ดาวแคระขาวใบพัดพลาสม่า

ภาพจากศิลปินแสดง J0240+1952 ดาวแคระขาวที่หมุนรอบตัวเร็วที่สุดเท่าที่เคยพบมาและเป็นเพียงดวงที่สองที่พบว่าเป็นดาวใบพัดแม่เหล็ก(magnetic propeller) ด้วยเมื่อวัสดุสารถูกดึงออกจากดาวข้างเคียงและสาดออกสู่อวกาศด้วยความเร็วสูง มีวัสดุสารเพียงน้อยนิดที่ดาวแคระขาวสะสมไว้ได้ โดยไหลไปรวมในจุดสว่างที่หมุนเข้าและออกจากแนวสายตา ช่วยให้ตรวจสอบอัตราการหมุนรอบตัวได้

      ดาวที่ตายแล้วดวงหนึ่งกำลังหมุนรอบตัวเร็วมากๆ จนมันมีอัตราการหมุนรอบตัวที่เร็วที่สุดเท่าที่เคยพบในดาวชนิดที่ตายแล้วนี้อย่างเป็นทางการ

     มันเป็นดาวแคระขาว ซึ่งมีชื่อว่า LAMOST J0240+1952 อยู่ห่างออกไป 2015 ปีแสง และมีอัตราการหมุนรอบตัวที่หลุดโลกที่ 25 วินาที ซึ่งโค่นผู้ยึดครองสถิติก่อนหน้านี้ CTCV J2056-3014 ซึ่งมีอัตราการหมุน 29 วินาทีลง มันยังมีความคล้ายคลึงกับดาวแคระขาวเร็วอีกดวงคือ AE Aquarii ซึ่งมีอัตราการหมุนที่ 33 วินาที

     แต่ J0240+1952 และ AE Aquarii มีความพิเศษอย่างสุดขั้ว เมื่อพวกมันเป็นดาวเพียงสองดวงที่เราเคยพบมาในกลุ่มของดาวแคระขาวที่เรียกกันว่า magnetic propeller star แต่ละดวงมีดาวข้างเคียงในระบบคู่เป็นดาวฤกษ์วิถีหลัก(main sequence; ดาวฤกษ์ที่กำลังหลอมไฮโดรเจน) ซึ่งพวกมันจะดึงก๊าซร้อนออกมา จากนั้นก๊าซร้อนหรือพลาสมาเหล่านี้จะถูกสาดออกสู่อวกาศโดยสนามแม่เหล็กของดาวแคระขาว เป็นเหมือนกระแสของน้ำที่ออกมาจากใบพัด(propeller)

    สำหรับ J0240+1952 นั้นมีความสุดขั้วมาก เมื่อพลาสมาของมันถูกยิงออกมาด้วยความเร็ว 3000 กิโลเมตรต่อวินาที Ingrid Pelisoli นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยวอร์วิค สหราชอาณาจักร กล่าวว่า J0240+1952 จะหมุนรอบตัวไปหลายรอบในช่วงเวลาที่คุณใช้เวลาอ่านเรื่องราวเกี่ยวกับมัน นี่ไม่น่าเชื่อจริงๆ อัตราการหมุนรอบตัวยังเร็วมากจนดาวแคระขาวจะต้องมีมวลเหนือระดับเฉลี่ย เพื่อที่จะยึดเกาะตัวเองได้โดยไม่ฉีกออก มันกำลังดึงวัสดุสารออกจากดาวข้างเคียงด้วยแรงโน้มถ่วง แต่เมื่อเข้าใกล้ดาวแคระขาวมากขึ้น สนามแม่เหล็กก็เริ่มมีบทบาทสำคัญ ก๊าซชนิดนี้(พลาสมาคือก๊าซที่มีประจุ) จะถูกเหนี่ยวนำและเพิ่มความเร็วขึ้นจากกระบวนการนี้ ซึ่งจะผลักมันออกจากดาวออกสู่อวกาศ

วัฏจักรชีวิต(life cycle) ของดวงอาทิตย์

     ดาวแคระขาวเป็นสิ่งที่จะเกิดขึ้นเมื่อดาวฤกษ์อย่างดวงอาทิตย์หมดเชื้อเพลิงที่ใช้หลอมในแกนกลางลง มันจะผลักเปลือกก๊าซส่วนนอกออกสู่อวกาศ และแกนกลางจะยุบตัวลงกลายเป็นวัตถุที่หนาแน่นสูง ซึ่งส่องสว่างด้วยความร้อนที่ยังเหลืออยู่ ดาว”ตาย” แล้วเหล่านี้ในทางกายภาพแล้วจะมีขนาดเล็กมาก พอๆ กับโลก แต่มีมวลอัดแน่นได้ถึง 1.4 เท่ามวลดวงอาทิตย์

     ดาวแคระขาวมักจะมีดาวข้างเคียงในระบบคู่ในวงโคจรประชิด ซึ่งอาจอยู่ใกล้อย่างมากจนพวกมันสูบหรือสะสมมวลสารออกจากดาวข้างเคียงได้ เกิดการปะทุเป็นช่วงเวลาเมื่อวัสดุสารที่สะสมไว้ทำให้เกิดการหลอมไฮโดรเจนแบบกู่ไม่กลับในชั้นบรรยากาศดาวแคระขาว เป็นสาเหตุให้เกิดการแปรแสงสว่าง ซึ่งจะเรียกว่า ดาวแปรแสงหายนะ(cataclysmic variable stars) ซึ่งสุดท้าย ดาวแคระขาวอาจจะสะสมมวลไว้มากจนเกินไปจนมันเริ่มไม่เสถียรและระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวาชนิดหนึ่งเอ(Type Ia supernova)

     J0240+1952 เองก็เป็นดาวแปรแสงหายนะ และในอดีตมันก็กลืนมวลสารจากดาวข้างเคียงที่เป็นแคระแดงไปเพียงพอที่จะทำให้มันเร่งความเร็วหมุนรอบตัวได้สูงมาก แต่จากนั้น มันก็เริ่มสร้างสนามแม่เหล็กขึ้น(ซึ่งนักดาราศาสตร์คิดว่าอัตราการหมุนรอบตัวที่เพิ่มสูงขึ้นจากดาวแคระขาวที่กำลังสะสมมวลสาร น่าจะสร้างไดนาโมภายในได้แต่ก็ยังไม่แน่ชัด) สนามแม่เหล็กนี้เองที่ทำหน้าที่เป็นม่านกั้นผลักพลาสมาที่ไหลเข้ามา สาดพลาสมาเกือบทั้งหมดออกสู่อวกาศ อย่างไรก็ตาม ก็จะมีพลาสมาจำนวนน้อยที่ยังตกไปถึงดาวแคระขาวได้ ซึ่งมันจะไหลไปสู่ขั้วแม่เหล็กของดาว เป็นสาเหตุให้เกิดจุดที่เรืองสว่างบนพื้นผิว และเมื่อจุดเหล่านี้หมุนเข้าและออกจากแนวสายตาของเราก็ทำให้เกิดการแปรแสง ที่ช่วยให้นักดาราศาสตร์ตรวจสอบอัตราการหมุนรอบตัวของดาวได้

cataclysmic variables หรือดาวแปรแสงหายนะ เป็นระบบดาวคู่ที่ประกอบด้วยดาวแคระขาว ที่กำลังดึงมวลออกจากดาวข้างเคียงที่เป็นดาวฤกษ์ปกติ จนเกิดการสะสมมวลสารบนขั้วแม่เหล็กดาวแคระขาว จนกลายเป็นจุดร้อน ซึ่งจะหมุนเข้าและออกจากแนวสายตาการสำรวจจากโลก ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงปริมาณแสง

     ส่วนการหมุนรอบตัวของ AE Aquarii กำลังช้าลงด้วยอัตราที่สูงผิดปกติ และนักวิจัยก็อยากจะดูว่าระบบทั้งสองจะมีพฤติกรรมเหมือนกันหรือไม่ ถ้าเป็นเช่นนั้น ก็จะบอกเราได้ไม่น้อยเกี่ยวกับระบบที่พบได้ยากและน่าทึ่งเหล่านี้ Tom Marsh นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยวอร์วิค กล่าวว่า นี่เป็นเพียงครั้งที่สองเท่านั้นที่เราได้พบหนึ่งในระบบขับดันด้วยแม่เหล็กเหล่านี้ ขณะนี้เราได้ทราบว่ามันไม่ใช่เรื่องอัตลักษณ์เฉพาะแต่อย่างไร กลไกการขับดันแม่เหล็กดูจะเป็นคุณสมบัติโดยทั่วไปที่เกิดขึ้นในระบบคู่เหล่านี้ ถ้าอยู่ในสถานการณ์ที่เหมาะสม

     การค้นพบ(แห่ง) ที่สองนี้แทบจะมีความสำคัญพอๆ กับแห่งแรก เพื่อคุณได้สร้างแบบจำลองขึ้นสำหรับแห่งแรก และกับแห่งที่สองคุณก็สามารถทดสอบได้ถ้าแบบจำลองใช้การได้หรือไม่ การค้นพบล่าสุดได้แสดงว่าแบบจำลองนี้ใช้การได้ค่อนข้างดี มันทำนายว่าดาวจะต้องหมุนรอบตัวเร็วมาก และก็เป็นอย่างนั้นจริง งานวิจัยเผยแพร่ใน Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters วันที่ 22 พฤศจิกายน  

แหล่งข่าว sciencealert.com : wild “propeller” star smashes the record for fastest-spinning white dwarf
                scitechdaily.com : high-speed propeller star is fastest spinning white dwarf – it’s the size of Earth, but 200,000 times more massive