มวลแรกเกิดของดาวนิวตรอนทั่วไป
เป็นครั้งแรกที่ทีมนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์นานาชาติจากจีนและออสเตรเลียได้ตรวจสอบว่าดาวนิวตรอนมีขนาดใหญ่แค่ไหนเมื่อพวกมันก่อตัวขึ้นในทีแรก
ดาวนิวตรอน(neutron star) เป็นซากที่หนาทึบของดาวฤกษ์มวลสูงซึ่งมีมวลมากกว่า 8 เท่าดวงอาทิตย์ ก่อตัวขึ้นในช่วงสิ้นสุดชีวิตเมื่อดาวระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวา วัตถุที่หนาแน่นสูงมากเหล่านี้มีมวลอยู่ระหว่าง 1 ถึง 2 เท่ามวลดวงอาทิตย์ บีบอัดเป็นลูกบอลขนาดเพียงสิบกิโลเมตรเท่านั้น
โดยปกติ เรามักจะตรวจมวลดาวนิวตรอนได้เฉพาะเมื่อมันอยู่ในระบบดาวคู่กับวัตถุอื่น เช่น ดาวแคระขาว หรือดาวนิวตรอนอีกดวง อย่างไรก็ตาม ในระบบเหล่านี้ ดาวนิวตรอนที่เพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่มักจะได้มวลเพิ่มจากดาวข้างเคียงผ่านกระบวนการที่เรียกว่า การสะสมมวล(accretion) ทำให้ยากที่จะตรวจสอบมวลเมื่อแรกเกิด
ภาพอธิบายการก่อตัวของดาวนิวตรอน เมื่อแรงดันจากนิวเคลียร์ฟิวชั่นในใจกลางดาวมวลสูงหายไป ดาวจึงยุบตัวลง แกนกลางหดตัวตามจนอะตอมแตกออก โปรตอนและอิเลคตรอนรวมตัวกลายเป็นนิวตรอน ซึ่งจะสร้างแรงดัน ต้านทานการยุบตัว เปลือกก๊าซส่วนนอกที่ยุบตามหลังมา ชนและกระดอนออกจากซากแกนกลาง ระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวา ในขณะที่แกนกลางเป็นก้อนของนิวตรอนเกือบล้วนๆ ซึ่งก็คือดาวนิวตรอน ภาพปก ดาวนิวตรอนที่เพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่
งานวิจัยใหม่ที่เผยแพร่ใน Nature Astronomy วิเคราะห์ตัวอย่างดาวนิวตรอน 90 ดวงในระบบคู่โดยมีการตรวจสอบมวลอย่างเที่ยงตรงเพื่อตรวจสอบการกระจายมวลแรกเกิด(birth mass function; BMF) ของดาวนิวตรอน ซึ่งอธิบายว่าดาวนิวตรอนี่เกิดขึ้นใหม่จากการระเบิดซุปเปอร์โนวาจะมีมวลกระจายอย่างไร ซึ่งก็เช่นเดียวกับสรรพสิ่งในธรรมชาติ สัดส่วนเหล่านี้ขึ้นอยู่กับสิ่งอื่นๆ มากมาย
BMF ของดาวนิวตรอนแฝงข้อมูลมากมายเกี่ยวกับการระเบิดซุปเปอร์โนวา, วิวัฒนาการระบบดาวคู่ และคุณสมบัติของสสารภายใต้สภาวะที่สุดขั้ว ผู้เขียนอธิบายไว้ในรายงาน จนถึงตอนนี้ก็ยังไม่เป็นที่เข้าใจมากนักจากการสำรวจ การสำรวจมวลดาวนิวตรอนก่อนหน้านี้พัฒนาขึ้นจากการระบุมวลของพวกมันอย่างกว้างๆ ซึ่งส่วนหนึ่งมาจากข้อมูลการสำรวจซึ่งมีอย่างจำกัด
ผู้เขียนเขียนไว้ในรายงานว่า เป็นเวลานานมากที่มวลดาวนิวตรอนทั้งหมดที่สำรวจได้อยู่ในช่วงแคบๆ สอดคล้องกับการกระจายแบบเกาส์(Gaussian distribution) ซึ่งมีค่าเฉลี่ยที่ 1.35 เท่ามวลดวงอาทิตย์ และความคลาดเคลื่อน 0.04 เท่ามวลดวงอาทิตย์
การกระจายแบบเกาส์ได้สร้างกราฟรูประฆังคว่ำเมื่อทำกราฟและจุดที่สูงที่สุดก็เป็นค่าเฉลี่ย ในหนังสือเรียนและในการศึกษา มักใช้มวลเฉลี่ยอยู่ที่ 1.4 เท่ามวลดวงอาทิตย์ แต่เมื่อเวลาผ่านไป ตัวเลขนี้ก็ดูน่าเชื่อถือน้อยลง โดยเฉพาะเมื่อนักวิจัยได้พบดาวนิวตรอนที่มีมวลสูงกว่า 2 เท่ามวลดวงอาทิตย์
Gaussian distribution
ในงานวิจัยนี้ นักวิจัยตรวจสอบดาวนิวตรอนที่ประเมินมวลเป็นอย่างดีจากการสำรวจพัลซาร์คลื่นวิทยุ, คลื่นความโน้มถ่วง และระบบคู่รังสีเอกซ์ โดยจัดการกับมวลที่เพิ่มขึ้นมาตั้งแต่ที่ดาวนิวตรอนแต่ละดวงจะได้ในแบบความน่าจะเป็น ทีมพบว่าโดยทั่วไปดาวนิวตรอนแรกเกิดจะมีการกระจายมวลแบบฐานนิยมเดียว(unimodal distribution) ซึ่งราบเรียบจนเริ่มขยับที่ 1.1 เท่าจากนั้นก็ขึ้นสูงสุดที่ 1.27 เท่ามวลดวงอาทิตย์ ก่อนที่จะลดฮวบชันตามกฏกำลัง บอกว่าพวกที่หนักกว่านี้จะก่อตัวได้ยากกว่า
ความพยายามของเราช่วยให้สุดท้ายเราได้เข้าใจมวลของดาวนิวตรอนเมื่อแรกเกิด ซึ่งเป็นคำถามที่มีมานานในทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ Prof. Xingjiang Zhu อดีตนักวิจัยจาก OzGrav และขณะนี้เป็นศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยทั่วไปเป่ยจิง ในจีน กล่าว การค้นพบนี้มีความสำคัญต่อการแปลผลการสำรวจใหม่ของมวลดาวนิวตรอนจากการสำรวจคลื่นความโน้มถ่วง
ทีมใช้ Bilby แพคเกจซอฟท์แวร์ที่นักวิจะย OzGrav พัฒนาขึ้นเพื่อจำลองการกระจายมวลของดาวนิวตรอน ผู้เขียนร่วมที่เป็นชาวออสเตรเลียในการศึกษานี้ เป็นสมาชิกของ Australia Research Council(ARC) Centre of Excellence for Gravitational-wave Discovey(OzGrav)
แบบจำลองใหม่ยังบอกถึงความเชื่อมโยงระหว่าง BMF ดาวนิวตรอนกับ IMF(initial mass function) ของดาวฤกษ์มวลสูง รูปร่างตามกฎกำลังอาจจะสืบทอดมาจาก IMF ของดาวนิวตรอน แต่การขาดแคลนดาวนิวตรอนมวลสูงบอกเป็นนัยว่าดาวฤกษ์ที่มี IMF สูงกว่า 18 เท่ามวลดวงอาทิตย์จะไม่ก่อตัวดาวนิวตรอน ซึ่งสอดคล้องกับการขาดแคลนดาวต้นกำเนิดซุปเปอร์โนวาที่เป็นซุปเปอร์ยักษ์แดงขนาดใหญ่ ผู้เขียนเขียนไว้
การเข้าใจมวลแรกกำเนิดของดาวนิวตรอนเป็นกุญแจสำคัญในการไขปริศนาความเป็นมาของการก่อตัว Dr. Simon Stevenson นักวิจัย OzGrav ที่มหาวิทยาลัยสวินเบิร์น และผู้เขียนร่วมการศึกษา กล่าวว่า งานนี้ให้พื้นฐานสำคัญในการแปรการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงจากการควบรวมของดาวนิวตรอน
แหล่งข่าว phys.org : how heavy are neutron stars at birth? We now know the answer
universetoday.com : we finally know the mass of brand new neutron stars
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
