จากการสำรวจดาวแคระขาว 26,041 ดวงโดยการสำรวจ Sloan Digital Sky Survey นักดาราศาสตร์ได้ยืนยันผลที่คาดการณ์ไว้มานานในดาวฤกษ์หนาแน่นพิเศษโบราณเหล่านี้
แนวคิดศิลปะเกี่ยวกับดาวแคระขาว 2 ดวงที่มีมวลเท่ากันแต่อุณหภูมิต่างกัน ดาวฤกษ์ที่ร้อนกว่า (ซ้าย) จะพองตัวขึ้นเล็กน้อย ในขณะที่ดาวฤกษ์ที่เย็นกว่า (ขวา) จะมีขนาดกะทัดรัดกว่า เครดิตรูปภาพ: Roberto Molar Candanosa / มหาวิทยาลัย Johns Hopkins
ดาวฤกษ์ที่มีมวลไม่มากพอที่จะกลายเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำเมื่อสิ้นสุดวิวัฒนาการดาวฤกษ์จะขับไล่ชั้นนอกของพวกมันออกไป เหลือแกนกลางของพวกมันไว้เป็นเศษเล็กเศษน้อยที่เรียกว่าดาวแคระขาว
ดาวฤกษ์ทุกดวงที่มีมวลเริ่มต้นอยู่ระหว่าง 0.07 ถึง 8 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ซึ่งคิดเป็นประมาณ 97% ของดาวฤกษ์ทั้งหมด จะจบชีวิตลงด้วยการเป็นดาวแคระขาว
“ดาวแคระขาวเป็นหนึ่งในดาวฤกษ์ที่มีคุณลักษณะโดดเด่นที่สุดที่เราสามารถร่วมงานด้วยเพื่อทดสอบทฤษฎีฟิสิกส์พื้นฐานเหล่านี้ ด้วยความหวังว่าบางทีเราอาจพบบางสิ่งแปลกประหลาดที่ชี้ไปยังฟิสิกส์พื้นฐานใหม่” ดร. นิโคล ครัมเปลอร์ กล่าว นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยจอห์น ฮอปกินส์
“ถ้าคุณต้องการค้นหาสสารมืด แรงโน้มถ่วงควอนตัม หรือสิ่งแปลกใหม่อื่นๆ คุณจะเข้าใจฟิสิกส์ปกติได้ดีขึ้น”
“มิฉะนั้น สิ่งที่ดูเหมือนแปลกใหม่อาจเป็นเพียงปรากฏการณ์ใหม่ที่เรารู้อยู่แล้ว”
งานวิจัยใหม่อาศัยการวัดว่าสภาวะสุดขั้วเหล่านี้ส่งผลต่อคลื่นแสงที่ปล่อยออกมาจากดาวแคระขาวอย่างไร
แสงที่เดินทางออกจากวัตถุขนาดใหญ่ดังกล่าวจะสูญเสียพลังงานในกระบวนการหนีจากแรงโน้มถ่วง และค่อยๆ เปลี่ยนเป็นสีแดงมากขึ้น
เอฟเฟ็กต์เรดชิฟต์นี้จะขยายคลื่นแสงเช่นยางในลักษณะที่กล้องโทรทรรศน์สามารถวัดได้
เป็นผลมาจากการบิดเบี้ยวของกาลอวกาศที่เกิดจากแรงโน้มถ่วงที่รุนแรง ดังที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ทำนายไว้
ด้วยการหาค่าเฉลี่ยของการวัดการเคลื่อนที่ของดาวแคระขาวสัมพันธ์กับโลกและจัดกลุ่มพวกมันตามแรงโน้มถ่วงและขนาด นักดาราศาสตร์จึงแยกการเคลื่อนที่ของแรงโน้มถ่วงสีแดงเพื่อวัดว่าอุณหภูมิที่สูงขึ้นส่งผลต่อปริมาตรของชั้นนอกที่เป็นก๊าซของพวกมันอย่างไร
การสำรวจดาวแคระขาว 3,000 ดวงของทีมในปี พ.ศ. 2563 ยืนยันว่าดาวฤกษ์หดตัวเมื่อพวกมันมีมวลเพิ่มขึ้นเนื่องจากความดันความเสื่อมของอิเล็กตรอน ซึ่งเป็นกระบวนการทางกลควอนตัมที่ทำให้แกนกลางหนาแน่นของพวกมันคงที่เป็นเวลาหลายพันล้านปีโดยไม่จำเป็นต้องใช้นิวเคลียร์ฟิวชัน ซึ่งโดยทั่วไปจะสนับสนุนดวงอาทิตย์ของเราและดาวดวงอื่นๆ ประเภทของดาว
“จนถึงขณะนี้ เรายังไม่มีข้อมูลเพียงพอที่จะยืนยันรายละเอียดย่อยได้อย่างมั่นใจ แต่สำคัญ ผลกระทบของอุณหภูมิที่สูงขึ้นต่อความสัมพันธ์ระหว่างมวลนั้น” ดร. ครัมเปลอร์กล่าว
“ขอบเขตถัดไปอาจเป็นการตรวจจับความแตกต่างเล็กน้อยในองค์ประกอบทางเคมีของแกนกลางของดาวแคระขาวที่มีมวลต่างกัน” ดร. นาเดีย ซาคัมสกา นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยจอห์น ฮอปกินส์กล่าว
“เรายังไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ถึงมวลสูงสุดที่ดาวฤกษ์สามารถก่อตัวเป็นดาวแคระขาวได้ เมื่อเทียบกับดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ”
การวัดที่มีความแม่นยำสูงมากขึ้นเรื่อยๆ เหล่านี้สามารถช่วยเราทดสอบและปรับปรุงทฤษฎีเกี่ยวกับเรื่องนี้และกระบวนการอื่นๆ ที่ไม่เข้าใจในการวิวัฒนาการของดาวฤกษ์มวลมากได้
“การสำรวจยังสามารถช่วยให้พยายามมองเห็นสัญญาณของสสารมืด เช่น แอกไซออนหรืออนุภาคสมมุติอื่นๆ” ดร. ครัมเปลอร์กล่าว
“การให้ภาพโครงสร้างดาวแคระขาวที่มีรายละเอียดมากขึ้น เราสามารถใช้ข้อมูลเหล่านี้เพื่อเปิดเผยสัญญาณของแบบจำลองสสารมืดโดยเฉพาะซึ่งส่งผลให้เกิดรูปแบบการรบกวนในดาราจักรของเรา”
“หากดาวแคระขาวสองดวงอยู่ในกลุ่มการรบกวนสสารมืดเดียวกัน สสารมืดก็จะเปลี่ยนโครงสร้างของดาวฤกษ์เหล่านี้ในลักษณะเดียวกัน”
แม้ว่าสสารมืดจะมีแรงโน้มถ่วง แต่ก็ไม่ปล่อยแสงหรือพลังงานอย่างที่กล้องโทรทรรศน์มองเห็น
นักวิทยาศาสตร์รู้ว่ามันประกอบขึ้นเป็นสสารส่วนใหญ่ในอวกาศ เนื่องจากแรงโน้มถ่วงของมันส่งผลต่อดาวฤกษ์ กาแล็กซี และวัตถุในจักรวาลอื่นๆ ในลักษณะเดียวกับที่ดวงอาทิตย์ส่งผลต่อวงโคจรดาวเคราะห์ของเรา
“เราเอาหัวโขกกำแพงเพื่อพยายามหาว่าสสารมืดคืออะไร แต่ฉันจะบอกว่าเรามีแจ็คหมอบอยู่” ดร. ครัมเปลอร์กล่าว
“เรารู้มากมายว่าสสารมืดไม่ใช่อะไร และเรามีข้อจำกัดในสิ่งที่มันทำได้และทำไม่ได้ แต่เราก็ยังไม่รู้ว่ามันคืออะไร”
“นั่นคือเหตุผลว่าทำไมการทำความเข้าใจวัตถุทางดาราศาสตร์ที่เรียบง่ายกว่าเช่นดาวแคระขาวจึงมีความสำคัญมาก เพราะมันให้ความหวังในการค้นพบว่าสสารมืดอาจเป็นอะไร”
ที่ศึกษาปรากฏในวารสารดาราศาสตร์ฟิสิกส์-
-
นิโคล อาร์. ครัมเลอร์และคณะ- 2024. การตรวจจับการพึ่งพาอุณหภูมิของความสัมพันธ์ระหว่างมวล-รัศมีของดาวแคระขาวกับการเปลี่ยนแปลงทางโน้มถ่วงเอพีเจ977, 237; สอง: 10.3847/1538-4357/ad8ddc
