ที่โดดเด่น ดาวฤกษ์ดวงแรกในจักรวาลก่อตัวขึ้นหลังจากบิกแบงประมาณ 100,000 ปี

มวลดาวฤกษ์ในยุคแรกๆ เหล่านี้รู้จักกันในชื่อดาว Population III มีขนาดใหญ่มาก อายุสั้น และแทบไม่มีโลหะหรือองค์ประกอบที่หนักกว่าเลย เมื่อเวลาผ่านไป ธาตุต่างๆ เช่น คาร์บอน ไนโตรเจน ออกซิเจน และเหล็ก ก่อตัวขึ้นภายในผ่านการสังเคราะห์นิวเคลียส เมื่อดาวฤกษ์เหล่านี้ถึงจุดสิ้นสุดอายุขัย พวกมันระเบิดในซุปเปอร์โนวาที่ใหญ่กว่าสิ่งที่เราเห็นในปัจจุบัน (“ซุปเปอร์โนวา”) หลายเท่า ทำให้องค์ประกอบเหล่านี้กระจัดกระจายไปทั่วจักรวาล

• บทความอื่น ๆ : thegreatcampcollection.com

นักดาราศาสตร์ได้พยายามค้นหาหลักฐานของดาวดวงแรกสุดเหล่านี้มานานหลายทศวรรษแล้ว แต่ความพยายามทั้งหมดจนถึงปัจจุบันก็ยังล้มเหลว แต่ต้องขอบคุณการศึกษาเมื่อเร็วๆ นี้ ทีมงานที่นำโดยมหาวิทยาลัยโตเกียวคิดว่าในที่สุดพวกเขาอาจพบร่องรอยของดาวฤกษ์ดวงแรกสุดดวงหนึ่งในจักรวาลแล้ว ในขณะที่วิเคราะห์ข้อมูลที่ได้รับจากกล้องโทรทรรศน์ Gemini Northของควาซาร์ที่ห่างไกลที่สุดเท่าที่เคยพบมา ทีมวิจัยสังเกตเห็นกลุ่มเมฆขนาดใหญ่ของวัสดุรอบๆ จากการวิเคราะห์ของพวกเขา พวกเขาเชื่อว่าวัสดุดังกล่าวมาจากดาวฤกษ์รุ่นแรกหลังจากที่มันกลายเป็น “ซุปเปอร์โนวา”

การศึกษาซึ่งเพิ่งปรากฏในThe Astrophysical JournalนำโดยYuzuru Yoshiiศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยโตเกียว และSteward Observatoryแห่งมหาวิทยาลัยแอริโซนา เขาได้เข้าร่วมโดยนักวิจัยจากNational Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), ศูนย์วิจัยของมหาวิทยาลัยโตเกียว สำหรับจักรวาลยุคแรก (RESCEU), JINA Center for the Evolution of the Elements (JINA-CEE) ที่มหาวิทยาลัย Notre Dame และหอดูดาว Mount Stromloของมหาวิทยาลัยแห่งชาติออสเตรเลีย

คาดว่าดาวฤกษ์กลุ่มที่ 3 ก่อตัวขึ้นหลังจากบิกแบงราว 100,000 ปี เครดิต: ESA/Hubble, M. Kornmesserตามที่ระบุในการศึกษาของพวกเขา ทีมงานเชื่อว่าคำอธิบายที่เป็นไปได้มากที่สุดสำหรับสิ่งที่พวกเขาสังเกตเห็นคือวัสดุดังกล่าวเป็นซากของดาวฤกษ์รุ่นแรกที่ระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวาคู่ที่ไม่เสถียร (หรือที่เรียกว่า “ซุปเปอร์โนวา”) สิ่งเหล่านี้เกิดขึ้นเมื่อโฟตอนในใจกลางของดาวฤกษ์เปลี่ยนเป็นอิเล็กตรอนและโพซิตรอนโดยธรรมชาติ ซึ่งเป็นปฏิสสารคู่ขนานกับอิเล็กตรอน ซึ่งจะช่วยลดความดันการแผ่รังสีภายในดาวฤกษ์ ทำให้มันยุบตัวลง เช่นเดียวกับที่ดาวฤกษ์ Population I และ II ยุบตัวหลังจากหมดไฮโดรเจนและฮีเลียมของพวกมัน กระบวนการนี้ทำให้ดาว Population III กลายเป็นซุปเปอร์โนวา

แม้ว่าเหตุการณ์ดังกล่าวจะไม่เคยมีใครเห็นมาก่อน แต่ก็มีทฤษฎีว่าเกิดขึ้นเมื่อดาวขนาดยักษ์ (ระหว่าง 150 ถึง 250 มวลสุริยะ) ถึงจุดสิ้นสุดของชีวิต ซุปเปอร์โนวาที่ไม่เสถียรคู่ไม่เหมือนกับมหานวดาราอื่นๆ ไม่ทิ้งเศษซากของดาวฤกษ์และผลักสสารทั้งหมดของดาวออกสู่บริเวณโดยรอบ นอกจากนี้ นักดาราศาสตร์ยังตั้งทฤษฎีว่าวัสดุนี้จะมีธาตุเหล็กมากกว่าแมกนีเซียมถึงสิบเท่าเมื่อเทียบกับอัตราส่วนของธาตุเหล่านี้ในดวงอาทิตย์ของเรา เนื่องจากลักษณะเฉพาะของพวกมัน มีเพียงสองวิธีในการค้นหาหลักฐานของดาวฤกษ์ Population III

ประการแรก นักดาราศาสตร์สามารถพยายามสังเกตซุปเปอร์โนวาที่ไม่เสถียรคู่ในขณะที่มันเกิดขึ้น ซึ่งมีโอกาสน้อยมาก ประการที่สอง พวกเขาสามารถพยายามตรวจจับวัสดุที่ดาวเหล่านี้พุ่งออกสู่อวกาศระหว่างดวงดาวโดยการระบุลายเซ็นทางเคมีของมัน ในกรณีนี้ Yuzuru และเพื่อนร่วมงานของเขาอาศัยวิธีการแบบหลัง ซึ่งประกอบด้วยการปรึกษาข้อสังเกตก่อนหน้านี้กับGemini Near-Infrared Spectrograph (GNIRS) บนกล้องโทรทรรศน์ Gemini North Telescope 8.1 เมตร

กล้องโทรทรรศน์นี้เป็นหนึ่งในสอง (ตั้งอยู่ในซีกโลกเหนือและใต้) ที่ประกอบขึ้นเป็นหอดูดาวราศีเมถุนนานาชาติซึ่งดำเนินการโดยห้องปฏิบัติการวิจัยดาราศาสตร์อินฟราเรดด้วยแสงแห่งชาติ (NOIRLab) เพื่อระบุปริมาณของแต่ละองค์ประกอบที่มีอยู่ ทีมงานได้ใช้วิธีการวิเคราะห์ที่พัฒนาโดย Yuzuru และผู้เขียนร่วมHiroaki Sameshimaซึ่งเป็นผู้ร่วมวิจัยโครงการที่ Graduate School of Science แห่งมหาวิทยาลัยโตเกียว วิธีนี้เกี่ยวข้องกับการวัดความเข้มของความยาวคลื่นในสเปกตรัมของควาซาร์ ซึ่งดึงสเปกตรัมเคมีของวัสดุออกมา

หอดูดาวราศีเมถุนเหนือ ตั้งอยู่บน Maunakea ฮาวาย เครดิต: Gemini Observatory/AURAจากการวิเคราะห์ของพวกเขา Yuzuru และเพื่อนร่วมงานของเขาตั้งข้อสังเกตว่าวัสดุที่ปล่อยออกมานั้นมีธาตุเหล็กมากกว่าแมกนีเซียมถึงสิบเท่าเมื่อเทียบกับอัตราส่วนขององค์ประกอบเหล่านี้ที่พบในดวงอาทิตย์ของเรา ตามที่ Yuzuru อธิบายในการ แถลงข่าว NOIRLab :

“สำหรับผม เห็นได้ชัดว่าผู้สมัครซูเปอร์โนวาสำหรับสิ่งนี้จะเป็นซุปเปอร์โนวาที่ไม่เสถียรแบบคู่ของดาว Population III ซึ่งทั้งดาวจะระเบิดโดยไม่ทิ้งเศษที่เหลือไว้เบื้องหลัง ฉันรู้สึกยินดีและค่อนข้างแปลกใจที่พบว่าซุปเปอร์โนวาที่ไม่เสถียรแบบคู่ของดาวฤกษ์ที่มีมวลประมาณ 300 เท่าของดวงอาทิตย์ให้อัตราส่วนของแมกนีเซียมต่อเหล็กที่สอดคล้องกับค่าต่ำที่เราได้รับจากควาซาร์ “

ในอดีตเคยมีการค้นหาที่คล้ายกัน โดยนักดาราศาสตร์มองหาหลักฐานทางเคมีของดาว Population III ในทางช้างเผือก และในขณะที่การระบุเบื้องต้นเกิดขึ้นในปี 2014 Yuzuru และเพื่อนร่วมงานของเขาเชื่อว่าผลลัพธ์ใหม่เหล่านี้เป็นเครื่องบ่งชี้ที่ชัดเจนที่สุดของซุปเปอร์โนวาคู่ที่ไม่เสถียรจนถึงปัจจุบัน หากการค้นพบของพวกเขาได้รับการยืนยัน ก็จะให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ว่าจักรวาลของเรามีวิวัฒนาการอย่างไรตั้งแต่ดาวฤกษ์และดาราจักรกลุ่มแรกก่อตัวขึ้น ในระหว่างนี้ จำเป็นต้องมีการสังเกตเพิ่มเติมเพื่อดูว่ามีวัตถุอื่นๆ ที่มีลักษณะคล้ายคลึงกันหรือไม่

หลักฐานของดาวเหล่านี้ยังสามารถพบได้ภายในทางช้างเผือก ที่ซึ่งการพุ่งออกมาจากดาวฤกษ์ดึกดำบรรพ์สามารถพบได้ในวัตถุต่างๆ ในจักรวาลท้องถิ่นของเรา ด้วยการศึกษาล่าสุดนี้ นักดาราศาสตร์จึงมีเส้นทางที่มีศักยภาพในการระบุลายเซ็นทางเคมีของดาวฤกษ์ที่มีบทบาทสำคัญในการวิวัฒนาการของจักรวาล ก่อให้เกิดดาวเคราะห์ดวงแรก และแม้แต่ชีวิตเอง