คู่แคระที่เย็นจัด

 

ดาวแคระน้ำตาลเย็นมากพอที่จะมีเมฆ

    นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยนอร์ธเวสเทิร์น และมหาวิทยาลัยคาลิฟอร์เนีย ซานดีเอโก ได้พบระบบคู่ที่เป็นแคระเย็นจัดที่อยู่ใกล้กันมากที่สุดเท่าที่เคยพบมา ดาวทั้งสองอยู่ใกล้กันมากจนใช้เวลาไม่ถึงหนึ่งวันเพื่อโคจรรอบกันและกัน หรือพูดอีกอย่างว่า ปีบนดาวแต่ละดวงยาวนานเพียง 20.5 ชั่วโมงเท่านั้น

      ระบบที่เพิ่งค้นพบใหม่ LP 413-53AB ประกอบด้วยดาวแคระน้ำตาลที่เย็นจัด(ultracool brown dwarfs) คู่หนึ่ง ซึ่งเป็นดาวฤกษ์แท้ง(failed star) มวลต่ำมากๆ ที่เย็นจัดมากจนพวกมันเปล่งแสงในช่วงอินฟราเรดเป็นหลัก ทำให้มองไม่เห็นพวกมัน แต่พวกมันก็เป็นดาวชนิดที่พบได้ทั่วไปที่สุดในเอกภพ ก่อนหน้านี้ นักดาราศาสตร์พบระบบคู่แคระเย็นจัดคาบสั้น 3 ระบบเท่านั้น ทั้งหมดยังมีอายุค่อนข้างน้อย ไม่เกิน 40 ล้านปี แต่ LP 413-53AB มีอายุหลายพันล้านปีแล้ว(ใกล้เคียงกับดวงอาทิตย์ของเรา) แต่มีคาบการโคจรที่สั้นกว่าระบบคู่แคระเย็นจัดอื่นๆ ทั้งหมด อย่างน้อย 3 เท่า

      Chih-Chun “Dino” Hsu นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่นอร์ธเวสเทิร์น ซึ่งนำการศึกษา กล่าวว่า มันน่าตื่นเต้นที่ได้พบระบบที่สุดขั้วอย่างนี้ ในทางทฤษฎีแล้ว เราทราบว่าน่าจะมีระบบลักษณะนี้อยู่ แต่ก็ไม่เคยจำแนกพบระบบแบบนี้ได้มาก่อนเลย Hsu นำเสนองานวิจัยในการประชุมสมาคมดาราศาสตร์อเมริกันครั้งที่ 241 ที่ซีแอตเติล

     Hsu เป็นนักวิจับหลังปริญญาเอกสาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ที่วิทยาลัยศิลปะและวิทยาศาสตร์ไวน์เบิร์ก มหาวิทยาลัยนอร์ธเวสเทิร์น เขาเริ่มการศึกษานี้ในขณะเป็นนักศึกษาปริญญาเอกที่ ยูซี ซานดีเอโก ซึ่งมีศาสตราจารย์ Adam Burgasser เป็นอาจารย์ที่ปรึกษา

ดาวแคระน้ำตาลสองดวงอยู่ห่างจากกันไม่ถึง 1% ระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์ในปัจจุบัน และความใกล้ชิดนี้อาจจะเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป 

     ในตอนแรก ทีมได้พบระบบคู่ประหลาดแห่งนี้ในขณะศึกษาข้อมูลในคลัง Hsu ได้พัฒนาอัลกอริทึมซึ่งสามารถจำลองดาวโดยใช้ข้อมูลสเปคตรัมของมัน ด้วยการวิเคราะห์สเปคตรัมแสงที่เปล่งจากดาว นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์สามารถตรวจสอบองค์ประกอบเคมี, อุณหภูมิ แรงโน้มถ่วงและการโคจรของดาวได้ การวิเคราะห์นี้ยังแสดงการเคลื่อนที่ของดาวเมื่อมันเคลื่อนเข้าหาและออกห่างจากผู้สังเกตการณ์ ที่เรียกว่า ความเร็วแนวสายตา(radial velocity)

     เมื่อตรวจสอบข้อมูลสเปคตรัมของ LP 413-53AB Hsu ก็สังเกตเห็นบางสิ่งที่ประหลาด การสำรวจในช่วงต้นพบระบบเมื่อดาวซ้อนทับอยู่ตามแนวสายตา เส้นสเปคตรัมของพวกมันจึงซ้อนทับกันด้วย ทำให้ Hsu เชื่อว่ามันเป็นดาวเพียงดวงเดียว แต่เมื่อดาวเคลือนที่ไปตามวงโคจร เส้นสเปคตรัมก็เลื่อนไปในทิศทางตรงกันข้าม แยกออกเป็นคู่ในข้อมูลสเปคตรัมช่วงหลัง Hsu จึงตระหนักว่าแท้จริงแล้วเป็นดาวสองดวงที่อยู่ในระบบคู่ที่ประชิดกันอย่างมาก

      ด้วยการใช้กล้องโทรทรรศน์อย่างกล้องเคก Hsu ก็ตัดสินใจสำรวจด้วยตัวเอง ในวันที่ 13 มีนาคม 2022 ทีมก็หันกล้องไปที่กลุ่มดาววัว(Taurus) ในตำแหน่งที่ระบบคู่แห่งนี้อยู่ และสำรวจมันเป็นเวลา 2 ชั่วโมง จากนั้น พวกเขาก็สำรวจติดตามผลเพิ่มเติมในเดือนกรกฎาคม, ตุลาคม และธันวาคม

     เมื่อเราตรวจสอบแบบนี้ ก็ได้เห็นสรรพสิ่งเปลี่ยนแปลงไปในช่วงไม่นาทีที่สำรวจ Burgassser กล่าว ระบบคู่เกือบทั้งหมดที่เราติดตามมีวงโคจรที่มีคาบหลายปี ดังนั้น เราจึงต้องตรวจสอบมันทุกๆ ไม่กี่เดือน จากนั้น หลังจากเวลาผ่านไปสักพัก ก็จะปะติดปะต่อชิ้นส่วนปริศนาได้ แต่กับระบบนี้ เราได้เห็นเส้นสเปคตรัมที่เคลื่อนที่ออกจากกันในเวลาจริง มันน่าทึ่งที่ได้เห็นบางสิ่งเกิดขึ้นในเอกภพในช่วงชีวิตของมนุษย์

      การสำรวจได้ยืนยันสิ่งที่แบบจำลองได้ทำนายไว้ ระยะทางระหว่างดาวทั้งสองอยู่ที่ประมาณ 1% ระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์ Burgasser กล่าวว่า ดาวแคระน้ำตาลเหล่านี้จะเย็นตัวและหดตัวลง นี่น่าสนใจเนื่องจากเมื่อพวกมันยังอายุน้อย บางทีอาจจะสัก 1 ล้านปี ก็น่าจะเคยเกยทับกัน ทีมสงสัยว่าดาวอาจจะขยับเข้าหากันและกันเมื่อพวกมันโคจรไป หรือพวกมันเข้าใกล้กันหลังจากผลักดาวดวงที่สามซึ่งสาบสูญไปแล้วออกไป ยังต้องการการสำรวจเพิ่มเติมเพื่อทดสอบแนวคิดเหล่านี้ 

ขนาดและระยะทางเปรียบเทียบของแคระน้ำตาล 2 ดวงนี้

     Hsu ยังบอกว่าด้วยการศึกษาระบบดาวที่คล้ายๆ กันนี้ นักวิจัยจะสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับดาวเคราะห์ที่อาจจะเอื้ออาศัยได้นอกเหนือจากโลก ดาวแคระเย็นจัดนั้นสลัวกว่าและมืดกว่าดวงอาทิตย์อย่างมาก ดังนั้น พิภพใดๆ ที่มีน้ำของเหลวอยู่บนพื้นผิว ก็น่าจะอยู่ใกล้ดาวฤกษ์มากกว่า อย่างไรก็ตาม สำหรับ LP 413-53AB ระยะทางเขตเอื้ออาศัยได้(habitable zone) บังเอิญเท่ากับวงโคจรของดาว ทำให้เป็นไปไม่ได้ที่จะก่อตัวดาวเคราะห์ที่เอื้ออาศัยได้ในระบบแห่งนี้

     ดาวแคระเย็นจัดเหล่านี้เป็นเพื่อนบ้านของดวงอาทิตย์ Hsu กล่าว เพื่อจำแนกต้นสังกัดที่อาจเอื้ออาศัยได้ ก็จำเป็นที่ต้องเริ่มต้นจากละแวกเพื่อนบ้านของเรา แต่ถ้าระบบคู่ระยะประชิดนั้นพบได้ทั่วไปในบรรดาแคระเย็นจัดแล้ว ก็อาจได้พบพิภพที่เอื้ออาศัยได้เพียงไม่กี่แห่งเท่านั้น

      เพื่อศึกษาลำดับเหตุการณ์นี้อย่างครบถ้วน Hsu, Burgasser และเพื่อนร่วมงานของเขาหวังว่าจะได้พบระบบคู่แคระเย็นจัดเพิ่มเติมเพื่อทำตัวอย่างข้อมูลที่สมบูรณ์ ข้อมูลการสำรวจใหม่น่าจะช่วยเน้นย้ำแบบจำลองทางทฤษฎีการก่อตัวและวิวัฒนาการของระบบดาวคู่ อย่างไรก็ตาม จนบัดนี้ การพบระบบคู่แคระเย็นจัดก็ยังเป็นโอกาสที่หาได้ยาก ระบบเหล่านี้หาได้ยาก Chris Theissen ผู้เขียนร่วมการศึกษา และประธานกลุ่มนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ UCSD กล่าว

      แต่เราไม่ทราบว่าพวกมันพบได้ยากเพราะ พวกมันมีอยู่น้อยจริงๆ หรือเพราะเราแค่ไม่พบมันเท่านั้น นี่จึงยังเป็นคำถามปลายเปิด ขณะนี้ เรามีจุดเริ่มต้นที่จะต่อยอดต่อไปแล้ว ข้อมูลนี้จะอยู่ในคลังข้อมูลไปอีกนาน อัลกอริทึมของดิโน(Hsu) จะช่วยให้เราได้พบระบบคู่ลักษณะนี้ได้มากขึ้น

แหล่งข่าว phys.org : ultracool dwarf binary stars break records
                ilfscience.com : two ultracool failed stars spin around each other in record-breaking time