ไขปริศนาดาวแคระขาวที่ดูธรรมดา ซ่อนอดีตจากการชนกันของดาวฤกษ์

ดาวแคระขาว (white dwarf) ดวงหนึ่งซึ่งดูภายนอกไม่ต่างจากดาวทั่วไป ได้เปิดเผยความลับสุดพิเศษแก่นักดาราศาสตร์ มันคือผลลัพธ์ที่หลงเหลือจากการชนและรวมตัวกันของดาวฤกษ์ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่พบได้ยาก

ทีมนักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยวอร์ริก (University of Warwick) ได้ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (Hubble Space Telescope) ตรวจจับร่องรอยของธาตุคาร์บอนที่ลอยขึ้นมาจากแก่นกลางของดาวแคระขาวดวงนี้ ซึ่งเป็นสัญญาณบ่งชี้สำคัญว่าดาวดวงนี้ถือกำเนิดจากการรวมตัวของดาวฤกษ์สองดวง การค้นพบนี้ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Astronomy

“ดาวแคระขาว” คือซากดาวขนาดเล็กและมีความหนาแน่นสูงที่หลงเหลืออยู่หลังจากดาวฤกษ์เผาผลาญเชื้อเพลิงจนหมดสิ้น โดยทั่วไป ดาวแคระขาวจะมีขนาดประมาณโลก แต่มีมวลราวครึ่งหนึ่งของดวงอาทิตย์ ประกอบด้วยแก่นคาร์บอน-ออกซิเจนที่ห่อหุ้มด้วยชั้นฮีเลียมและไฮโดรเจน

ดาวแคระขาวที่นักดาราศาสตร์ศึกษาในครั้งนี้มีชื่อว่า WD 0525+526 อยู่ห่างจากโลกเพียง 130 ปีแสง มันมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ประมาณ 20% ซึ่งจัดอยู่ในกลุ่มดาวแคระขาวมวลยิ่งยวด (ultra-massive) ปริศนาสำคัญคือนักดาราศาสตร์ไม่แน่ใจว่าดาวแคระขาวที่มีมวลมหาศาลเช่นนี้ก่อตัวขึ้นมาได้อย่างไร

แม้ดาวแคระขาวมวลสูงอาจเกิดจากการยุบตัวของดาวฤกษ์มวลมากเพียงดวงเดียวได้ แต่ข้อมูลในย่านแสงอัลตราไวโอเลต (ultraviolet) จากกล้องฮับเบิลได้บอกเล่าเรื่องราวที่แตกต่างออกไป

ดร. สเนหาลตา สาหู (Dr. Snehalata Sahu) นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยวอร์ริกและผู้เขียนหลักของงานวิจัยกล่าวว่า “เมื่อมองในย่านแสงที่ตามองเห็น WD 0525+526 ดูเหมือนดาวแคระขาวมวลสูงธรรมดาทั่วไป แต่ด้วยการสังเกตการณ์ในย่านแสงอัลตราไวโอเลตจากกล้องฮับเบิล เราสามารถตรวจจับร่องรอยของคาร์บอนจางๆ ซึ่งกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินมองไม่เห็นได้”

โดยปกติแล้ว ธาตุหนักอย่างคาร์บอนจะถูกบดบังอยู่ใต้ชั้นบรรยากาศไฮโดรเจนและฮีเลียมที่หนาทึบ แต่กระบวนการชนและรวมตัวกันอย่างรุนแรงของดาวสองดวงได้พัดพาชั้นนอกเหล่านี้ให้หลุดออกไปเกือบทั้งหมด เหลือเพียงชั้นบางๆ ห่อหุ้มอยู่ เปลือกที่บางลงนี้เองที่ไม่สามารถปิดกั้นคาร์บอนจากแก่นกลางไม่ให้ลอยขึ้นสู่พื้นผิวได้อีกต่อไป

สิ่งที่ทำให้ดาวดวงนี้พิเศษยิ่งขึ้นไปอีกคือ มันมีปริมาณคาร์บอนบนพื้นผิวน้อยกว่าซากดาวจากการรวมตัวที่เคยพบถึง 100,000 เท่า และมีอุณหภูมิสูงกว่าดวงอาทิตย์เกือบสี่เท่า ข้อมูลนี้ชี้ว่า WD 0525+526 อยู่ในระยะแรกเริ่มของวิวัฒนาการหลังการรวมตัว ซึ่งแตกต่างจากซากดาวดวงอื่นๆ ที่เคยค้นพบ

อองตวน เบดาร์ด (Antoine Bédard) นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยวอร์ริกและผู้ร่วมเขียนหลัก อธิบายว่า “เราพบว่าชั้นไฮโดรเจนและฮีเลียมบางกว่าดาวแคระขาวทั่วไปถึงหนึ่งหมื่นล้านเท่า เราคิดว่าชั้นเหล่านี้ถูกฉีกออกไปในระหว่างการรวมตัว และนั่นคือสิ่งที่ทำให้คาร์บอนปรากฏบนพื้นผิวได้ในตอนนี้”

ทีมวิจัยยังได้ระบุกระบวนการผสมสสารรูปแบบใหม่ที่เรียกว่า “การกึ่งพาความร้อน” (semi-convection) ซึ่งถูกค้นพบในดาวแคระขาวเป็นครั้งแรก กระบวนการนี้ทำให้คาร์บอนปริมาณเล็กน้อยสามารถลอยขึ้นสู่บรรยากาศไฮโดรเจนได้อย่างช้าๆ แม้ในดาวที่ร้อนจัดเช่นนี้

การค้นพบนี้ไม่เพียงแต่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจชะตากรรมของระบบดาวคู่ (binary star system) ได้ดีขึ้น ซึ่งมีความสำคัญต่อปรากฏการณ์อย่างการระเบิดของซูเปอร์โนวา (supernova) แต่ยังเป็นเครื่องยืนยันถึงความสำคัญของกล้องโทรทรรศน์อวกาศที่สามารถสังเกตการณ์ในย่านแสงอัลตราไวโอเลตได้ และกระตุ้นให้เกิดการวางแผนสำหรับกล้องโทรทรรศน์อวกาศรุ่นต่อไปในอนาคต

ข้อมูลอ้างอิง: Sahu, S., Bédard, A., Gänsicke, B.T. et al.