ระบบดาวสามดวงที่เคยเป็นระบบสี่ดวง

 

ดวงอาทิตย์ของเราเป็นดาวฤกษ์เดี่ยว แต่ดาวฤกษ์ส่วนใหญ่ในเอกภพ จะอยู่ในระบบคู่(binary system) หรือมีจำนวนมากกว่านั้น เช่นในภาพเป็นระบบดาวสี่ดวง 

     ระบบดาวฤกษ์มีหลายรูปแบบ บางแห่งก็เป็นดาวฤกษ์โดดๆ เหมือนอย่างดวงอาทิตย์ของเรา แต่อีกหลายแห่งที่มีดาวข้างเคียงหนึ่งดวงหรือมากกว่านั้น โคจรในการเต้นรำความโน้มถ่วงที่ซับซ้อน ในระบบที่มีคู่หูเหล่านั้น ชีวิตของดาวอาจจะมีจุดผกผันที่ไม่คาดฝัน

     ระบบไตรดารา(triple/tertiary system) ก็ไม่ถึงกับหายาก โดยมีระบบไตรดาราในเอกภพราว 10% ในเดือนกันยายน 2021 นักดาราศาสตร์ยังได้พบดาวเคราะห์นอกระบบดวงหนึ่ง ที่โคจรรอบระบบไตรดาราแห่งหนึ่ง เป็นครั้งแรกด้วย ซึ่งบอกว่าอาจจะมีสิ่งมีชีวิตอยู่ในระบบเหล่านี้

    แต่ระบบไตรดาราที่เพิ่งพบล่าสุด TIC 470710327 เป็นดาวฤกษ์คู่หนึ่งที่อยู่ใกล้ชิดกัน และมีดาวดวงที่สามโคจรรอบอีกที ดาวดวงนอกมีมวลสูงกว่าดาวคู่ในรวมกัน ซึ่งสร้างปัญหาให้กับนักทฤษฎี เนื่องจากดาวมวลสูงเช่นนี้มักจะเริ่มสาดแสงก่อนดาวอีกสองดวงที่เหลือ และการแผ่รังสีที่เข้มข้นของมันก็น่าจะเป่าก๊าซรอบๆ มันหายไป ป้องกันไม่ให้คู่ดาวมวลต่ำก่อตัวขึ้นได้

     นักดาราศาสตร์ทีมหนึ่งได้หาคำตอบ แล้วถ้าดาวมวลสูงวงนอกเคยเป็นดาวขนาดเล็ก 2 ดวงซึ่งต่อมาควบรวมกันหลังจากที่ก่อตัวขึ้นไม่นานล่ะ ลำดับเหตุการณ์นี้เผยแพร่ใน Monthly Notices of the Royal Astronomical Society ไม่เพียงแต่อธิบายการเรียงตัวของไตรดาราแห่งนี้ แต่ยังแสดงเส้นทางการก่อตัวดาวที่ซับซ้อนด้วย

     ระบบที่มีดาวฤกษ์สามดวงหรือมากกว่านั้นไม่ได้พบเห็นได้ง่ายๆ ระบบแห่งนี้เองก็ซ่อนอยู่ในฐานะของระบบคู่คราส(eclipsing binary) จนกระทั่ง TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite) ได้สำรวจมัน การตรวจสอบที่แม่นยำได้พบบางสิ่งที่มีอยู่ เป็นแรงดึงต่อดาวฤกษ์ที่เกิดเป็นคาบเวลา จากข้อมูล TESS รวมกับการสำรวจจากภาคพื้นดิน ดาวคู่ประกอบด้วยดาว 2 ดวงที่โคจรรอบกันและกันด้วยคาบประมาณ 1 วัน และดาวดวงที่สามที่โคจรรอบคู่นี้ ในวงโคจรที่เอียงทุกๆ 52 วัน มวลรวมของระบบคู่ราว 12 เท่ามวลดวงอาทิตย์ และมวลดาวดวงที่สามอยู่ที่ระหว่าง 14 ถึง 17 เท่ามวลดวงอาทิตย์

ภาพจากศิลปินแสดงการก่อตัวของระบบจตุรดารา(quadruple)

      การเรียงตัวลักษณะนี้เป็นอัตลักษณ์ในบรรดาระบบไตรดาราที่รู้จักทั้งปวง ในกรณีระบบไตรดาราเกือบทุกแห่ง ดาวดวงที่สามจะมีมวลใกล้เคียงหรือต่ำกว่าดาวคู่ และดาวในระบบยังมีมวลสูงกว่าดาวทั่วไปที่พบในไตรดาราแห่งอื่นๆ ซึ่งก็หมายความว่า ดาวทั้งสามดวงจะอยู่ใกล้กันมากขึ้นเนื่องจากพวกมันส่งแรงโน้มถ่วงได้รุนแรงกว่าปกติ

     ระบบไตรดาราแห่งนี้จึงท้าทายแบบจำลองการก่อตัวและต้องค้นหาคำตอบ ในการศึกษานี้ นักวิทยาศาสตร์สงสัยว่าระบบแห่งนี้จะเริ่มต้นโดยมีดาวสองคู่ เราสามารถทำนายพฤติกรรมการโคจรของระบบคู่ที่อยู่โดดเดี่ยวได้ แต่เมื่อเพิ่มดาวอีกดวงหรือสองดวงเข้าไป วงโคจรจะเริ่มแสดงพฤติกรรมที่ซับซ้อน มีการเปลี่ยนแปลงความรีและความเอียงของวงโคจรซึ่งส่งผลต่อวิวัฒนาการดาวฤกษ์ และในกรณีที่สุดขั้วที่สุด จะเกิดการควบรวมกัน และนั่นก็เป็นสิ่งที่ผู้เขียนตามหาร่องรอย

     แบบจำลองคล้ายๆ กันนี้ก็ใช้กับดาวเคราะห์และดาวฤกษ์มวลต่ำ แต่เราเป็นกลุ่มแรกที่ปรับใช้กับระบบที่มีมวลสูงอย่างนี้ Alejandro Vigna-Gomez ผู้นำทีมวิจัย นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากสถาบันนีล บอห์ร ที่มหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกน กล่าว ทีมได้จำลองระบบคู่ซ้อนคู่หลายแห่งเพื่อแสดงว่า ภายใต้สภาวะที่จำเพาะ ก็เป็นไปได้ที่จะควบรวมดาวคู่มวลสูงกว่า และได้ระบบที่คล้ายกับที่พบ

     ในแบบจำลอง ผู้เขียนใช้ดาวที่โตเต็มที่แล้ว 4 ดวง อย่างไรก็ตาม กลับเป็นว่าการควบรวมจะต้องเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วมากๆ ซึ่งบอกว่าดาวน่าจะยังคงอยู่ในช่วงพัฒนาตัวเมื่อมีการควบรวมเกิดขึ้น ซึ่งน่าจะมีผลกระทบเล็กน้อยต่อผลที่ได้ ขณะนี้ นักวิทยาศาสตร์ต้องเผชิญกับภารกิจที่ยากก็คือ การพิสูจน์ว่าดาวดวงที่สามเป็นดาวจากการควบรวมจริง ทีมบอกให้มองหาสัญญาณสนามแม่เหล็กที่รุนแรง มีดาวมวลสูงราว 7% ที่มีสนามแม่เหล็กที่พื้นผิวที่รุนแรง ซึ่งบางส่วนเชื่อกันว่าถูกเร่งความแรงจากการควบรวม ในขณะที่ผู้เชี่ยวชาญยังคงโต้เถียงความเชื่อมโยงระหว่างการควบรวมกับสนามแม่เหล็ก ก็คงไม่เสียหายอะไรที่จะมองในแงนี้ ซึ่งทีมได้ทำการสำรวจระบบแห่งนี้เพิ่มเติมแล้วเพื่อสำรวจหาสนามแม่เหล็กรุนแรงที่พื้นผิว

ภาพกราฟฟิครายละเอียดแสดงระบบไตรดารา TIC 470710327 ระบุมวลของดาว, คาบการโคจรและความเอียงวงโคจร  

     ผู้เขียนยังทำนายอีกข้อว่า ลำดับเหตุการณ์การควบรวมน่าจะนำไปสู่สภาพที่ไม่พบดาวดวงที่สามที่มีความเอียงสูง ถั้กวิทยาศาสตร์ได้พบระบบไตรดาราเพิ่มเติมขึ้น ก็อาจจะยืนยันการทำนายจากแบบจำลองในแง่สถิติได้

     Vigna-Gomez และ Bin Liu บอกว่าสองหนทางที่จะสามารถพิสูจน์หรือตัดทฤษฎีการก่อตัวที่เสนอได้ก็คือ การศึกษาระบบนี้ในรายละเอียด และอีกด้านก็ทำการวิเคราะห์ประชากรดาวในเชิงสถิติ ซึ่งถ้าลงรายละเอียดก็ต้องพึ่งพานักดาราศาสตร์ผู้เชี่ยวชาญ แต่ในการวิเคราะห์เชิงสถิติ ต้องร้องขอให้ประชาคมวิทยาศาสตร์ได้ตรวจสอบข้อมูล อาจจะมีระบบขนาดกะทัดรัดอื่นๆ ซ่อนอยู่ในข้อมูล TESS อีก สิ่งที่เราอยากจะรู้จริงๆ ก็คือ ระบบลักษณะนี้พบได้ทั่วไปในเอกภพหรือไม่ Bin Liu กล่าว

ภาพจากศิลปินแสดงการก่อตัวของระบบจตุรดารา(quadruple)

ภาพกราฟฟิครายละเอียดแสดงระบบไตรดารา TIC 470710327 ระบุมวลของดาว, คาบการโคจรและความเอียงวงโคจร  

แหล่งข่าว skyandtelescope.com : this triplet of stars was once a quartet
                space.com : “first of its kind” triple star system likely gobbled up a 4^th star
                 spaceref.com : compact, massive triple star system detected for the first time