fastest runaway stars

 

ภาพจากศิลปินแสดงซุปเปอร์โนวาเหตุการณ์หนึ่งซึ่งผลักดาวแคระขาวดวงหนึ่งออกมา

     การค้นพบดาวที่วิ่งหนี(runaway star) เพิ่มอีกหกดวงในทางช้างเผือก ได้พบดาววิ่งหนีที่เคลื่อนที่เร็วที่สุดเท่าที่เคยพบมาด้วย ในความเป็นจริง มีสองดวงในนี้ที่มีความเร็วจนเป็นสถิติ โดยมีความเร็วแนวสายตาเทียบกับดวงอาทิตย์(heliocentric radial velocity) เร็วกว่าดาววิ่งหนีใดๆ ที่เคยพบมา

     ดาว J1235 มีความเร็วที่ 1694 กิโลเมตรต่อวินาที ส่วน J0927 กลับเร็วถึง 2285 กิโลเมตรต่อวินาที แต่วัตถุที่เพิ่งค้นพบใหม่อีก 4 ดวงก็ยังเป็นดาวที่มีความเร็วสูงผิดปกติ(hypervelocity stars) ซึ่งเป็นดาวที่เดินทางด้วยความเร็วมากกว่าความเร็วหลุดพ้น(escape velocity) ของทางช้างเผือก

     และตามที่ทีมที่นำโดย Kareem El-Badry นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่ศูนย์ฮาวาร์ดสมิธโซเนียนเพื่อดาราศาสตร์ฟิสิกส์ บอกว่า ทั้งสี่ดวงน่าจะเป็นผลจากการระเบิดซุปเปอร์โนวาชนิดหนึ่งเอ ซึ่งเป็นการระเบิดที่เป็นเทียนมาตรฐาน(standard candles) ที่เราใช้ตรวจสอบเอกภพ นักวิจัยบอกว่า ดาวเหล่านี้ช่วยในการคำนวณอัตราที่ดาวความเร็วสูงผิดปกติเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นเสียใหม่ และพบว่าสอดคล้องกับอัตราการเกิดซุปเปอร์โนวาหนึ่งเอที่เคยประเมินไว้ การค้นพบเผยแพร่ในรายงานในOpen Journal of Astrophysics และออนไลน์ใน arXiv ประชากรดาววิ่งหนีมวลต่ำที่สลัวกว่ายังรอคอยการค้นพบอีกมากมาย นักวิจัยเขียนไว้

พัลซาร์ J0002 วิ่งหนีออกจากซุปเปอร์โนวาเหตุการณ์หนึ่งด้วยความเร็ว 1130 กิโลเมตรต่อวินาที

     ทุกๆ ครั้งที่ดาวฤกษ์ระเบิด แรงจากการทำลายตัวเองอาจผลักสิ่งใดก็ตามที่หลงเหลืออยู่ออกสู่อวกาศด้วยความเร็วสูง คิดกันว่าดาวความเร็วสูงผิดปกติเป็นผลิตผลจากซุปเปอร์โนวาชนิดที่จำเพาะ ซึ่งทำให้ดาวถูกผลักด้วยแรงที่รุนแรงกว่าที่ควร เป็นสิ่งที่เรียกว่าซุปเปอร์โนวาดีซิกซ์(D6; dynamically driven double-degenerate double-detonation) ซึ่งมีลำดับเหตุการณ์เริ่มต้นเมื่อมีดาวแคระขาวคู่หนึ่งในระบบดาวคู่ พวกมันเป็นซากแกนกลางของดาวฤกษ์มวลต่ำไม่เกิน 8 เท่ามวลดวงอาทิตย์ ซึ่งปราศจากวัตถุดิบในการหลอมนิวเคลียสแล้ว จึงผลักมวลเกือบทั้งหมดของพวกมันออกมา และแกนกลางยุบตัวหนาแน่นและสว่างด้วยความร้อนที่เหลืออยู่ วัตถุนี้เป็นที่รู้จักว่า ดาวเสื่อมถอย(degenerate stars)

     ดาวแคระขาวก็มีขีดจำกัดมวลซึ่งเรียกกันว่า ขีดจำกัดจันทรเสกขา(Chandrasekhar limit) ที่ราว 1.4 เท่ามวลดวงอาทิตย์ ถ้ามีมวลสูงกว่าขีดจำกัดนี้ ดาวจะเริ่มไร้เสถียรภาพระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวาหนึ่งเอ และเพื่อมีมวลใกล้เคียงกับมวลวิกฤติ ดาวแคระขาวจะต้องอยู่ในระบบดาวคู่กับดาวอีกดวงอย่างใกล้ชิดกันมากพอที่แรงโน้มถ่วงของดาวแคระขาวจะเริ่มดึงวัสดุสารออกจากดาวข้างเคียง สะสมมวลเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป สิ่งที่เกิดขึ้นต่อไปก็ขึ้นอยู่กับชนิดของดาวข้างเคียง

      ถ้าดาวแคระขาวดึงวัสดุสารที่เป็นไฮโดรเจนออกมา ก็จะสร้างโนวาคลาสสิค(classical nova) เป็นการระเบิดปฏิกิริยานิวเคลียร์บนพื้นผิวเฉพาะส่วนเ อย่างไรก็ตาม ถ้าดาวข้างเคียงเป็นดาวแคระขาวที่มีชั้นฮีเลียมบนพื้นผิวหนาพอสมควร ดาวตัวต้นเรื่องก็จะดึงฮีเลียมออกมาแทน นี่ทำให้เกิดชั้นฮีเลียมบนพื้นผิวดาวต้นเหตุมากขึ้นเรื่อยๆ จนเมื่อมีความดันและความร้อนสูงมากพอ ก็จะเริ่มหลอมฮีเลียมเป็นคาร์บอนอย่างรวดเร็ว นี่เองที่ทำให้เกิดการระเบิดเทอร์โมนิวเคลียร์ คล้ายกับสิ่งที่เกิดกับไฮโดรเจนในกรณีโนวาคลาสสิค

     แต่การหลอมฮีเลียมบนพื้นผิวจะมีผลอีกอย่างคือ คลื่นกระแทกของมันจะเหนี่ยวนำให้เกิดการระเบิดทำลายล้างระลอกที่สองในแกนกลางของดาวแคระขาว สร้างซุปเปอร์โนวาขึ้นมา จึงกลายเป็น double-degenerate double-detonation และคิดว่าจะส่งดาวข้างเคียง(ที่ไม่ใช่ดวงที่เกิดระเบิดซ้อน) วิ่งออกมาเร็วมาก เกิน 1000 กิโลเมตรต่อวินาที(เทียบกับความเร็วหลุดพ้นทางช้างเผือกที่ 550 กิโลเมตรต่อวินาที) ดาวความเร็วสูงผิดปกติเหล่านี้จึงออกไปในอวกาศอย่างแน่นอน

G299 เป็นซากจากสิ่งที่นักดาราศาสตร์คิดว่าเป็นซุปเปอร์โนวาชนิดหนึ่งเอ ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อ 4500 ปีก่อน

      แต่เราไม่ทราบว่ามีพวกมันอยู่มากน้อยแค่ไหนข้างนอกนั้น หรือเกิดซุปเปอร์โนวาหนึ่งเอที่สร้างดาวเหล่านี้ได้บ่อยแค่ไหน ดังนั้น El-Badry และเพื่อนร่วมงานจึงขุดค้นข้อมูลจากการสำรวจของดาวเทียมไกอา ซึ่งเป็นปฏิบัติการที่ทำแผนที่ทางช้างเผือกด้วยความแม่นยำมากที่สุดเท่าที่เคยทำมา รวมถึงตรวจสอบความเร็วเฉพาะ(proper motion) ของดาวเมื่อดาววิ่งไปรอบทางช้างเผือกด้วย

      พวกเขาพบดาวความเร็วสูงผิดปกติ 4 ดวงที่ไม่เคยพบมาก่อนซึ่งมีกำเนิดแบบดีซิกซ์ แม้อาจจะดูไม่มากแต่เมื่อรวมกับที่จำแนกก่อนหน้านี้ 10 ดวงที่มีกำเนิดจากการผลักของซุปเปอร์โนวา ก็ทำให้มีการคำนวณจำนวนของวัตถุเหล่านี้ได้แม่นยำมากขึ้น ในความเป็นจริงแล้ว กาแลคซีของเราควรจะมีดาวความเร็วสูงจำนวนหนึ่งที่มาจากกาแลคซีแห่งอื่นด้วย มีซุปเปอร์โนวาหนึ่งเอที่สร้างดาวดีซิกซ์ในสัดส่วนพอสมควร กาแลคซีน่าจะยิงดีซิกซ์ออกสู่ห้วงอวกาศระหว่างกาแลคซีมากกว่า 10 ล้านดวง นักวิจัยเขียนไว้

     สิ่งที่น่าสนใจก็คือ น่าจะมีดาวดีซิกซ์สลัวอีกจำนวนมากที่ถูกยิงออกจากกาแลคซีทั้งผองที่อยู่ในละแวกท้องถิ่นของเรา วิ่งผ่านเข้ามาในระบบสุริยะ

     จริงๆ แล้วในทางช้างเผือกยังมีดาวที่มีความเร็วสูงกว่านี้อีก แต่บริบทของพวกมันกลับแตกต่างออกไป ดาวที่โคจรรอบหลุมดำในใจกลางทางช้างเผือก อาจมีความเร็วสูงจนไม่น่าเชื่อ ดวงที่มีความเร็วสูงที่สุดถึง 24,000 กิโลเมตรต่อวินาทีเมื่อมันเหวี่ยงตัวเข้าใกล้หลุมดำในวงโคจรที่ยาวรี อย่างไรก็ตาม พวกมันยังยึดเกาะในวงโคจร และไม่ได้วิ่งจนหลุดออกจากทางช้างเผือกในอนาคตอันใกล้นี้ ยกเว้นแต่จะมีปฏิสัมพันธ์ไตรภาคี(three-body interaction) เกิดขึ้นและดีดมันออกมา

     ก่อนหน้านี้ ดาววิ่งหนีที่มีความเร็วสูงที่สุดเท่าที่เคยพบเป็นดาวแคระดีซิกซ์ในระบบคู่ โดยมีความเร็วราว 2200 กิโลเมตรต่อวินาที ความเร็วแนวสายตาเทียบกับดวงอาทิตย์อยู่ที่ 1200 กิโลเมตรต่อวินาที ซึ่งเป็นความเร็วที่เราได้เห็นมัน แต่สำหรับ J0927 และ J1235 นักวิจัยคำนวณว่า ความเร็วโดยรวมจะอยู่ที่ 2753 และ 2670 กิโลเมตรต่อวินาที ตามลำดับ

      อาจมีดาวอีกมากมายที่มีความเร็วมากกว่านั้น แต่ดูเหมือนเราจะพบได้แค่ดาวกลุ่มที่สว่างที่สุดเท่านั้น ซึ่งบอกว่าเรายังหาไม่เจออีกมากมาย การค้นพบใหม่ได้ให้ข้อมูลจำนวนมากในการระบุว่าจะหาพวกมันได้ที่ไหนและอย่างไร ขณะนี้น่าจะมีประชากรดาวความเร็วสูงผิดปกติจำนวนพอสมควรที่มีความเกี่ยวข้องกับซุปเปอร์โนวาเทอร์โมนิวเคลียร์ นักวิจัยเขียนไว้ การจำลองประชากรกลุ่มนี้สุดท้ายจะช่วยบอกถึงอัตราการสร้างดาววิ่งหนีจากเทอร์โมนิวเคลียร์และสัดส่วนของซุปเปอร์โนวาหนึ่งเอ ที่ก่อตัวผ่านช่องทางสสารเสื่อมถอยสองสถาน

     การประเมินอัตราการเกิดดาวดีซิกซ์ของเรานั้นสอดคล้องกับลำดับเหตุการณ์ที่หนึ่งเอสร้างดาวแคระขาววิ่งหนีความเร็วสูงผิดปกติเหล่านี้เกือบทั้งหมด แต่ประชากรกลุ่มที่สำรวจพบก็เต็มไปด้วยพวกนักวิ่งหนีที่มีมวลสูงสุดและสว่างที่สุดเท่านั้น ยังต้องการแบบจำลองวิวัฒนาการดาวดีซิกซ์เพื่อประเมินอัตราการสร้างให้ดีขึ้น

แหล่งข่าว sciencealert.com : scientists detect fastest runaway star ever seen in the Milky Way
                iflscience.com : fastest runaway star in Milky Way discovered moving at 2285 km/s