ดาวนิวตรอนแบบใหม่ หนักเท่าหลุมดำ

22 ก.พ. 2551 รายงานโดย: วิมุติ วสะหลาย (wimut@hotmail.com)
ดาวนิวตรอน และหลุมดำ เป็นแกนของดาวฤกษ์ที่สิ้นอายุขัยแล้วเหมือนกัน แต่เป็นมวยต่างรุ่นต่างน้ำหนัก โดยมีเส้นแบ่งอยู่ที่ 1.4 มวลดวงอาทิตย์ ไม่มีดาวนิวตรอนดวงใดที่มีมวลมากกว่านี้  แต่การค้นพบดาวนิวตรอนใหม่สองดวงอาจทำให้นักดาราศาสตร์ต้องปรับแก้เส้นแบ่งนี้เสียใหม่

ดาวนิวตรอนเป็นซากที่เหลือของแกนดาวฤกษ์มวลปานกลาง ที่ครั้งหนึ่งอาจเคยมีมวลประมาณ 8-20 หรืออาจถึง 30 เท่าของดวงอาทิตย์ เมื่อดาวฤกษ์มีอายุมากจนถึงจุดสิ้นอายุขัย นิวเคลียสของธาตุเบาจะหลอมรวมเป็นธาตุที่หนักกว่าขึ้นเรื่อย ๆ จนในที่สุดกลายเป็นนิวเคลียสของเหล็ก ที่สภาพนี้แรงกดดันที่แกนของดาวจะสูงมากจนอิเล็กตรอนถูกอัดเข้าไปรวมกับนิวเคลียส หากมวลของแกนมีมากกว่า 1.4 เท่าของดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นขีดจำกัดที่เรียกว่า "ขีดจำกัดจันทรา" แกนของดาวจะยุบลง โปรตรอนและอิเล็กตรอนจะรวมกันเป็นนิวตรอน พลังงานที่แผ่ออกมาอย่างฉับพลันทำให้ดาวส่องสว่างไสวเท่ากับดาราจักรทั้งดาราจักร ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าซูเปอร์โนวา สิ่งที่หลงเหลือจากซูเปอร์โนวามีเพียงดาวนิวตรอนที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางราว 10 กิโลเมตร กับสายใยของแก๊สรายล้อมอยู่เท่านั้น
นั่นคือทฤษฎี ซึ่งอธิบายสาเหตุที่ดาวนิวตรอนทุกดวงล้วนมีมวลไม่เกิน 1.4 มวลสุริยะ ตราบใดที่ไม่มีใครพบดาวนิวตรอนที่มีมวลมากกว่าขีดจำกัดนี้ ทฤษฎีนี้ก็ไม่มีปัญหา

แต่ปัญหาก็เกิดขึ้นจนได้ เมื่อ เปาโล เฟรย์เร จากหอดูดาวเอริซิโบและคณะพบดาวนิวตรอนดวงหนึ่งในกระจุกดาวเอ็ม ในกลุ่มดาวงู มีมวล 1.9 มวลสุริยะ และอีกดวงในเอ็นจีซี 6440 ในกลุ่มดาวคนยิงธนู มีมวล 2.7 มวลสุริยะ

ดาวนิวตรอนเจ้าปัญหาเหล่านี้เป็นพัลซาร์ที่หมุนรอบตัวเองเร็วมากหลายร้อยรอบต่อวินาที หรือที่เรียกว่าพัลซาร์มิลลิวินาที ดาวนิวตรอนที่จะหมุนเร็วเช่นนี้ได้ จะต้องเป็นสมาชิกของระบบดาวคู่ เพราะหากเป็นดาวที่อยู่อย่างโดดเดี่ยวแล้ว ดาวนิวตรอนจะหมุนได้เพียงไม่กี่รอบต่อวินาทีเท่านั้น เหตุที่ในระบบดาวคู่จะหมุนได้เร็วกว่าเพราะดาวนิวตรอนดึงสสารและโมเมนตัมเชิงมุมจากดาวสหายได้ กระจุกดาวทรงกลมมีดาวฤกษ์อยู่อย่างหนาแน่น จึงเป็นแหล่งที่พบพัลซาร์มิลลิวินาทีอยู่ทั่วไป
จากการใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุยักษ์ที่เอริซิโบ ประเทศเปอร์โตริโกในการติดตามพัลส์จาก เอ็ม บี เป็นเวลานานถึง 18 ปี นักดาราศาสตร์จึงสามารถวัดสมบัติด้านต่าง ๆ ของดาวคู่ได้อย่างแม่นยำ เขาทราบว่าพัลซาร์มีมวล 1.94 มวลสุริยะผิดพลาดไม่เกิน 0.18 มวลสุริยะและดาวสหายมีมวล 0.16 มวลสุริยะ ผิดพลาดไม่เกิน 0.10 มวลสุริยะ และยังพบว่าแกนวงโคจรของระบบดาวคู่นี้มีการเลื่อนไปตามที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ แอลเบิร์ต ไอน์สไตน์ คาดการณ์ไว้ ส่วนพัลซาร์มิลลิวินาทีที่พบในเอ็นจีซี 6440 ค้นพบเมื่อปีที่แล้ว นักดาราศาสตร์มีเวลาในการสำรวจเก็บข้อมูลไม่มากนัก จึงยังไม่แน่ใจในเรื่องความแม่นยำของข้อมูลได้มากเท่ากับกรณีของเอ็ม 

"ความเข้าใจเรื่องดาวนิวตรอนของเรายังอนุบาลอยู่มาก ไม่มีใครรู้แน่ชัดว่าสสารประพฤติตัวเช่นไรภายใต้ความลึกในเทหวัตถุเช่นนี้" เฟรย์เรกล่าว "ในการทำให้มวลมากถึงระดับเอ็ม บี จะต้องมีการดัดแปลงแบบจำลองของนักวิทยาศาสตร์ให้เนื้อดาวนิวตรอนแน่นมากกว่าที่ทฤษฎีคาดไว้"

นอกจากนี้ยังมีคำถามตามมาอีกว่า มวลส่วนเกินนี้มาจากไหน เป็นไปได้ว่าอาจมาจากเศษซากดาวที่เกิดขึ้นหลังจากเกิดซูเปอร์โนวาตกกลับลงมาสู่ดาวนิวตรอน หรืออาจมีกลไกบางอย่างที่ยังไม่เข้าใจทำให้ดาวนิวตรอนมีมวลมากเกินขีดจำกัดจันทราได้ หากเป็นเช่นนั้นจริง ย่อมแสดงว่า ดาวนิวตรอนอาจมีจำนวนมากกว่าทีเคยคาดไว้ นั่นคือวัตถุที่เคยคิดว่าเป็นหลุมดำมวลต่ำ แท้จริงอาจเป็นดาวนิวตรอนน้ำหนักเกินก็เป็นได้

ที่มา:

ข่าวที่คล้ายกัน: