ดาวฤกษ์ที่มีอายุมากกว่าจักรวาล | เก่าแก่กว่าจักรวาล - HD 140283 (Methuselah star)
จักรวาลคู่ขนาน ที่ “เวลา” เดินย้อนกลับหลัง
จักรวาลคู่ขนาน ที่ “เวลา” เดินย้อนกลับหลัง
พฤศจิกายน 30, 2020
ความสวยงามของ เนบิวลาผีเสื้อ และ เนบิวลาแมลงอัญมณี
ความสวยงามของ เนบิวลาผีเสื้อ และ เนบิวลาแมลงอัญมณี
พฤศจิกายน 30, 2020
ดาวฤกษ์ที่มีอายุมากกว่าจักรวาล | เก่าแก่กว่าจักรวาล - HD 140283 (Methuselah star)

เป็นเวลากว่า 100 ปีแล้ว ที่นักดาราศาสตร์ได้สังเกตเห็นดาวฤกษ์ประหลาดดวงนี้ ซึ่งมันก็ไม่ได้อยู่ห่างไกลอะไรเลย เพราะมันอยู่ใกล้ๆกับระบบสุริยะของเรานี่เอง ตำแหน่งของมันตั้งอยู่ในกลุ่มดาวคันชั่ง (constellation Libra) ในระยะ 200 ปีแสงจากโลก ดาวดวงนี้มีชื่อว่า HD 140283 หรือเป็นที่รู้จักกันในอีกชื่อหนึ่งว่า ดาวเมธูเสลาห์ (Methuselah star) ความส่องสว่างปรากฏ (Apparent magnitude) ของดาวมีค่าอยู่ที่ 7.2 หรือสว่างพอๆกับความสว่างขั้นต่ำของดาวพุธเมื่อมองจากโลก

โดยแสงของดาวปรากฏออกมาในลักษณะของการเลื่อนผ่านไปทางน้ำเงิน (Blueshift) กล่าวคือความยาวคลื่นของมันมีค่าลดลงเรื่อยๆ อันเนื่องมาจากพลังงานในแสงมีปริมาณเพิ่มมากขึ้น นี่ก็หมายความว่าทิศทางการเคลื่อนที่ของมัน กำลังมุ่งหน้ามาที่โลกของเรามากกว่าที่จะจากไปนั่นเอง แถมยังเคลื่อนตัวผ่านไปในอวกาศด้วยความเร็วสูงถึง 1.3 ล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมง 

ในปี ค.ศ. 1951 จากการวิเคราะห์หาองค์ประกอบของดาวด้วยวิธีสเปกโทรสโกปี (Spectroscopy) ของสองนักวิทยาศาสตร์โจเซฟดับเบิลยู. แชมเบอร์เลน (Joseph W. Chamberlain) นักบรรยากาศศาสตร์ (Atmospheric scientist) และนักดาราศาสตร์ ลอว์เรนซ์ เอช. อลเลอร์ (Lawrence H. Aller) ก็พบว่า ดาวดวงนี้มีค่าความเป็นโลหะต่ำกว่าดวงอาทิตย์ของเรามาก

และจากการวิเคราะห์ด้วยเทคนิคสเปกโทรสโกปีสมัยใหม่ก็ยืนยันถึงความถูกต้องในเรื่องนี้เช่นกัน ซึ่งพบว่าดาวเมธูเสลาห์นี้ มีค่าความเป็นโลหะต่ำกว่าดวงอาทิตย์ถึง 250 เท่า จึงจัดได้ว่าดาวฤกษ์ดวงนี้คือหนึ่งในดาวฤกษ์ที่มีค่าความเป็นโลหะต่ำที่อยู่ใกล้กับระบบสุริยะของเรามากที่สุด 

และคาดว่ามันน่าจะเป็นกลุ่มประชากรดาวฤกษ์ประเภท 2 หรือ Population II โดยอิงการจำแนกองค์ประกอบทางเคมีในดาวฤกษ์ ซึ่งคิดค้นโดยนักดาราศาสตร์ชาวเยอรมัน ‘วัลเทอร์ บาด’ (Walter Baade) ในขณะที่ดวงอาทิตย์ของเรานั้นคือดาวฤกษ์รุ่นใหม่กว่า ซึ่งก่อตัวขึ้นมาจากเถ้าถ่านของดาวฤกษ์ที่ดับสลายไปในรุ่นของดาวเมธูเสลาห์ หรือเก่ากว่านั้น (ปัจจุบันดวงอาทิตย์ของเราจัดอยู่ในกลุ่มประชากรดาวฤกษ์ประเภท 1 (Population I) ซึ่งอุดมเต็มไปด้วยธาตุโลหะและอื่นๆอีกมากมาย)

ดาวฤกษ์ HD 140283 เริ่มเป็นที่รู้จักกันในปี ค.ศ. 1912 เมื่อ วอลเตอร์ ซิดนี่ อดัมส์ (Walter Sydney Adams) นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกัน ได้ทำการวัดตำแหน่งของดาว โดยใช้สเปกโตรมิเตอร์เชิงแสง (Optical spectrometer) ที่หอดูดาวเมาท์วิลสัน (Mount Wilson Observatory)

อายุของดาว 

เนื่องจาก ดาวฤกษ์ HD 140283 ไม่ได้อยู่ในหมวดหมู่ของทั้งดาวฤกษ์ในแถบลำดับหลัก (Main sequence – กลุ่มของดาวฤกษ์แคระ) และดาวยักษ์แดง มันจึงดูเหมือนกับว่าตำแหน่งของมันจะมาก่อนในแผนภาพของแฮร์ทสชปรุง-รัสเซลล์ (Hertzsprung–Russell diagram) ซึ่งแผนภาพนี้แสดงให้เห็นถึงจำนวนดาวฤกษ์กว่า 22,000 ดวง ซึ่งสามารถอธิบายได้ถึงวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ได้ภายในภาพเดียว เช่นกลุ่มดาวฤกษ์ที่อยู่ซ้ายมือบน จะเป็นดาวฤกษ์ที่เพิ่งถือเกิดใหม่และมีความร้อนที่สูงมาก ในขณะที่กลุ่มของดาวฤกษ์ที่อยู่ทางขวาบน จะเป็นกลุ่มของดาวฤกษ์ขนาดยักษ์ที่มีอายุมากและมีอุณหภูมิเย็นกว่าที่เรียกว่าดาวยักษ์แดง ในขณะที่กลุ่มดาวฤกษ์ที่อยู่ด้านล่างซ้าย คือกลุ่มของดาวแคระขาวซึ่งเป็นซากที่หลงเหลืออยู่ของดาวฤกษ์ที่ดับลงแล้ว  ส่วนดาวฤกษ์ลำดับท้ายๆนั้น เป็นดาวฤกษ์ขนาดเล็กที่มีอุณหภูมิเย็นที่ส่วนมากเราจะเรียกมันว่าดาวเคราะห์แดง ส่วนสีที่เห็นในภาพนั้นบ่งบอกถึงความร้อนบนพื้นผิวของดาว อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นจากน้อยไปหามากตามลำดับสีดังนี้ หากดาวฤกษ์ปรากฏเป็นสีแดงส่วนใหญ่จะมีอุณหภูมิอยู่ที่ ประมาณ 1,700 ไปถึง 3,300 องศาเซลเซียส หากร้อนขึ้นไปกว่านั้นอีกหน่อยมันจะกลายเป็นสีส้มที่อุณหภูมิ 4,000 องศาเซลเซียส และเป็นสีเหลืองที่ 5,000 องศาเซลเซียส และเป็นสีขาวเมื่อมากกว่านั้น ดาวฤกษ์ที่มีสีฟ้าจะเป็นดาวที่มีอุณหภูมิสูงมาก เกินกว่า 10,000 องศาเซลเซียสขึ้นไป

จะเห็นได้ว่าการจะระบุอายุของดาวฤกษ์ได้นั้น เราต้องอาศัยดาวฤกษ์เป็นจำนวนมากเพื่อใช้ในการอ้างอิงถึงอายุของดาว

สำหรับดาวฤกษ์สนาม (field stars) ดังเช่นดาวเมธูเสลาห์นี้ ถือเป็นดาวฤกษ์หายาก เพราะมันไม่ได้มีส่วนเกี่ยวข้องที่เหมือนกันกับดาวฤกษ์ในกลุ่มอื่นๆ เมื่อใช้วิธีการสังเกตทางดาราศาสตร์ในแบบเดียวกัน

นี่จึงเป็นการยากที่จะอนุมานถึง ความสว่าง, อุณหภูมิพื้นผิว และองค์ประกอบของดาวฤกษ์ให้มีความแม่นยำ ที่ส่งผลต่อการประเมินถึงอายุของดาวด้วย หลักๆเลยก็คือ ดาวประเภทนี้เป็นดาวที่มีอยู่เป็นจำนวนน้อยมาก ซึ่งคาดว่าน่าจะเป็นดาวฤกษ์ที่หลงเหลือมาจากประชากรดาวฤกษ์ประเภทที่ 2 (Population II) ซึ่งปัจจุบันดาวฤกษ์ในรุ่นเดียวกันนี้ ส่วนใหญ่ดับสิ้นไปหมดแล้ว เช่นบางส่วนก็กลายเป็นหลุมดำ บางส่วนกลายเป็นดาวนิวตรอน และบางส่วนเป็นดาวแคระขาว โดยสรุปก็คือ เพื่อนๆของมันในรุ่นเดียวกัน แทบไม่หลงเหลืออยู่แล้วนั่นเอง ทำให้การประเมินในเรื่องของอายุจึงเป็นไปได้ยากมาก 

จากการศึกษาที่เผยแพร่ในปี ค.ศ. 2013 โดยใช้เซ็นเซอร์นำทางความละเอียดสูง (Fine Guidance Sensor; FGS) ของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล มาวัดค่าพารัลแลกซ์ที่เกี่ยวข้องกับระยะทางและแสงสว่างของดาวฤกษ์ เพื่อมาตรวจหาอายุที่แท้จริงของดาว ผลที่ออกมาทำให้นักดาราศาสตร์ตกตะลึงเป็นอย่างยิ่ง เพราะอายุของดาว HD 140283 นั้นมีอายุมากกว่าจักรวาลของเราเสียอีก กล่าวคือดูเหมือนดาวฤกษ์ดวงนี้จะอยู่มานานกว่า 14,460 ล้านปีแล้ว (อย่างไรก็ตามค่าความคลาดเคลื่อนของอายุก็มีตัวเลขอยู่ที่ 800 ล้านปี) ดังนั้นหากเราคำนึงถึงอายุต่ำสุดของมันก็จะได้ว่า มันอาจถือกำเนิดขึ้นมาเมื่อราว 13,660 ล้านปีก่อน ซึ่งขณะนั้นจักรวาลของเราได้ถือกำเนิดแล้ว และน่าจะเป็นในช่วงยุคแรกๆของดาวฤกษ์ที่เพิ่งถือกำเนิดขึ้นมา 

แต่หากว่าค่าความคลาดเคลื่อนอายุของดาว เป็นไปในทางบวก หรือก็คือดาวดวงนี้มีอายุมากกว่าจักรวาล มันจะเป็นไปได้หรือ ที่จะสามารถมีอะไรถือกำเนิดขึ้นมาก่อนการมีอยู่ของบิกแบงได้ แน่นอนว่าในเรื่องนี้มันขัดต่อหลักเหตุและผลในทางความคิดของเรา เช่นหากเราพูดขึ้นว่า จะเกิดอะไรขึ้นหากลูกเกิดก่อนแม่ผู้ให้กำเนิด แค่นี้มันก็ฟังดูขัดแย้งกันแล้ว 

ปัจจุบันอายุของจักรวาล ได้รับการพิจารณามาแล้วหลายต่อหลายครั้ง หลากหลายวิธี และหลากหลายเครื่องมือ ซึ่งผลที่ออกมาได้ก็คือ จักรวาลนั้นเฉลี่ยแล้วมีอายุอยู่ที่ระหว่าง 13,700 ล้านปี ถึง 13,800 ล้านปี อย่างการตรวจวัดอายุจักรวาลครั้งล่าสุดเกิดขึ้นเมื่อปี ค.ศ. 2015 โดยดาวเทียมพลังค์ (Planck Satellite) ซึ่งให้ผลลัพธ์อายุของจักรวาลอยู่ที่ 13,799 ล้านปี โดยมีค่าความคลาดเคลื่อนที่น้อยมาก แค่ 21 ล้านปีเท่านั้น 

ดาวฤกษ์เมธูเสลาห์ ถูกขนานนามตามชื่อของ เมธูเสลาห์ ที่ปรากฏอยู่ในพระคัมภีร์ไบเบิล ซึ่งเล่าถึงชายผู้ที่ซึ่งมีอายุยืนยาวที่สุดในประวัติศาสตร์มนุษยชาติ ดังนั้น เมธูเสลาห์ จึงถูกนำมาใช้เป็นคำเปรียบเปรยถึงอายุของดาวฤกษ์ดวงนี้ๆเอง

หากสมมติฐานของวิวัฒนาการดาวฤกษ์ดวงนี้ถูกต้องตามคำรายงาน นี่ก็หมายความว่าดาวดวงนี้น่าจะก่อตัวขึ้นมาทันทีหลังจากเกิดบิกแบงได้ไม่นาน และมันก็จะกลายเป็นหนึ่งในดาวฤกษ์ที่เก่าแก่ที่สุดในจักรวาล

การค้นพบดาวฤกษ์ที่มีความเป็นโลหะต่ำนี้ แสดงให้เห็นถึงความไม่ปกติที่เกิดขึ้นภายในกระจุกดาวทรงกลม และภายในในรัศมีกาแลคติก องค์ประกอบภายในดาวนี้แสดงให้เห็นถึงความสอดคล้องว่ามันคือผู้อยู่รอดมาจากในยุคบรรพกาล ซึ่งถือเป็นสิ่งที่หาได้ยากมากในยุคแห่งดวงดาวสมัยใหม่

การมีอยู่ของมัน (แถมยังอยู่ใกล้กับระบบสุริยะของเราเพียง 200 ปีแสง) อาจช่วยให้นักดาราศาสตร์ได้เข้าใจถึงการก่อตัวของดาวฤกษ์ในยุคจักรวาลมืดในช่วงแรกได้ ซึ่งจะกล่าวได้ว่าดาวดวงนี้อาจเป็นหลักฐานที่บ่งชี้ให้เห็นว่าภายหลังจากเกิดบิกแบงได้เพียงไม่นาน ดาวฤกษ์ก็สามารถก็ตัวขึ้นมาได้แล้ว ซึ่งเท่าที่ทราบในตอนนี้ก็คือ ประชากรดาวฤกษ์ประเภทที่ 2 และประเภทที่ 3 ในปัจจุบัน แทบไม่หลงเหลือให้เห็นอยู่อีกแล้ว

แต่ดูเหมือนนักวิทยาศาสตร์ผู้ทำการตรวจวัดอายุดาวเมธูเสลาห์ จะยอมรับให้ดาวฤกษ์มีอายุได้มากกว่าจักรวาลตามทฤษฎี มากกว่าที่จะยอมรับผลการวิเคราะห์อายุของจักรวาลจากหลักฐานประจักษ์ชัดในก่อนหน้านี้ ไม่ว่าจะจากผลการศึกษาในเรื่องของปรากฏการณ์ด็อพเพลอร์ของแสงที่เลื่อนผ่านไปทางแดง หรือการแผ่รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล (cosmic microwave background radiation)

อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันยังไม่มีหลักฐานวัตถุคอสมิกใดๆที่ตรวจพบว่ามีอายุมากกว่าจักรวาล จากผลการสำรวจของดาวเทียมของพลังค์

การศึกษาดาวฤกษ์ได้ช่วยให้นักดาราศาสตร์เข้าใจถึงประวัติศาสตร์ยุคแรกของจักรวาล โดยเฉพาะดาวฤกษ์ที่มีความเป็นโลหะต่ำมากๆ แต่ไม่เป็นศูนย์ เช่น  HD 140283 ก็บ่งบอกว่า มันน่าจะถือกำเนิดขึ้นมาอยู่ในช่วงของการสร้างดาวฤกษ์ในรุ่นที่สอง และการที่มันมีองค์ประกอบเป็นธาตุหนักอยู่ด้วย ก็เป็นไปไม่ได้เลยที่มันจะถือกำเนิดขึ้นมาจากประชากรดาวฤกษ์ประเภทที่ 3 หรือดาวฤกษ์รุ่นแรก ซึ่งปัจจุบันแทบไม่หลงเหลือให้เราได้เห็น

ในขณะที่ดาวฤกษ์ดวงแรก เชื่อว่าน่าจะเกิดขึ้นมาเพียงไม่กี่ร้อยปีหลังจากเกิดบิ๊กแบง พวกมันเป็นดาวฤกษ์ขนาดใหญ่มาก และมีอายุอยู่ได้เพียงไม่กี่ล้านปีเท่านั้นก่อนที่จะสิ้นอายุไขโดยการระเบิดออกเป็นซูเปอร์โนวา ต่อมาดาวฤกษ์ในรุ่นที่สองก็ถือกำเนิดขึ้น ซึ่งในทางทฤษฎีแล้วคือรุ่นราวคราวเดียวกันกับ HD 140283 ดาวฤกษ์ในรุ่นนี้ถือกำเนิดขึ้นมาจากกลุ่มก๊าซจำนวนมากซึ่งเป็นเศษซากที่หลงเหลืออยู่ของดวงดาวที่ดับสลายไปก่อนหน้านี้ หรือเป็นที่รู้จักกันในชื่อเนบิวลา 

สันนิษฐานของการเกิดดาวฤกษ์ดังกล่าว อยู่ในแบบจำลองที่ดีที่สุดของจักรวาลในยุคแรก ที่กล่าวว่าดาวฤกษ์ในรุ่นถัดไป ได้รวมเอากลุ่มก๊าซเย็นมาควบแน่นเป็นดาวฤกษ์ ซึ่งกระบวนการนี้กินระยะเวลาเพียงไม่กี่สิบล้านปีเท่านั้น 

ข้อมูลทางกายภาพของดาวฤกษ์ HD 140283

  1. มวลของดาวมีค่าประมาณ 0.8 เท่าของดวงอาทิตย์ 
  2. มีขนาดใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ประมาณ 2 เท่า 
  3. มีค่าความสว่างมากกว่าดวงอาทิตย์ 4.8 เท่า
  4. มีอุณหภูมิพื้นผิวอยู่ที่ประมาณ 5,500 องศาเซลเซียส
  5. อยู่ห่างไกลจากโลกราว 200 ปีแสง ในกลุ่มดาวคันชั่ง
  6. อายุของดาวเท่ากับ 14,460 ล้านปี มีค่าความคลาดเคลื่อนบวกลบอยู่ที่ 800 ล้านปี
  7. ความเร็วเรเดียลเท่ากับ -169 กิโลเมตรต่อวินาที หรือมีทิศทางเคลื่อนเข้ามาหาโลก
  8. จากการตรวจสอบปริมาณของธาตุลิเทียมในดาวฤกษ์ก็พบว่า ปัจจุบันดาว HD 140283 ยังไม่พัฒนากลายเป็นดาวยักษ์แดง ซึ่งแตกต่างจากดาวฤกษ์ในรุ่นไล่เลี่ยกัน ที่ส่วนใหญ่กลายเป็นดาวยักษ์แดง หรือไม่ก็ดับลงไปหมดแล้ว

แหล่งที่มา

  1. How Can a Star Be Older Than the Universe?
  2. HD 140283
SCIWAYS
SCIWAYS
นักเดินทางข้ามกาลเวลา: ผมสนใจเรื่องราววิธีการทำงานของธรรมชาติเป็นอย่างยิ่ง อยากรู้ว่าจักรวาลกำเนิดขึ้นมาได้อย่างไร แล้วทำไมเราถึงมาอยู่ที่นี่
0 0 โหวต
คะแนนบทความ
guest
0 Comments
การตอบกลับแบบอินไลน์
ดูความคิดเห็นทั้งหมด
Facebook
กลับสู่บนสุด