ดาวนิวตรอนที่เบาที่สุด อาจเป็นดาวควาร์ก

 

     นักวืจัยที่สถาบันเพื่อดาราศาสตร์และดาราศาสตร์ฟิสิกส์ ในเจอรมนี ได้พบหลักฐานที่บอกว่าดาวนิวตรอนดวงจิ๋ว ในใจกลางซากซุปเปอร์โนวา HESS J1731-347 ซึ่งอยู่ห่างออกไปมากกว่า 8 พันปีแสงในกลุ่มดาวแมงป่อง(Scorpius) แท้จริงแล้วอาจจะเป็นดาวสเตรงจ์(strange)

     ในรายงานที่เผยแพร่ในวารสาร Nature Astronomy Victor Doroshenko, Valery Suleimanov, Gerd Pühlhofer และ Andrea Santangelo ได้อธิบายความพยายามครั้งใหม่ในการคำนวณระยะทางสู่ดาวดวงนี้ใหม่ และการค้นพบคุณลักษณะที่บอกว่ามันอาจจะเป็นดาวชนิดที่น่าพิศวง งานวิจัยก่อนหน้านี้ได้แสดงว่า ดาวสเตรงจ์น่าจะดูคล้ายกับดาวนิวตรอนอย่างมก แต่น่าจะสัดส่วนของควาร์กสเตรงจ์มากกว่า อันเนื่องมาจากอนุภาคเสี้ยวอะตอมแตกเป็นองค์ประกอบย่อย(ควาร์ก) ตามทฤษฎีบอกว่า ดาวสเตรงจ์น่าจะมีสัดส่วนของควาร์ก อัพ(up), ดาวน์(down) และสเตรงจ์เท่าๆ กัน หมายเหตุ ควาร์กแบ่งได้เป็น 6 ชนิดที่แตกต่างกันหรือ flavors คือ อัพ, ดาวน์, ชาร์ม(charm), สเตรงจ์, ท๊อป(top) และบอททอม(bottom)

แบบจำลองมาตรฐานอนุภาคมูลภาค

      สำหรับตอนนี้ HESS J1731-347 ถูกระบุว่าเป็นดาวนิวตรอนก็จริง แต่ก็ไม่ปกติเนื่องจากมันที่ต่ำกว่ามวลดวงอาทิตย์ ตามทฤษฎีบอกว่าดาวนิวตรอนควรจะมีมวลไม่ต่ำกว่า 1.1 เท่ามวลดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นผลให้ประชาคมวิทยาศาสตร์บางส่วนเริ่มสงสัยว่า HESS J17231-347 อาจจะเป็นดาวสเตรงจ์ หรือไม่

     เมื่อดาวฤกษ์มวลสูง(มากกว่า 8 เท่ามวลดวงอาทิตย์) ถึงบั้นปลายชีวิต และพ่ายแพ้ต่อแรงโน้มถ่วง แกนกลางของมันจะยุบตัวลงภายใต้แรงดันที่สูงจนโปรตอนและอิเลคตรอนในอะตอมรวมกันกลายเป็นนิวตรอน บีบอัดจนเป็นทรงกลมขนาดเพียงสิบกว่ากิโลเมตร ดาวนิวตรอนที่เพิ่งเกิดใหม่นี้จะมีความหนาแน่นสูงมากจนมวลสารเพียงหนึ่งช้อนชาอาจจะหนักได้ถึง 4 พันล้านตัน การก่อตัวของแกนกลาง(ดาวนิวตรอน) เหนี่ยวนำให้เกิดคลื่นกระแทกที่ระเบิดดาวออกกลายเป็นซุปเปอร์โนวา เหลือทิ้งไว้แค่แกนกลางที่มีมวลมากกว่ามวลดวงอาทิตย์ Doroshenko กล่าวว่า ดาวนิวตรอนมวล 0.8 เท่าดวงอาทิตย์จึงทำให้คนส่วนใหญ่ในแขนงวิชานี้ตะขิดตะขวงใจ

      โปรตอนและนิวตรอน ประกอบขึ้นด้วยควาร์กอัพและดาวน์เกาะกลุ่มสามเส้าซึ่งเป็นการเรียงตัวมาตรฐานของสสารปกติ อย่างไรก็ตาม ภายใต้สภาวะที่สุดขั้ว จะเหลือแต่พลาสมาที่เป็นควาร์ก-กลูออน(gluon; อนุภาคที่นำแรงนิวเคลียร์แบบแรง และทำหน้าที่เหมือนกาวทำให้โปรตอนและนิวตรอนเกาะกันในนิวเคลียสได้)

นักวิทยาศาสตร์คิดว่าดาวนิวตรอนมีสภาพเป็นชั้นๆ ตามที่แสดงในภาพอธิบายนี้ สถานะของสสารในแกนกลางส่วนในยังคงเป็นปริศนา

     ควาร์กอาจจะปรับเปลี่ยนสถานะไปตามสภาวะสุดขั้วได้ โดยเฉพาะแบบจำลองได้ทำนายการเรียงตัวที่เสถียรจากควาร์กสเตรงจ์ ซึ่งเป็นควาร์กดาวน์ในแบบที่หนักกว่า ตามแบบจำลองบอกว่าเมื่อดาวยุบตัวลง สสารทั้งหมดถูกเปลี่ยนเป็นควาร์กสเตรงจ์  

     เพื่อค้นหาความจริง นักวิจัยใช้ความพยายามครั้งใหม่เพื่อตรวจสอบระยะทาง พวกเขาใช้ข้อมูลจากการสำรวจทำแผนที่ของไกอา(Gaia) พร้อมทั้งข้อมูลใหม่เมื่อพบดาวดวงหนึ่งที่อยู่ภายในซากซุปเปอร์โนวา เพื่อคำนวณระยะทางจากโลกถึงดาวประหลาดนี้ใหม่อีกครั้ง พวกเขาพบว่ามันอยู่ใกล้มากกว่าที่งานวิจัยก่อนหน้านี้ได้บอกไว้ การค้นพบทำให้ต้องคำนวณขนาดและมวลของมันใหม่ โดยพบว่าดาวจะมีรัศมี 10.4 กิโลเมตร และมวลเพียง 0.77 เท่าดวงอาทิตย์ ซึ่งนำไปสู่คำถามว่ามันจะยังคงถูกจำแนกเป็นดาวนิวตรอนต่อไปหรือไม่ นักวิจัยบอกว่าดาวดวงนี้ไม่เพียงน่าพิศวง แต่มันยังอาจจะจำแนกเป็นดาวสเตรงจ์ได้

ดาวนิวตรอนดวงหนึ่งพบได้ในใจกลางซากซุปเปอร์โนวา HESS J1731-347 ดังที่ปรากฏในภาพการเปล่งคลื่นรังสีเอกซ์นี้

      ยังคงต้องการงานวิจัยเพิ่มขึ้นก่อนที่ประชาคมวิทยาศาสตร์อวกาศจะได้ข้อสรุป ถ้าเป็นจรืง HESS J1731-347 ก็น่าจะเป็นดาวสเตรงจ์ดวงแรกที่ยืนยันได้ และทฤษฎีเบื้องหลังการมีอยู่ของมัน ก็จะได้รับการยืนยันด้วย ในทางตรงกันข้าม ถ้าพบว่าไม่ใช่ดาวสเตรงจ์ ก็อาจจะต้องกลับไปทบทวนทฤษฎีเกี่ยวกับดาวนิวตรอนเสียใหม่

  

แหล่งข่าว phys.org : neutron star HESS J1731-347 may be a “strange” star
                iflscience.com : lightest known neutron star ever found might be a “strange” new stellar object
                sciencealert.com : mysterious object may be a “strange star” made out of quarks, scientists say  
                skyandtelescope.com : lightest neutron star ever? Maybe, maybe not