ภูเขาที่สูงระดับมิลลิเมตรบนดาวนิวตรอน

 

     แบบจำลองดาวนิวตรอนงานใหม่ได้แสดงว่าภูเขาที่สูงที่สุดของพวกมันอาจจะสูงเพียงเสี้ยวมิลลิเมตรเท่านั้น อันเนื่องจากแรงโน้มถ่วงมหาศาลบนวัตถุที่มีความหนาแน่นสูงมากเหล่านี้ งานวิจัยนำเสนอที่การประชุมดาราศาสตร์แห่งชาติปี 2021

      ดาวนิวตรอน(neutron stars) เป็นหนึ่งในวัตถุที่มีความหนาแน่นสูงที่สุดในเอกภพ พวกมันมีมวลพอๆ กับดวงอาทิตย์แต่มีขนาดเพียงสิบกว่ากิโลเมตรเท่านั้น ใกล้เคียงกับขนาดของเมืองใหญ่ๆ เนื่องจากความกะทัดรัด ดาวนิวตรอนจึงมีแรงโนมถ่วงที่รุนแรงกว่าโลกราว 1 พันล้านเท่า แรงโน้มถ่วงมหาศาลบีบอัดทุกรายละเอียดบนพื้นผิวจนมีขนาดที่เล็กจิ๊ดริด และยังหมายความว่า ซากดาวเหล่านี้เป็นทรงกลมที่เกือบสมบูรณ์แบบ

     ในขณะที่พวกมันมีขนาดเล็กกว่าโลกหลายพันล้านเท่า แต่การแปรสภาพจากทรงกลมที่สมบูรณ์แบบก็ยังถูกเรียกว่าภูเขาอยู่ดี ทีมที่อยู่เบื้องหลังงานวิจัยนี้ นำโดยนักศึกษาปริญญาเอก Fabian Gittins จากมหาวิทยาลัยเซาธ์แธมพ์ตัน ได้ใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์เพื่อสร้างดาวนิวตรอนที่สมจริงขึ้นมา และเปลี่ยนแปลงตัวเลขทางคณิตศาสตร์เพื่อจำแนกว่าภูเขาจะถูกสร้างได้อย่างไร

     ทีมยังได้ศึกษาบทบาทของสสารนิวเคลียร์ความหนาแน่นสูงมากที่จะค้ำจุนภูเขานี้ แบบจำลองหลายงานได้บอกว่าพื้นผิวของดาวนิวตรอนจะแข็งแกร่งกว่าเหล็กกล้า 1 หมื่นล้านเท่า และพบว่าภูเขาที่ใหญ่ที่สุดที่จะเกิดขึ้นได้จะมีความสูงเพียงเสี้ยวมิลลิเมตร เล็กกว่าที่เคยประเมินไว้หนึ่งร้อยเท่า ในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา มีความสนใจมากมายในความเข้าใจว่าภูเขาเหล่านี้จะใหญ่ได้แค่ไหนก่อนที่เปลือกของดาวนิวตรอนจะแตกออก และไม่สามารถค้ำจุนภูเขาได้อีกต่อไป Fabian ให้ความเห็น

     งานก่อนหน้านี้ได้บอกว่าดาวนิวตรอนสามารถค้ำจุนการบิดเบี้ยวจากทรงกลมสมบูรณ์แบบไปได้ถึงหลายส่วนในหนึ่งล้านส่วน ซึ่งหมายความว่าภูเขาน่าจะมีขนาดใหญ่ถึงหลายเซนติเมตร การคำนวณเหล่านี้สันนิษฐานจากที่เปลือกดาวนิวตรอนอาจจะแตกออกได้ทุกจุด อย่างไรก็ตาม แบบจำลองใหม่ได้บ่งชี้ว่าสภาวะเหล่านี้ไม่ใช่เรื่องทางกายภาพ ผลสรุปได้แสดงว่าแท้จริงดาวนิวตรอนเป็นวัตถุที่กลมอย่างไม่น่าเชื่อแค่ไหน นอกจากนี้ ยังบอกว่าคลื่นความโน้มถ่วงที่สำรวจพบจากดาวนิวตรอนที่หมุนรอบตัว อาจจะยิ่งท้าทายมากกว่าที่เคยคิดไว้

     แม้ว่าพวกมันจะเป็นวัตถุเดี่ยวๆ จากแรงโน้มถ่วงมหาศาลของพวกมัน ดาวนิวตรอนที่มีลักษณะบิดเบี้ยวไปเล็กน้อยและมีการหมุนรอบตัว ก็น่าจะสร้างระลอกในกาลอวกาศที่เรียกว่า คลื่นความโน้มถ่วง(gravitational waves) ยังไม่เคยมีการสำรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงจากการหมุนรอบตัวของดาวนิวตรอนเดี่ยวๆ มาก่อน แม้ว่าความก้าวหน้าในอนาคตของเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงด้วยความไวอย่างสุดขั้วเช่น advanced LIGO และ Virgo น่าจะกำกุญแจสำคัญในการตรวจสอบวัตถุอันเป็นอัตลักษณ์เหล่านี้

 

แหล่งข่าว phys.org – a bug’s life: millimeter-tall mountains on neutron stars  
               iflscience.com – the “mountains” on a neutron star are only milimetres tall, new models suggest