ระบบจตุดาราที่น่าจะสร้างซุปเปอร์โนวาพิเศษ

 

ภาพจากศิลปินแสดงระบบพหุดารา HD 74438

     ระบบพหุดารา(multiple system) พบได้ทั่วไปในทางช้างเผือก ในขณะที่ระบบเหล่านี้เกือบทั้งหมดเป็นระบบดาวคู่(binary system) ซึ่งประกอบด้วยดาวฤกษ์สองดวง นอกจากนั้นก็เป็นระบบที่มีดาวฤกษ์สาม, สี่ หรือกระทั่งหกดวง

     ระบบเหล่านี้ดูจะค่อนข้างเสถียรเมื่อระบบที่ไม่เสถียรจะแตกออกหรือควบรวมกันค่อนข้างเร็ว แต่บางครั้งคุณก็จะได้ระบบที่กึ่งเสถียร เป็นระบบที่เมื่อนานไปดาวจะพัฒนาในขณะที่ก็ยังเสถียรอยู่จนวาระสุดท้าย และวาระสุดท้ายนั้นก็อาจจะเป็นซุปเปอร์โนวา ทั้งหมดเกิดขึ้นเพราะพลวัตแรงโน้มถ่วง ในฟิสิกส์ของนิวตัน มวลสองก้อนที่โคจรรอบกันและกันอย่างโดดเดี่ยวมักจะเสถียร หนทางเดียวที่เป็นก็คือวงโคจรรี นี่เป็นเหตุผลว่าเพราะเหตุใดระบบคู่จึงเป็นระบบพหุดาราชนิดที่พบได้ทั่วไปที่สุด

     แต่เมื่อคุณมีมวลสามก้อนหรือมากกว่านั้น ทุกสิ่งจะซับซ้อนมากขึ้น ซับซ้อนมากจนไม่มีคำตอบที่แน่นอนสำหรับปัญหาสามวัตถุ(three-body problem) มิต้องเอ่ยถึงสี่หรือมากกว่านั้นอีก แต่โชคดีที่เราสามารถทำแบบจำลองการโคจรความเที่ยงตรงสูงได้ ดังนั้นในขณะที่เรายังไม่มีคำตอบที่แน่ชัดสำหรับพหุดารา แต่ถ้าเราทำการตรวจสอบการเคลื่อนที่ของดาวได้อย่างแม่นยำ เราก็สามารถสร้างแบบจำลองที่เที่ยงตรงได้

     แบบจำลองเหล่านี้ยังเที่ยงตรงมากจนพวกมันสามารถทำนายหลายล้านปีล่วงหน้าได้ นี่นำเราไปสู่ระบบดาวที่น่าสนใจ HD 74438 มันถูกพบในปี 2017 โดยการสำรวจ Gaia-ESO และก็เป็นสิ่งที่ถูกเรียกว่า คู่ของระบบดาวคู่สเปคตรัม(spectroscopic double binary) นี่หมายความว่า กล้องโทรทรรศน์ของไกอาไม่ได้มีพลังมากพอที่จะสำรวจดาวทีละดวง แต่เราทราบว่าพวกมันอยู่ตรงนั้นก็จากสเปคตรัมของพวกมัน เมื่อดาวฤกษ์โคจรรอบกันและกัน สเปคตรัมของดาวแต่ละดวงจะเกิดการเลื่อนดอปเปลอร์(Doppler shift) ไปเล็กน้อยเนื่องจากการเคลื่อนที่เปรียบเทียบ ดังนั้นเราจึงสามารถคำนวณการเคลื่อนที่และความเร็วของพวกมันได้

     ในบทความล่าสุดใน Nature Astronomy ทีมใช้การสำรวจสเปคตรัม HD 74438 จากภาคพื้นดินเพื่อระบุวงโคจรของดาวทั้งสี่ดวง พวกเขายืนยันว่าดาวอยู่ในการเรียงตัวแบบ 2+2 ซึ่งดาวจับคู่กันในวงโคจรประชิด ซึ่งจะค่อยๆ โคจรไปรอบกันและกัน คู่หนึ่งโคจรรอบกันและกันใช้เวลา 20 วัน ส่วนอีกคู่ใช้เวลา 4 วัน แต่การตรวจสอบก็แม่นยำพอที่จะแสดงว่าแรงโน้มถ่วงของระบบคู่วงนอก กำลังทำให้ระบบคู่วงในไม่เสถียรโดยทำให้มันรีมากขึ้น  

     HD 74438 ยังมีอายุน้อยมากๆ มันเป็นส่วนหนึ่งของกระจุกดาวเปิด(open cluster) IC 2391 ซึ่งมีอายุเพียง 43 ล้านปีเท่านั้น ดาวทั้งหมดมีมวลพอๆ กับดวงอาทิตย์ของเรา ดังนั้นพวกมันจึงมีช่วงชีวิตที่ใกล้เคียงกัน ถ้าให้เวลามากพอ ดาวก็น่าจะจบชีวิตโดยเป็นดาวแคระขาว และเนื่องจากความไร้เสถียรภาพแรงโน้มถ่วงของระบบนี้มีน้อย ดาวจึงน่าจะอยู่ได้นานพอที่จะกลายเป็นดาวแคระขาว แต่วงโคจรของพวกมันก็น่าจะยังไม่เสถียร แต่อาจจะทำให้พวกมันชนกันในที่สุด

ซุปเปอร์โนวาชนิดหนึ่งเอ(Typer Ia supernovae) จากดาวแคระขาวสองดวงควบรวมกัน 

      นั้นเป็นสิ่งที่น่าสนใจไม่น้อยเนื่องจาก HD 74438 เป็นตัวอย่างที่ดีเยี่ยมว่าระบบพหุดาราจะสามารถพัฒนาจนสร้างการควบรวมของดาวแคระขาวได้อย่างไร การควบรวมของดาวแคระขาวเป็นหนทางหนึ่งที่จะเกิดซุปเปอร์โนวาชนิดหนึ่งเอ(Type Ia supernovae) ได้ ซุปเปอร์โนวาเหล่านี้แสดงบทบาทสำคัญในการตรวจสอบการขยายตัวของเอกภพ ระบบพหุดาราอย่าง HD 74438 ก็น่าจะเป็นแหล่งหลักของซุปเปอร์โนวาหนึ่งเอ

     ซุปเปอร์โนวาหนึ่งเอ ดูจะระเบิดด้วยกำลังสว่าง(luminosity) ที่ใกล้เคียงกัน ซึ่งทำให้มันเป็นเทียนมาตรฐาน(standard candle) สำหรับตรวจสอบระยะทางที่ดีเยี่ยม เมื่อทราบความสว่างของวัตถุที่เห็นไกลออกไป ถ้าคุณทราบกำลังสว่างที่แท้จริงของเหตุการณ์ และเปรียบเทียบกับความสว่างที่ตรวจสอบได้จากโลก ก็จะบอกได้ว่าเหตุการณ์เกิดขึ้นไกลออกไปแค่ไหน

     ในขณะที่คู่ระบบดาวคู่จะพบได้เพียงส่วนน้อยในระบบพหุดารา แต่การศึกษานี้ก็แสดงว่าบางครั้งพวกมันก็อยู่ในความสัมพันธ์ระยะยาวที่ไม่เสถียร งานวิจัยเผยแพร่ใน Nature Astronomy

แหล่งข่าว sciencealert.com : this unstable double binary star system could implode into type Ia supernova
                iflscience.com : fascinating quadruple star system might be pathway to rare supernova