นักดาราศาสตร์ค้นพบถัง “แม่ม่ายดำ” ที่หายาก

การกะพริบของดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ๆ ได้ดึงดูดนักดาราศาสตร์ของ MIT มาสู่ระบบใหม่ที่ลึกลับซึ่งอยู่ห่างจากโลก 3,000 ปีแสง ความแปลกประหลาดของดาวฤกษ์ดูเหมือนจะเป็น “ดาวคู่แม่ม่ายดำ” ใหม่ ซึ่งเป็นดาวนิวตรอนที่หมุนอย่างรวดเร็วหรือพัลซาร์ที่โคจรรอบและกินดาวข้างเคียงที่เล็กกว่าอย่างช้าๆ อย่างที่ชื่อแมงทำกับคู่ของมัน

นักดาราศาสตร์รู้จักดาวคู่แม่ม่ายดำประมาณสองโหลในทางช้างเผือก ผู้ทดสอบใหม่ล่าสุดนี้ชื่อ ZTF J1406+1222 มีคาบการโคจรสั้นที่สุดที่ยังไม่ได้ระบุ โดยมีพัลซาร์และดาวข้างเคียงโคจรรอบกันและกันทุกๆ 62 นาที ระบบนี้มีลักษณะเฉพาะตรงที่ดูเหมือนว่าจะมีดาวฤกษ์ดวงที่สามซึ่งโคจรรอบดาวฤกษ์ชั้นในสองดวงทุกๆ 10,000 ปี

แม่ม่ายดำสามคนนี้กำลังตั้งคำถามว่าระบบดังกล่าวจะเกิดขึ้นได้อย่างไร จากการสังเกตการณ์ ทีมของ MIT ได้เสนอเรื่องต้นกำเนิด เช่นเดียวกับระบบไบนารีแม่ม่ายดำส่วนใหญ่ ระบบสามดวงน่าจะเกิดจากกลุ่มดาวฤกษ์ที่หนาแน่นของดาวฤกษ์เก่าแก่ที่เรียกว่ากระจุกดาวทรงกลม กระจุกเฉพาะกลุ่มนี้อาจลอยเข้าไปในใจกลางของทางช้างเผือก ซึ่งแรงโน้มถ่วงของหลุมดำตรงกลางก็เพียงพอที่จะดึงกระจุกดาวออกจากกันโดยปล่อยให้แม่ม่ายดำสามคนไม่เสียหาย

“มันเป็นสถานการณ์ที่เกิดที่ซับซ้อน” Kevin Burdge, Pappalardo Postdoctoral Fellow ในภาควิชาฟิสิกส์ของ MIT กล่าว “ระบบนี้น่าจะลอยอยู่ในทางช้างเผือกนานกว่าดวงอาทิตย์”

Burdge เป็นผู้เขียนการศึกษาที่ปรากฏใน ธรรมชาติ ที่มีรายละเอียดการค้นพบของทีม นักวิจัยใช้วิธีการใหม่ในการตรวจจับระบบสามระบบ แม้ว่าไบนารีของแม่ม่ายดำส่วนใหญ่จะพบได้จากรังสีแกมมาและรังสีเอกซ์ที่ปล่อยออกมาจากพัลซาร์ส่วนกลาง ทีมงานได้ใช้แสงที่มองเห็นได้ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งการกะพริบจากดาวข้างเคียงของดาวคู่เพื่อตรวจจับ ZTF J1406+1222

Burdge กล่าวว่า “ระบบนี้มีความพิเศษเฉพาะเมื่อเทียบกับแม่ม่ายดำ เพราะเราพบระบบนี้ด้วยแสงที่มองเห็นได้ และด้วยเหตุที่ระบบนี้อยู่ร่วมวงกว้าง และความจริงที่ว่าระบบมาจากใจกลางกาแลคซี” Burdge กล่าว “ยังมีอีกมากที่เราไม่เข้าใจเกี่ยวกับเรื่องนี้ แต่เรามีวิธีใหม่ในการค้นหาระบบเหล่านี้บนท้องฟ้า”

ผู้ร่วมวิจัยนี้เป็นผู้ร่วมวิจัยจากหลายสถาบัน เช่น University of Warwick, Caltech, University of Washington, McGill University และ University of Maryland

กลางวันและกลางคืน

ระบบไบนารีของแม่ม่ายดำใช้พลังงานจากพัลซาร์ ซึ่งเป็นดาวนิวตรอนที่หมุนอย่างรวดเร็วซึ่งเป็นแกนกลางที่ยุบตัวของดาวมวลมาก พัลซาร์มีระยะเวลาการหมุนเวียนที่เวียนหัว โดยจะหมุนรอบทุกๆ สองสามมิลลิวินาที และปล่อยแสงวาบของแกมมาและรังสีเอกซ์ที่มีพลังงานสูงในกระบวนการ

โดยปกติ พัลซาร์จะหมุนลงและตายอย่างรวดเร็วเนื่องจากเผาผลาญพลังงานจำนวนมหาศาล แต่บ่อยครั้งที่ดาวที่ผ่านไปสามารถให้ชีวิตใหม่แก่พัลซาร์ เมื่อดาวฤกษ์ใกล้เข้ามา แรงโน้มถ่วงของพัลซาร์จะดึงวัสดุออกจากดาว ซึ่งให้พลังงานใหม่ในการหมุนพัลซาร์กลับขึ้น จากนั้นพัลซาร์ที่ “รีไซเคิล” จะเริ่มฉายพลังงานใหม่ซึ่งจะดึงดาวออกไปอีกและทำลายมันในที่สุด

“ระบบเหล่านี้เรียกว่าแม่ม่ายดำเนื่องจากพัลซาร์กินสิ่งที่รีไซเคิลเช่นเดียวกับแมงมุมกินคู่ของมัน” Burdge กล่าว

ทุกไบนารีแม่ม่ายดำจนถึงปัจจุบันได้รับการตรวจพบผ่านแกมมาและรังสีเอกซ์จากพัลซาร์ ในตอนแรก Burdge มาที่ ZTF J1406+1222 ผ่านการกะพริบของแสงของดาวข้างเคียง

ปรากฎว่าด้านกลางวันของดาวข้างเคียง – ด้านที่หันหน้าเข้าหาพัลซาร์ตลอดเวลา – อาจร้อนกว่าด้านกลางคืนหลายเท่า เนื่องจากการแผ่รังสีพลังงานสูงที่มันได้รับจากพัลซาร์อย่างต่อเนื่อง

“ฉันคิดว่าแทนที่จะมองหาพัลซาร์โดยตรง ให้ลองมองหาดาวที่มันทำอาหารอยู่” Burdge อธิบาย

เขาให้เหตุผลว่าหากนักดาราศาสตร์สังเกตดาวฤกษ์ที่มีความสว่างเปลี่ยนแปลงเป็นระยะเป็นจำนวนมาก มันจะเป็นสัญญาณที่ชัดเจนว่าดาวนั้นอยู่ในระบบดาวคู่ที่มีพัลซาร์

สตาร์โมชั่น

เพื่อทดสอบทฤษฎีนี้ Burdge และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ดูข้อมูลออปติคัลที่ถ่ายโดย Zwicky Transient Facility ซึ่งเป็นหอดูดาวในแคลิฟอร์เนียที่ถ่ายภาพท้องฟ้ายามค่ำคืนในมุมกว้าง ทีมงานได้ศึกษาความสว่างของดวงดาวเพื่อดูว่ามีสิ่งใดเปลี่ยนแปลงไปอย่างมากด้วยปัจจัย 10 หรือมากกว่านั้น ในช่วงเวลาประมาณหนึ่งชั่วโมงหรือน้อยกว่า ซึ่งเป็นสัญญาณที่บ่งบอกถึงการมีอยู่ของดาวข้างเคียงที่โคจรรอบพัลซาร์อย่างแน่นหนา

ทีมงานสามารถเลือกไบนารีของแม่ม่ายดำที่รู้จักได้เป็นโหล เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของวิธีการใหม่ จากนั้นพวกเขาก็พบดาวฤกษ์ดวงหนึ่งซึ่งความสว่างเปลี่ยนไป 13 เท่า ทุกๆ 62 นาที บ่งชี้ว่าน่าจะเป็นส่วนหนึ่งของเลขฐานสองแม่ม่ายดำใหม่ ซึ่งระบุว่าเป็น ZTF J1406+1222

พวกเขามองขึ้นไปบนดาวฤกษ์ในการสังเกตการณ์ที่ถ่ายโดย Gaia ซึ่งเป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศที่ดำเนินการโดย European Space Agency ซึ่งช่วยให้สามารถวัดตำแหน่งและการเคลื่อนที่ของดาวบนท้องฟ้าได้อย่างแม่นยำ เมื่อมองย้อนกลับไปในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมาของการวัดดาวฤกษ์จากการสำรวจท้องฟ้าดิจิตอล Sloan ทีมงานพบว่าดาวคู่นี้กำลังถูกดาวฤกษ์ที่อยู่ห่างไกลอีกดวงหนึ่งตามรอย เมื่อพิจารณาจากการคำนวณแล้ว ดาวดวงที่สามนี้ดูเหมือนจะโคจรรอบดาวคู่ชั้นในทุกๆ 10,000 ปี

น่าแปลกที่นักดาราศาสตร์ไม่ได้ตรวจพบการปล่อยแกมมาหรือเอ็กซ์เรย์โดยตรงจากพัลซาร์ในระบบเลขฐานสอง ซึ่งเป็นวิธีปกติที่แม่ม่ายดำได้รับการยืนยัน ดังนั้น ZTF J1406+1222 จึงถือเป็นไบนารีของแม่ม่ายดำ ซึ่งทีมงานหวังว่าจะยืนยันด้วยการสังเกตการณ์ในอนาคต

“สิ่งหนึ่งที่เราทราบแน่ชัดก็คือเราเห็นดาวดวงหนึ่งที่มีด้านกลางวันที่ร้อนกว่าด้านกลางคืนมาก โดยโคจรรอบบางสิ่งทุกๆ 62 นาที” Burdge กล่าว “ทุกอย่างดูเหมือนจะชี้ไปที่มันเป็นเลขฐานสองแม่ม่ายดำ แต่มีสิ่งแปลก ๆ สองสามอย่างเกี่ยวกับมัน ดังนั้นมันจึงเป็นไปได้ที่มันจะเป็นสิ่งใหม่ทั้งหมด”

ทีมงานวางแผนที่จะสำรวจระบบใหม่ต่อไป รวมทั้งใช้เทคนิคเกี่ยวกับการมองเห็นเพื่อให้แสงสว่างแก่ดาวนิวตรอนและแม่ม่ายดำบนท้องฟ้ามากขึ้น

งานวิจัยนี้ส่วนหนึ่งได้รับการสนับสนุนโดยมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ

###

เขียนโดย เจนนิเฟอร์ ชู สำนักข่าว MIT


(Visited 1 times, 1 visits today)

Be the first to comment

Leave a comment

Your email address will not be published.


*