ดาวแคระขาวที่เริ่มตกผลึกเป็นเพชร

 

     ทีมนักวิทยาศาสตร์อวกาศได้พบดาวแคระขาวดวงหนึ่งที่ดูเหมือนจะอยู่ในช่วงเริ่มต้นที่จะตกผลึกกลายเป็นเพชรเม็ดเขื่องในอวกาศ

     ทีมที่ประกอบด้วย Alexander Venner, Simon Blouin, Antoine Bedard และ Andrew Vanderberg จากมหาวิทยาลัยเซาเธิร์นควีนสแลนด์, มหาวิทยาลัยวิคตอเรีย, มหาวิทยาลัยวอร์วิค และสถาบันคัฟลีเพื่อดาราศาสตร์ฟิสิกส์และการวิจัยอวกาศ รายงานการค้นพบในบทความที่เผยแพร่ใน Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

     งานวิจัยก่อนหน้านี้ได้แสดงว่าเมื่อดาวฤกษ์ดวงหนึ่งเริ่มขาดแคลนเชื้อเพลิง มันจะยุบตัวลง บ่อยครั้งที่ยุบตัวจนกลายเป็นดาวแคระขาว ซึ่งเมื่อเป็นกรณีนี้ มันจะมีความหนาแน่นสูงขึ้น โดยมีแรงต้านทานการยุบตัวจากสิ่งที่เรียกว่า แรงดันอิเลคตรอนเสื่อมถอย(electron degeneracy pressure) และถ้าดาวฤกษ์ดังกล่าวเป็นออกซิเจนและคาร์บอนเกือบล้วนๆ แกนกลางของมันก็น่าจะกลายเป็นเพชรเม็ดมหึมา แน่นอนว่าดาวดังกล่าวจะต้องค่อนข้างมืด และยังคงสว่างได้จากความร้อนที่เหลืออยู่ เมื่อเวลาผ่านไป ดาวแคระขาวจะเย็นตัวลงและคาดว่าจะพัฒนากลายเป็นบางสิ่งที่เรียกว่า ดาวแคระดำ(black dwarf stars) เมื่อสูญเสียความร้อนทั้งหมดไปและกลายเป็นก้อนผลึกคาร์บอนที่เย็นเยือก(เพชร)   

ภาพกราฟฟิคแสดงเส้นทางวิวัฒนาการของดาว โดยแบ่งเป็นดาวฤกษ์มวลต่ำและมวลใกล้เคียงกับดวงอาทิตย์ และดาวฤกษ์มวลสูง

     อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ไม่เชื่อว่าจะมีดาวใดๆ ที่ตกผลึกเต็มที่จนกลายเป็นเพชรทั้งหมด เนื่องจากการคำนวณทางคณิตศาสตร์บอกว่าดาวน่าจะใช้เวลาในระดับถึง 1 พันล้านล้านปี(quadrillion) ในขณะที่เอกภพเพิ่งมีอายุเพียง 13.8 พันล้านปีเท่านั้น ดาวเหล่านั้นจึงน่าจะยังอยู่แค่ช่วงที่แกนกลางเริ่มต้นการแปรสภาพ ในความพยายามใหม่ นักวิจัยเชื่อว่าพวกเขาอาจจะได้พบดาวที่อยู่ในช่วงเริ่มเปลี่ยนแปลงดังกล่าวแล้ว

      ดาวแคระขาวดวงนี้ซึ่งอยู่ห่างออกไปราว 104 ปีแสง ประกอบด้วยออกซิเจนโลหะเกือบทั้งหมด และเป็นส่วนหนึ่งในระบบจตุดารา HD 190412 นักวิจัยบอกว่าดาวแคระขาวดวงนี้ซึ่งมีชื่อว่า HD 190412C ดูคล้ายกับซิริอุส(Sirius) อยู่ไม่น้อย เมื่อมันอยู่ร่วมกับดาวข้างเคียงที่ยังเป็นวิถีหลัก(main-sequence stars) อีกสามดวง จึงสามารถระบุอายุดาวแคระขาวได้อย่างชัดเจน

     งานของทีมมุ่งเป้าไปที่การตรวจสอบความล่าช้าในการเย็นตัวลงในดาวแคระขาวอันเนื่องจากกระบวนการตกผลึก ในระหว่างการตกผลึก(เย็นตัวลง) อะตอมคาร์บอนและออกซิเจนภายในดาวแคระขาวจะหยุดเคลื่อนที่ไปรอบๆ อย่างเป็นอิสระ และเริ่มก่อพันธะ เรียงตัวเป็นโครงผลึก จะมีการปล่อยพลังงานออกมาในกระบวนการนี้ซึ่งกระจายออกมาในรูปของความร้อน ความร้อนนี้จะทำให้การเย็นตัวของดาวแคระขาวช้าลง ด้วยอัตราที่ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของมัน ซึ่งก็จะส่งผลต่อความสว่างของดาวและสีของมันด้วย โดยมันจะปรากฏเหมือนอายุน้อยกว่าที่ควรจะเป็น

แบบจำลองการเย็นตัวของดาวแคระขาวที่มีมวล 0.82 เท่ามวลดวงอาทิตย์ ช่องบนแสดงสัดส่วน C/O ในแกนกลางซึ่งเป็นผลึกตามเวลาที่เย็นตัวลง และช่องล่างแสดงวิวัฒนาการของอุณหภูมิ รูปดาวระบุอุณหภูมิปัจจุบันของ HD 190412C ประเมินอายุเย็นตัวที่ 3.9± 0.2 พันล้านปี และสัดส่วนการตกผลึกในแกนกลางดาวแคระขาวดวงนี้อยู่ที่ 65%

     ซึ่งเป็นสิ่งที่นักวิจัยใช้ศึกษา ด้วยการระบุคุณสมบัติเหล่านั้นและคำนวณระยะทางอย่างแม่นยำโดยปฏิบัติการไกอา จากการใช้คุณสมบัติของระบบพหุดารา HD 190412 ทีมก็สามารถคำนวณว่าดาวมีอายุเท่าใด กำลังสูญเสียความร้อนไปมากแค่ไหนแล้ว ซึ่งก็แสดงว่ามันอยู่ในเส้นทางที่ใกล้จะกลายเป็นเพชรแค่ไหนแล้ว อายุของระบบนี้อยู่ที่ราว 7.3 พันล้านปี อุณหภูมิของดาวแคระขาวอยู่ที่ 6300 องศาเซลเซียส และจากองค์ประกอบของดาวอื่นๆ ในระบบพหุดาราก็ตรวจสอบได้ว่าแกนกลางของดาวแคระขาวมีโลหะอยู่มากแค่ไหน ซึ่งจะช่วยให้คำนวณอายุที่ราว 4.2 พันล้านปี ช่วงห่าง 3.1 พันล้านปี ได้บอกว่าการตกผลึกชะลออัตราการเย็นตัวลงของดาวแคระขาวไปราว 1 พันล้านปี

     แต่ก็ยังไม่แน่ว่าดาวแคระขาวตกผลึกกลายเป็นเพชรจริงหรือไม่ แต่ความหนาแน่นของดาวแคระขาวก็สูงกว่า 1 ล้านกิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ในขณะที่ความหนาแน่นของเพชรอยุ่ที่ราว 3500 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ทีมวิจัยบอกว่าการค้นพบระบบ HD 190412 ได้เปิดเส้นทางใหม่สู่ความเข้าใจดาวแคระขาวที่กำลังตกผลึก

แหล่งข่าว phys.org : a white dwarf’s journey to crystallizing into a celestial diamond
                sciencealert.com : white dwarf star enters its crystallization era, turning into a “cosmic diamond”
                space.com : this collapsed star is turning into an gigantic diamond before our eyes