จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ เชื่อกันว่าการรวมตัวของดาวนิวตรอนเป็นวิธีเดียวที่จะผลิตธาตุหนัก (หนักกว่าสังกะสี) ได้ การควบรวมเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการผสมผสานของเศษซากของดาวมวลมากสองดวงในระบบดาวคู่ แต่เรารู้ว่าธาตุหนักถูกสร้างขึ้นครั้งแรกไม่นานหลังจากบิกแบง เมื่อเอกภพยังเด็กจริงๆ ก่อนหน้านั้น เวลาผ่านไปไม่มากพอที่การรวมตัวของดาวนิวตรอนจะเกิดขึ้น ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีแหล่งข้อมูลอื่นเพื่ออธิบายการมีอยู่ของธาตุหนักในยุคแรกในทางช้างเผือก
การค้นพบดาวฤกษ์โบราณ SMSS J2003-1142 ในรัศมีทางช้างเผือก
ซึ่งเป็นบริเวณทรงกลมโดยรอบดาราจักร กำลังให้หลักฐานชิ้นแรกสำหรับแหล่งที่มาของธาตุหนัก รวมทั้งยูเรเนียมและทองคำ
รอบกาแลคซีของเรา ทางช้างเผือก มี ‘รัศมี’ ที่ประกอบด้วยก๊าซร้อนซึ่งถูกป้อนอย่างต่อเนื่องด้วยสสารที่ถูกขับออกมาโดยดาวฤกษ์เกิดหรือดับ มีเพียง 1% ของดาวในกาแลคซีเท่านั้นที่พบในรัศมี องค์การนาซ่า
ในงานวิจัยของเราที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature วันนี้เราแสดงให้เห็นว่าธาตุหนักที่ตรวจพบใน SMSS J2003-1142 น่าจะเกิดขึ้น ไม่ใช่จากการรวมตัวของดาวนิวตรอน แต่เกิดจากการยุบตัวและการระเบิดของดาวฤกษ์ที่หมุนอย่างรวดเร็วซึ่งมีสนามแม่เหล็กแรงสูงและมีมวลประมาณ 25 เท่าของดวงอาทิตย์
เราเรียกเหตุการณ์การระเบิดนี้ว่า “ไฮเปอร์โนวาแบบแม่เหล็กหมุน”
การเล่นแร่แปรธาตุของดาวฤกษ์
เมื่อเร็วๆ นี้ได้รับการยืนยันว่าการรวมตัวของดาวนิวตรอนเป็นแหล่งหนึ่งของธาตุหนักในกาแลคซีของเรา ตามชื่อที่แนะนำ นี่คือตอนที่ดาวนิวตรอนสองดวงในระบบดาวคู่รวมเข้าด้วยกันในเหตุการณ์พลังที่เรียกว่า “kilonova” กระบวนการนี้ก่อให้เกิดธาตุหนัก
ระบบดาวคู่มีดาวสองดวงโคจรรอบจุดศูนย์กลางมวลร่วมกัน การรวมตัวของดาวนิวตรอนเป็นการชนกันของดาวฤกษ์ประเภทหนึ่งที่เกิดขึ้นระหว่างดาวนิวตรอนสองดวงในระบบดาวคู่ กระบวนการนี้สามารถผลิตธาตุหนักได้ องค์การนาซ่า อย่างไรก็ตาม แบบจำลองวิวัฒนาการทางเคมีของดาราจักรของเราที่มีอยู่ระบุว่าการรวมตัวของดาวนิวตรอนเพียงอย่างเดียวไม่สามารถสร้างรูปแบบองค์ประกอบ
ถูกพบครั้งแรกในปี 2559 จากออสเตรเลีย และจากนั้นอีกครั้ง
ในเดือนกันยายน 2562 โดยใช้กล้องโทรทรรศน์ที่ European Southern Observatory ในชิลี
จากการสังเกตเหล่านี้ เราได้ศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของดาวฤกษ์ การวิเคราะห์ของเราพบว่ามีปริมาณธาตุเหล็กต่ำกว่าดวงอาทิตย์ประมาณ 3,000 เท่า กล่าวอีกนัยหนึ่ง SMSS J2003-1142 เป็นสารดั้งเดิมทางเคมี
องค์ประกอบที่เราสังเกตเห็นในนั้นน่าจะเกิดจากดาวฤกษ์แม่เพียงดวงเดียวหลังจากบิกแบง
ลายเซ็นของดาวหมุนเร็วที่ยุบตัว
องค์ประกอบทางเคมีของ SMSS J2003-1142 สามารถเปิดเผยธรรมชาติและคุณสมบัติของดาวแม่ได้ สิ่งสำคัญอย่างยิ่งคือปริมาณไนโตรเจน สังกะสี และธาตุหนัก รวมทั้งยูเรเนียมและยูเรเนียมในปริมาณที่สูงผิดปกติ
ระดับไนโตรเจนที่สูงใน SMSS J2003-1142 บ่งชี้ว่าดาวฤกษ์แม่มีการหมุนรอบตัวเองอย่างรวดเร็ว ในขณะที่ระดับสังกะสีที่สูงบ่งชี้ว่าพลังงานของการระเบิดมีค่ามากกว่าซูเปอร์โนวา “ปกติ” ประมาณสิบเท่า ซึ่งหมายความว่ามันจะเป็นไฮเปอร์โนวา นอกจากนี้ ยูเรเนียมจำนวนมากจำเป็นต้องมีนิวตรอนจำนวนมาก
ธาตุหนักที่เราสามารถสังเกตเห็นได้ใน SMSS J2003-1142 ในปัจจุบันล้วนเป็นหลักฐานว่าดาวดวงนี้เกิดขึ้นจากการระเบิดของไฮเปอร์โนวาแบบแมกนีโตโรเทชันในยุคแรกๆ
และงานของเราได้แสดงหลักฐานชิ้นแรกว่าเหตุการณ์ไฮเปอร์โนวาแบบแมกนีโทโรเทชันนัลเป็นแหล่งของธาตุหนักในกาแลคซีของเรา (ควบคู่ไปกับการรวมตัวของดาวนิวตรอน)
แล้วการรวมตัวของดาวนิวตรอนล่ะ?
แต่เรารู้ได้อย่างไรว่าไม่ใช่แค่การรวมตัวของดาวนิวตรอนเท่านั้นที่นำไปสู่องค์ประกอบเฉพาะที่เราพบใน SMSS J2003-1142 มีเหตุผลบางประการสำหรับเรื่องนี้
ในสมมติฐานของเรา ดาวแม่ดวงเดียวจะสร้างองค์ประกอบทั้งหมดที่สังเกตได้ใน SMSS J2003-1142 ในทางกลับกัน จะใช้เวลานานกว่ามากในการสร้างองค์ประกอบเดียวกันผ่านการรวมตัวของดาวนิวตรอนเท่านั้น แต่เวลานี้ไม่น่าจะเกิดขึ้นในช่วงต้นของการก่อตัวของกาแลคซีเมื่อองค์ประกอบเหล่านี้ถูกสร้างขึ้น
นอกจากนี้ การรวมตัวของดาวนิวตรอนทำให้เกิดธาตุหนักเท่านั้น ดังนั้นแหล่งข้อมูลเพิ่มเติม เช่น ซูเปอร์โนวาปกติจะต้องเกิดขึ้นเพื่ออธิบายธาตุหนักอื่นๆ เช่น แคลเซียม ที่สังเกตได้ใน SMSS J2003-1142 สถานการณ์นี้แม้ว่าจะเป็นไปได้ แต่ก็ซับซ้อนกว่าและมีโอกาสน้อยกว่า
แบบจำลองไฮเปอร์โนวาแบบแมกนีโตโรเทชันนัลไม่เพียงแต่ให้ข้อมูลที่พอดีกว่าเท่านั้น แต่ยังสามารถอธิบายองค์ประกอบของ SMSS J2003-1142 ผ่านเหตุการณ์เดียวได้อีกด้วย อาจเป็นการรวมตัวของดาวนิวตรอนร่วมกับซูเปอร์โนวาแบบแมกนีโตโรเทชันนัล ซึ่งสามารถอธิบายพร้อมกันว่าธาตุหนักในทางช้างเผือกถูกสร้างขึ้นได้อย่างไร
