น้ำนม (Milk)

เซอร์ไพรส์: องค์ประกอบของก๊าซและโลหะในทางช้างเผือกไม่เป็นไปตามคาด

เมฆและลำธารของก๊าซบริสุทธิ์แห่งจักรวาล (สีม่วงแดง) รวมตัวกันบนทางช้างเผือก แต่ก๊าซนี้ไม่ได้ผสมกันอย่างมีประสิทธิภาพในดิสก์กาแล็กซี่ตามที่เน้นสำหรับย่านสุริยะ (ซูมเข้า) เครดิต: © Dr Mark A. Garlick นักดาราศาสตร์จาก UNIGE ได้สังเกตองค์ประกอบของก๊าซในดาราจักรของเรา และแสดงให้เห็นว่า ตรงกันข้ามกับแบบจำลองที่สร้างขึ้นมาจนถึงตอนนี้ พวกมันไม่ได้ผสมกันอย่างเป็นเนื้อเดียวกัน เพื่อให้เข้าใจประวัติศาสตร์และวิวัฒนาการของทางช้างเผือกได้ดียิ่งขึ้น นักดาราศาสตร์จึงกำลังศึกษาองค์ประกอบของก๊าซและโลหะที่ประกอบขึ้นเป็นส่วนสำคัญของดาราจักรของเรา องค์ประกอบหลักสามประการโดดเด่น: ก๊าซเริ่มต้นที่มาจากนอกดาราจักรของเรา ก๊าซระหว่างดาวฤกษ์ภายในดาราจักรของเรา ซึ่งเต็มไปด้วยองค์ประกอบทางเคมี และฝุ่นที่เกิดจากการควบแน่นของโลหะที่มีอยู่ในก๊าซนี้ จนถึงปัจจุบัน แบบจำลองทางทฤษฎีสันนิษฐานว่าธาตุทั้งสามนี้ผสมกันอย่างเป็นเนื้อเดียวกันตลอดทางช้างเผือกและบรรลุถึงระดับของการเพิ่มสมรรถนะทางเคมีที่คล้ายกับชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์ ซึ่งเรียกว่าโลหะจากแสงอาทิตย์ วันนี้ ทีมนักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเจนีวา (UNIGE) แสดงให้เห็นว่าก๊าซเหล่านี้ไม่ได้ปะปนกันมากอย่างที่คิดไว้ก่อนหน้านี้ ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อความเข้าใจในปัจจุบันเกี่ยวกับวิวัฒนาการของดาราจักร จึงต้องปรับเปลี่ยนการจำลองวิวัฒนาการของทางช้างเผือก ผลลัพธ์เหล่านี้สามารถอ่านได้ในวารสาร Nature ดาราจักรประกอบด้วยกลุ่มดาวฤกษ์และก่อตัวขึ้นจากการควบแน่นของก๊าซในตัวกลางระหว่างดาราจักรซึ่งประกอบด้วยไฮโดรเจนเป็นส่วนใหญ่และฮีเลียมเล็กน้อย ก๊าซนี้ไม่มีโลหะซึ่งแตกต่างจากก๊าซในดาราจักร ในทางดาราศาสตร์ องค์ประกอบทางเคมีทั้งหมดที่หนักกว่าฮีเลียมจะเรียกรวมกันว่า “โลหะ” แม้ว่าจะเป็นอะตอมในรูปก๊าซ Annalisa De Cia ศาสตราจารย์ภาควิชาดาราศาสตร์แห่ง UNIGE Faculty of Science และผู้เขียนคนแรกของ UNIGE กล่าวว่า “กาแล็กซีได้รับพลังงานจากก๊าซบริสุทธิ์ที่ตกลงมาจากภายนอก ซึ่งทำให้พวกมันกระปรี้กระเปร่าและช่วยให้ดาวฤกษ์ใหม่ก่อตัวขึ้นได้ ศึกษา. ในเวลาเดียวกัน ดาวฤกษ์จะเผาผลาญไฮโดรเจนที่ประกอบขึ้นเป็นพวกมันตลอดชีวิตของพวกมัน และก่อตัวเป็นองค์ประกอบอื่นๆ ผ่านการสังเคราะห์นิวคลีโอส เมื่อดาวฤกษ์ที่ถึงจุดสิ้นสุดของชีวิตระเบิด มันจะขับโลหะที่ผลิตออกมา เช่น เหล็ก สังกะสี คาร์บอน และซิลิกอน โดยป้อนธาตุเหล่านี้เข้าไปในก๊าซของดาราจักร อะตอมเหล่านี้สามารถควบแน่นเป็นฝุ่น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วนที่เย็นกว่าและหนาแน่นกว่าของดาราจักร “ในขั้นต้น เมื่อทางช้างเผือกก่อตัวขึ้นเมื่อกว่า 10 พันล้านปีก่อน มันไม่มีโลหะ จากนั้นดวงดาวก็ค่อยๆ เสริมสร้างสภาพแวดล้อมด้วยโลหะที่พวกเขาผลิตขึ้น” นักวิจัยกล่าวต่อ เมื่อปริมาณของโลหะในก๊าซนี้ถึงระดับที่มีอยู่ในดวงอาทิตย์ นักดาราศาสตร์พูดถึงความเป็นโลหะของดวงอาทิตย์ สภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน สภาพแวดล้อมที่ประกอบเป็นทางช้างเผือกจึงนำโลหะที่เกิดจากดาวฤกษ์ อนุภาคฝุ่นที่ก่อตัวขึ้นจากโลหะเหล่านี้ แต่ยังรวมถึงก๊าซจากนอกดาราจักรที่เข้าสู่ดาราจักรเป็นประจำ “จนถึงขณะนี้ แบบจำลองทางทฤษฎีได้พิจารณาว่าองค์ประกอบทั้งสามนี้ผสมกันอย่างเป็นเนื้อเดียวกันและไปถึงองค์ประกอบสุริยะทุกที่ในดาราจักรของเรา โดยมีความเป็นโลหะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยในใจกลาง ซึ่งดาวมีจำนวนมากขึ้น” Patrick Petitjean นักวิจัยจาก Institut d’Astrophysique de Paris, มหาวิทยาลัยซอร์บอนน์ “เราต้องการสังเกตรายละเอียดนี้โดยใช้เครื่องสเปกโตรกราฟอัลตราไวโอเลตบนกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล” สเปกโตรสโกปีช่วยให้แสงจากดวงดาวแยกจากกันด้วยสีหรือความถี่แต่ละสี คล้ายกับแสงที่มีปริซึมหรือรุ้ง ในแสงที่สลายตัวนี้ นักดาราศาสตร์สนใจเส้นดูดกลืนเป็นพิเศษ: “เมื่อเราสังเกตดาวดวงหนึ่ง โลหะที่ประกอบเป็นก๊าซระหว่างดาวฤกษ์และตัวเราดูดซับส่วนเล็กๆ ของแสงในลักษณะที่มีลักษณะเฉพาะ ที่ความถี่เฉพาะ ซึ่งช่วยให้เราไม่เพียงแต่ระบุการมีอยู่ของมันเท่านั้น แต่ยังบอกได้ว่าเป็นโลหะชนิดใด และมีปริมาณมากเพียงใด” เขากล่าวต่อ วิธีการใหม่ที่พัฒนาขึ้นเพื่อสังเกตความเป็นโลหะทั้งหมด เป็นเวลา 25 ชั่วโมง ทีมนักวิทยาศาสตร์ได้สำรวจบรรยากาศของดาว 25 ดวงโดยใช้ฮับเบิลและกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มาก (VLT) ในชิลี ปัญหา? ฝุ่นไม่สามารถนับด้วยสเปกโตรกราฟเหล่านี้ แม้ว่าจะมีโลหะอยู่ ทีมของ Annalisa De Cia ได้พัฒนาเทคนิคการสังเกตแบบใหม่ “มันเกี่ยวข้องกับการพิจารณาองค์ประกอบทั้งหมดของก๊าซและฝุ่นโดยการสังเกตองค์ประกอบหลายอย่างพร้อมกัน เช่น เหล็ก สังกะสี ไททาเนียม ซิลิกอน และออกซิเจน” นักวิจัยจากเจนีวาอธิบาย “จากนั้นเราสามารถติดตามปริมาณของโลหะที่มีอยู่ในฝุ่นและเพิ่มไปยังปริมาณที่ได้รับจากการสังเกตครั้งก่อนเพื่อให้ได้ผลรวม” ด้วยเทคนิคการสังเกตแบบคู่นี้ นักดาราศาสตร์ได้พบว่าสภาพแวดล้อมของทางช้างเผือกไม่เพียงไม่เท่ากันเท่านั้น แต่บางพื้นที่ที่ศึกษาถึงเพียง 10% ของความเป็นโลหะของดวงอาทิตย์ Jens-Kristian Krogager นักวิจัยจาก Department of Astronomy ของ UNIGE กล่าวว่า “การค้นพบนี้มีบทบาทสำคัญในการออกแบบแบบจำลองทางทฤษฎีเกี่ยวกับการก่อตัวและวิวัฒนาการของกาแลคซี “จากนี้ไป เราจะต้องปรับแต่งการจำลองโดยเพิ่มความละเอียด เพื่อให้เราสามารถรวมการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ในความเป็นโลหะในสถานที่ต่างๆ ในทางช้างเผือก” ผลลัพธ์เหล่านี้ส่งผลกระทบอย่างมากต่อความเข้าใจของเราเกี่ยวกับวิวัฒนาการของดาราจักรและโดยเฉพาะอย่างยิ่งของเราเอง อันที่จริง โลหะมีบทบาทพื้นฐานในการก่อตัวของดาว ฝุ่นในจักรวาล โมเลกุล และดาวเคราะห์ และตอนนี้เรารู้แล้วว่าดาวและดาวเคราะห์ดวงใหม่สามารถก่อตัวขึ้นได้ในปัจจุบันจากก๊าซที่มีองค์ประกอบต่างกันมาก ข้อมูลอ้างอิง: “Large Metallicity Variations in the Galactic Interstellar Medium” โดย Annalisa De Cia, Edward B. Jenkins, Andrew J. Fox, Cédric Ledoux, Tanita Ramburth-Hurt, Christina Konstantopoulou, Patrick Petitjean และ Jens-Kristian Krogager, 8 กันยายน 2021, ธรรมชาติ.DOI: 10.1038/s41586-021-03780-0

Back to top button