กาแล็กซียุคแรกพาธาตุหนักออกไปไกลแค่ไหน เมื่อดาวฤกษ์อาจมีลมอ่อนกว่าที่คิด

ภาพของกาแล็กซียุคแรกกำลังถูกตรวจสอบจากสองระดับพร้อมกัน: กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (JWST) เห็นสัญญาณว่าก๊าซที่มีธาตุหนักกำลังเคลื่อนออกจากกาแล็กซีห่างไกล ส่วนกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลพบว่าลมจากดาวฤกษ์มวลมากในกาแล็กซีที่มีธาตุหนักน้อยอาจอ่อนกว่าที่แบบจำลองคาดไว้ ดาวฤกษ์ที่ฮับเบิลศึกษานั้นอยู่ในกาแล็กซีใกล้เคียงซึ่งใช้เป็นตัวเทียบเคียงกับสภาพในเอกภพยุคแรก ไม่ใช่ดาวฤกษ์ยุคแรกที่สังเกตได้โดยตรง45

รู้ได้อย่างไรว่าก๊าซกำลังไหลออกจากกาแล็กซี?

โครงการ SPURS ของ JWST ศึกษากาแล็กซี 3 แห่งที่มีค่าการเลื่อนทางแดง 7.2–9.3 ในสเปกตรัมแสงอัลตราไวโอเลตพบรอยดูดกลืนของธาตุหนักในหลายสถานะการแตกตัวเป็นไอออน รอยเหล่านี้เลื่อนไปทางสีน้ำเงินเมื่อเทียบกับตำแหน่งของกาแล็กซี สอดคล้องกับก๊าซที่มีธาตุหนักกำลังเคลื่อนออกมาในแนวสายตาที่มุ่งมาหาเรา

นี่เป็นหลักฐานของ ก๊าซไหลออกในเอกภพยุคแรก แต่รอยดูดกลืนเพียงอย่างเดียวไม่บอกว่าก๊าซไปได้ไกลเท่าไร หรือหลุดพ้นออกไปถึงบริเวณระหว่างกาแล็กซีหรือไม่

คำถามนี้เกี่ยวข้องกับการค้นหา ดาวฤกษ์ประชากรที่ 3 (Population III) ซึ่งคาดว่าก่อตัวจากก๊าซที่แทบไม่มีธาตุหนัก หากก๊าซที่ไหลออกไปถึงบริเวณซึ่งกำลังก่อดาวฤกษ์ ก็อาจทำให้ก๊าซดั้งเดิมที่ยังไม่ปนเปื้อนธาตุหนักหาได้ยากขึ้นในบริเวณนั้น อย่างไรก็ตาม การพบก๊าซไหลออกในกาแล็กซี 3 แห่งไม่ได้แปลว่าธาตุหนักกระจายไปทั่วทุกแห่ง พื้นที่ที่ยังมีก๊าซดั้งเดิมอาจหลงเหลืออยู่

ฮับเบิลพบอะไรเกี่ยวกับลมดาวฤกษ์?

โครงการ TEMPOS ใช้ข้อมูลแสงอัลตราไวโอเลตจากฮับเบิลศึกษาดาวฤกษ์มวลมาก 29 ดวงในกาแล็กซีแคระใกล้เคียง 6 แห่ง ผลสำรวจชี้ว่าลมดาวฤกษ์อ่อนกว่าที่คาด โดยเฉพาะดาวที่มีปริมาณธาตุหนักต่ำกว่าประมาณหนึ่งในสิบของดวงอาทิตย์ อาจไม่เป็นไปตามแนวโน้มที่ลากต่อจากดาวซึ่งมีธาตุหนักมากกว่า แต่ข้อบ่งชี้นี้ยังเป็นผลเบื้องต้น ไม่ใช่กฎใหม่ที่ยืนยันแล้ว4510

เหตุที่ปริมาณธาตุหนักสำคัญคือ ไอออนของธาตุหนักช่วยรับแรงจากรังสีและพาก๊าซออกจากบรรยากาศของดาวฤกษ์มวลมาก หากลมอ่อนลง ดาวก็อาจสูญเสียมวลน้อยลงตลอดช่วงชีวิต3 ถึงอย่างนั้น งานศึกษาก่อนหน้าที่วิเคราะห์ดาวชนิด O จำนวน 11 ดวงในสภาพแวดล้อมที่มีธาตุหนักน้อย ก็พบลมที่อ่อนมากเช่นกัน แต่ผลยัง สอดคล้อง กับแนวโน้มที่คาดจากการลากต่อข้อมูลเดิม ความต่างนี้ทำให้ต้องเปรียบเทียบทั้งกลุ่มตัวอย่างและวิธีสร้างแบบจำลองอย่างระมัดระวัง15

แบบจำลองเอกภพยุคแรกอาจต้องปรับตรงไหน?

หากผลเรื่องลมอ่อนของ TEMPOS ยืนยันได้ในกลุ่มดาวที่กว้างขึ้น ดาวฤกษ์มวลมากอาจเหลือมวลมากกว่าเดิมเมื่อถึงวาระสุดท้าย แบบจำลองจึงอาจต้องทบทวนการคาดการณ์เรื่องการระเบิดและวัตถุหนาแน่นที่หลงเหลือหลังดาวตาย ตลอดจนพลังงานและสสารที่ดาวส่งกลับไปยังก๊าซซึ่งอาจก่อดาวรุ่นต่อไป34 แต่ TEMPOS ไม่ได้ติดตามดาวเหล่านี้จนตาย และ SPURS ก็ยังไม่ได้ระบุว่ากระบวนการใดเป็นตัวผลักก๊าซออกจากกาแล็กซี ก๊าซไหลออกระดับกาแล็กซีกับลมจากดาวฤกษ์หนึ่งดวงจึงเป็นคำถามที่เกี่ยวข้องกัน แต่ไม่ใช่สิ่งที่วัดอย่างเดียวกัน45

ขั้นต่อไปคือการตรวจสเปกตรัมและปรับแบบจำลองเพื่อทดสอบว่าลมอ่อนเป็นแนวโน้มทั่วไปหรือไม่ ขณะเดียวกัน การสังเกตเป้าหมายที่มีธาตุหนักน้อยมากด้วย JWST ให้ลึกขึ้นจะช่วยตรวจสอบการตีความเกี่ยวกับดาวฤกษ์ประชากรที่ 3 ส่วนข้อมูลก๊าซในกาแล็กซียุคแรกเพิ่มเติมจะช่วยตอบว่าธาตุหนักที่พบเคลื่อนไปถึงที่ใด510