นักดาราศาสตร์ได้ค้นพบดาวฤกษ์คู่หนึ่งที่โคจรรอบกันและกันภายในเวลาเพียง 51 นาที ซึ่งเป็นวงโคจรที่รวดเร็วที่สุดเท่าที่เคยพบเห็นในการจับคู่ดังกล่าว ระบบนี้ได้รับการขนานนามว่า ZTF J1813+4251 และเป็นตัวอย่างของตัวแปรความหายนะ ซึ่งคือการจัดเรียงที่ประกอบด้วยดาวฤกษ์ในวงโคจรคับแคบรอบดาวที่ตายแล้วที่เรียกว่าดาวแคระขาว
เมื่อวัตถุดาวฤกษ์ทั้งสองในตัวแปรความหายนะสูญเสียพลังงานจากการปล่อยคลื่นความโน้มถ่วง พวกมันก็ถูกดึงเข้ามาใกล้กันมากขึ้น และดาวแคระขาวก็เริ่ม "กิน" ดาวฤกษ์ "ผู้บริจาค" ที่มีลักษณะคล้ายดวงอาทิตย์ ฉีกวัสดุออกจากพื้นผิวของมัน ZTF J1813+4251 อยู่ห่างจากโลก 3000 ปีแสง และเป็นหลักฐานแรกที่แสดงว่าตัวแปรความหายนะสามารถหดตัวลงมากพอที่จะมีคาบการโคจรสั้นเช่นนี้
“ด้วยการค้นพบ ZTF J1813+4251 ตอนนี้เรารู้แล้วว่า ในสถานการณ์ที่เกิดขึ้นไม่บ่อยนัก ตัวแปรแห่งความหายนะสามารถหดตัวลงจนเหลือคาบการโคจรที่สั้นกว่า 75 นาทีได้มาก” สมาชิกในทีมและนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยอัมสเตอร์ดัม ยาน ฟาน โรสเตลบอก ฟิสิกส์โลก. “มีการคาดการณ์ทางทฤษฎีว่าสิ่งนี้จะเกิดขึ้นได้ แต่การค้นพบ ZTF J1813+4251 ยืนยันเรื่องนี้ได้อย่างไม่ต้องสงสัย”
แวน โรสเทล ร่วมด้วย เควิน เบิร์ดจ์ ของสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์และเพื่อนร่วมงานยังได้ระบุคุณสมบัติอื่นๆ ของดาวฤกษ์แต่ละดวง รวมถึงมวลและรัศมีด้วย
ระบบเล็กๆ
“ระบบดาวคู่ประกอบด้วยดาวแคระขาวและดาวผู้บริจาคซึ่งมีมวลประมาณ 0.55 และ 0.1 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ตามลำดับ” แวน โรสเทลกล่าว ระยะห่างระหว่างพวกมันเพียง 0.4 ของรัศมีดวงอาทิตย์ ซึ่งหมายความว่าระบบดาวคู่ทั้งหมดสามารถเข้าไปในดาวฤกษ์ของเราได้อย่างง่ายดาย การวิจัยยังชี้ให้เห็นว่าวงโคจรที่คับแคบนี้เป็นผลมาจากความหนาแน่นที่สูงมากของดาวผู้บริจาค
นักดาราศาสตร์พบ ZTF J1813+4251 ในกลุ่มดาวฤกษ์จำนวนมากที่สำรวจโดยศูนย์อวกาศ Zwicky Transient Facility (ZTF) ซึ่งใช้กล้องติดอยู่กับกล้องโทรทรรศน์ที่หอดูดาวพาโลมาร์ในแคลิฟอร์เนีย ZTF ได้ถ่ายภาพความละเอียดสูงมากกว่า 1000 ภาพบนพื้นที่กว้างของท้องฟ้า โดยบันทึกการเปลี่ยนแปลงความสว่างของดวงดาว 1 พันล้านดวงในช่วงเวลาที่แตกต่างกันไปในแต่ละวัน
ทีมงานใช้อัลกอริธึมเพื่อค้นหาข้อมูลเหล่านี้เพื่อหาดวงดาวที่ดูเหมือนจะกะพริบซ้ำๆ ภายในเวลาไม่ถึงหนึ่งชั่วโมง แสงวาบดังกล่าวอาจเกิดจากดาวสองดวงในวงโคจรคับแคบ โดยดาวดวงหนึ่งบังแสงจากอีกดวงหนึ่งเป็นเวลาสั้นๆ ดังเช่นในกรณีของ ZTF J1813+4251
ระยะวิวัฒนาการที่หายาก
การสังเกตยังเผยให้เห็นว่าระบบอยู่ในขั้นตอนที่น่าสนใจของวิวัฒนาการ “เราค้นพบตัวแปรความหายนะนี้กำลังทำสิ่งที่พิเศษมาก โดยเปลี่ยนจากการสะสมของไฮโดรเจนไปสู่การสะสมของฮีเลียม” Burdge อธิบาย. “สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะดาวแคระขาวเริ่มกินดาวฤกษ์ในแถบลำดับหลักเก่าๆ ที่ใกล้จะสิ้นอายุขัย หลังจากที่ดาวฤกษ์นั้นได้สะสมฮีเลียมจำนวนมากในแกนกลางของมัน”
ตอนนี้ บรรยากาศไฮโดรเจนของดาวผู้บริจาคใกล้จะหมดลงแล้ว โดยดาวแคระขาวดึงเอาส่วนที่เหลือสุดท้ายออกจากคู่ของมัน ผลก็คือ อีกไม่นานดาวผู้บริจาคนี้จะลดลงเหลือแกนกลางที่อุดมด้วยฮีเลียม ซึ่งดาวแคระขาวที่อยู่ข้างเคียงจะยังคงอาศัยอยู่ต่อไป ทีมงานยังคาดการณ์ด้วยว่าคาบการโคจรของระบบนี้จะยังคงสั้นลง และในอีกประมาณ 70 ล้านปี อาจสั้นเพียง 20 นาที
“อนาคตของดาวฤกษ์คู่นี้ขับเคลื่อนด้วยคลื่นความโน้มถ่วง” แวน โรสเตลกล่าว “ดาวฤกษ์สองดวงมีมวลมากพอและโคจรรอบกันและกันใกล้พอที่จะสูญเสียโมเมนตัมเชิงมุมผ่านคลื่นความโน้มถ่วงอย่างช้าๆ ซึ่งทำให้คาบการโคจรและการแยกตัวของพวกมันลดลงอีก”
การสังเกตคลื่นความโน้มถ่วง
โดยหลักการแล้ว นักดาราศาสตร์สามารถตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงเหล่านี้ได้ อย่างไรก็ตาม หอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงในปัจจุบันไม่ไวพอที่จะทำเช่นนี้ ในอนาคต การศึกษาระบบดังกล่าวสามารถทำได้โดยใช้ Laser Interferometer Space Antenna (LISA) ที่วางแผนไว้ ซึ่งจะไวกว่าเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงบนโลกที่มีอยู่ในปัจจุบัน
นักดาราศาสตร์อธิบายภาพของดาวคู่จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ที่ 'ยุ่งเหยิง'
“การค้นพบนี้ถือเป็นเรื่องใหญ่เพราะขณะนี้มีการสร้างเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงซึ่งจะขึ้นไปในอวกาศเรียกว่า LISA ซึ่งจะเห็นคลื่นความโน้มถ่วงจากวัตถุที่มีคาบการโคจรเช่น ZTF J1813+4251” Burdge กล่าว เขาเสริมว่าการตรวจสอบในอนาคตนี้อาจเติมเต็มองค์ประกอบสำคัญที่ขาดหายไปจากความเข้าใจของเราว่าดาวฤกษ์มีวิวัฒนาการอย่างไร
“ตัวแปรความหายนะเป็นห้องปฏิบัติการที่ยอดเยี่ยมมากสำหรับการศึกษาฟิสิกส์การสะสมและวิวัฒนาการแบบไบนารี หนังสือเรียนมักจะเน้นไปที่ดวงดาวที่อยู่โดดเดี่ยวอย่างดวงอาทิตย์ ประเด็นก็คือ เรื่องราวที่เรียบง่ายนั้นใช้ไม่ได้ผลหากคุณใส่ดาวสองดวงไว้ในระบบไบนารี่ที่อยู่ติดกัน เพราะดาวสองดวงจะมีปฏิสัมพันธ์กัน และนั่นสามารถเปลี่ยนผลลัพธ์ได้อย่างสิ้นเชิง”
“ด้วยการศึกษาระบบคู่ที่มีปฏิสัมพันธ์ใกล้ชิดเหล่านี้ เช่น ตัวแปรความหายนะ เรากำลังรวบรวมข้อมูลที่จำเป็นในการทำหนังสือเรียนเกี่ยวกับวิวัฒนาการของดวงดาวให้จบ กล่าวคือ เรากำลังเริ่มเข้าใจวิวัฒนาการของดาวฤกษ์แบบไบนารี โดยพื้นฐานแล้วระบบนี้จะตอบคำถามสำคัญว่าไบนารีตัวแปรที่ทำให้เกิดความหายนะเกิดขึ้นได้อย่างไร”
การสังเกตมีอธิบายไว้ใน ธรรมชาติ
