นักดาราศาสตร์ค้นพบความลับเบื้องหลังกลุ่มดาวแคระขาว (White Dwarfs) ในระบบดาวคู่ (Binary Systems) ที่มีวงโคจรสั้นมาก ซึ่งดาวเหล่านี้กลับมีขนาดใหญ่และร้อนกว่าที่แบบจำลองทางฟิสิกส์เคยวาดไว้ โดยมีอุณหภูมิพื้นผิวสูงถึง 10,000 ถึง 30,000 เคลวิน (Kelvin) ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเกียวโต นำโดย ลูซี โอลิเวีย แมคนีลล์ (Lucy Olivia McNeill) ได้เผยแพร่ผลการศึกษาที่ชี้ว่า Tidal Heating ซึ่งเป็นผลจากปฏิสัมพันธ์ของแรงโน้มถ่วงระหว่างดาวคู่ เป็นกลไกสำคัญที่ทำให้ดาวแคระขาวเหล่านี้พองตัว และมีอุณหภูมิสูงขึ้นอย่างมาก ส่งผลให้พวกมันสามารถเริ่มปฏิสัมพันธ์และถ่ายโอนมวลกันได้เร็วกว่าที่เคยคาดการณ์ไว้ถึงสามเท่า
ดาวแคระขาว คือซากที่หนาแน่นและมีขนาดเล็กของดาวฤกษ์ที่มอดดับลงหลังจากเชื้อเพลิงนิวเคลียร์หมดลง ซึ่งเป็นชะตากรรมที่วันหนึ่งจะเกิดขึ้นกับดวงอาทิตย์ของเราเอง ดาวเหล่านี้ถูกจัดอยู่ในกลุ่ม ดาวเสื่อมสภาพ (Degenerate Stars) เนื่องจากกลไกภายในของมันเป็นไปตามกฎฟิสิกส์ที่ไม่ปกติ โดยเฉพาะคุณสมบัติที่ว่า เมื่อดาวแคระขาวได้รับมวลเพิ่มขึ้น ขนาดของมันจะกลับเล็กลง
ดาวแคระขาวส่วนใหญ่มักพบเป็นส่วนหนึ่งของระบบดาวคู่ โดยโคจรอยู่รอบกันและกัน ระบบเหล่านี้ส่วนใหญ่มีอายุเก่าแก่ตามมาตรฐานของกาแล็กซี และได้เย็นตัวลงจนมีอุณหภูมิพื้นผิวใกล้เคียง 4,000 เคลวิน
อย่างไรก็ตาม นักดาราศาสตร์เพิ่งค้นพบกลุ่มดาวแคระขาวในระบบดาวคู่ที่มีวงโคจรสั้นมาก โดยดาวทั้งสองโคจรครบรอบใช้เวลาไม่ถึงหนึ่งชั่วโมง สิ่งที่น่าประหลาดใจคือ*ดาวแคระขาวเหล่านี้กลับมีขนาดใหญ่กว่าที่แบบจำลองคาดการณ์ไว้ถึงประมาณสองเท่า และมีอุณหภูมิพื้นผิวสูงมากถึง 10,000 ถึง 30,000 เคลวิน ซึ่งร้อนกว่าดาวแคระขาวทั่วไปหลายเท่า
ทีมวิจัยจึงหันมาตรวจสอบทฤษฎี Tidal Forces หรือแรงไทดัล ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อแรงโน้มถ่วงจากวัตถุหนึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของอีกวัตถุหนึ่ง คล้ายกับที่ดวงจันทร์ทำให้เกิดปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลงบนโลก ทีมวิจัยตั้งสมมติฐานว่า แรงไทดัลอาจเป็นสาเหตุของอุณหภูมิที่สูงขึ้นนี้
จากการสร้างกรอบทฤษฎีที่ครอบคลุมการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ ทีมวิจัยพบว่า แรงไทดัลสามารถส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อวิวัฒนาการของดาวแคระขาวเหล่านี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แรงดึงไทดัลจากดาวแคระขาวที่มีขนาดเล็กกว่าจะทำให้เกิดความร้อนภายใน ในดาวแคระขาวคู่ที่มีขนาดใหญ่กว่าแต่มีมวลน้อยกว่า ส่งผลให้ดาวดวงหลังพองตัว และเพิ่มอุณหภูมิพื้นผิวให้สูงขึ้นอย่างน้อย 10,000 เคลวิน
ผลจากการพองตัวนี้ ทีมวิจัยคาดการณ์ว่า ดาวแคระขาวจะมีขนาดใหญ่กว่าที่ทฤษฎีทำนายไว้ถึงสองเท่า เมื่อพวกมันเริ่มปฏิสัมพันธ์และถ่ายโอนมวลกัน ดังนั้น ระบบดาวคู่แคระขาวที่มีวงโคจรสั้นจะสามารถเริ่มปฏิสัมพันธ์กันได้ในวงโคจรที่ยาวนานกว่าที่เคยคาดไว้ถึงสามเท่า ซึ่งเป็นการยืดระยะเวลาของการปฏิสัมพันธ์ออกไป
การค้นพบนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำความเข้าใจวิวัฒนาการของระบบดาวคู่แคระขาวที่มีวงโคจรสั้น เพราะระบบเหล่านี้ในท้ายที่สุดจะมีการถ่ายโอนมวลระหว่างกันและปล่อยคลื่นความโน้มถ่วง (Gravitational Radiation) ออกมา ซึ่งเชื่อกันว่าเป็นต้นกำเนิดของปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ที่รุนแรง เช่น ซูเปอร์โนวาชนิด Ia (Type Ia Supernovae) และดาวแปรแสงชนิดวาบ (Cataclysmic Variables)
ในอนาคต ทีมวิจัยวางแผนที่จะใช้กรอบทฤษฎีนี้กับระบบดาวคู่ที่มีดาวแคระขาวชนิดคาร์บอน-ออกซิเจน เพื่อทำความเข้าใจเกี่ยวกับตัวกำเนิดของซูเปอร์โนวาชนิด Ia โดยเฉพาะอย่างยิ่งการพิจารณาว่าอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นนั้นจะสนับสนุนสถานการณ์ที่เรียกว่า “การรวมตัวกันของดาวเสื่อมสภาพคู่” (Double Degenerate / Merger Scenario) หรือไม่
ข้อมูลอ้างอิง: The Astrophysical Journal
- Tidal Heating in Detached Double White Dwarf Binaries
About the Author
