๊าซและฝุ่นที่ยาวจำนวนหลายเส้นมาเกาะกัน ทั้งหมดก่อตัวดาวและม้วนพันกันจนให้กำเนิดทางช้างเผือกของเรา ดูเหมือนศักติและศิวะน่าจะเป็นโครงสร้างลักษณะนี้
กระแสธารดาวที่ได้ช่วยสร้างทางช้างเผือกขึ้นมาในเหตุการณ์การชนที่แตกต่างกัน
องค์ประกอบใหม่ทั้งสองจะไปรวมกับองค์ประกอบอื่นๆ ที่ไกอาได้พบ อยู่ร่วมกับ ไกอาเอนเซลาดัสซอสเซจ, พอนตัส, LMS1/Wukong และ Arjuna/Sequoia/I’itoi กลายเป็นต้นไม้ครอบครัวที่ซับซ้อนของทางช้างเผือก ซึ่งเป็นงานที่ออกแบบมาให้ไกอาทำ Timo Prusti นักวิทยาศาสตร์โครงการเพื่อไกอาที่อีซา กล่าวว่า การเผยวัยเยาว์ของทางช้างเผือก เป็นหนึ่งในเป้าหมายของไกอา และแน่นอนว่าก็กำลังบรรลุเป้าหมายนี้
การสำรวจหลายงานทั้งที่กำลังทำอยู่หรือจะเริ่มทำในอีกไม่กี่ปีข้างหน้านี้ น่าจะให้ข้อมูลเพิ่มเติมที่มีประโยชน์ ทั้งสเปคตรัม(จาก SDSS-V, 4MOST) และการตรวจสอบระยะทางอย่างแม่นยำ(LSST หอสังเกตการณ์รูบิน) น่าจะช่วยให้นักดาราศาสตร์ได้ตัดสินใจว่าศักติและศิวะนั้นแท้จริงแล้วช่วยก่อตัวทางช้างเผือกในวัยทารก จริงๆ
แหล่งข่าว scitechdaily.com – ancient architects of the Milky Way: the discovery of Shakti and Shiva
esa.int – Gaia unravels the ancient threads of the Milky Way
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
