หลายพันล้านปีนับจากนี้เมื่อดวงอาทิตย์ตกอยู่ในความตายครั้งสุดท้าย (นั่นคือหลังจากที่โลกระเหยไปหมดแล้ว) ฮีเลียมแกนกลางของมันจะพังทลายลงบนตัวมันเองบีบตัวลงในลูกบอลอัดก๊าซที่เรียกว่าดาวแคระขาว .
แต่ในขณะที่หลุมฝังศพของดาวฤกษ์เหล่านี้เล็งเห็นภูมิกาแล็คซี่ของเราการตกแต่งภายในของพวกเขายังคงเป็นปริศนาในวิชาฟิสิกส์ - ซึ่งไม่น่าแปลกใจเลยว่ามันแปลกแค่ไหน
เมื่อเร็ว ๆ นี้นักวิจัยคู่หนึ่งได้สร้างแบบจำลองที่ซับซ้อนเพื่อ "มอง" ภายในของดาวแคระขาว และคาดเดาอะไร ลูกกตัญญูจักรวาลเหล่านี้สามารถทำให้ทรัฟเฟิลโลกน่าละอายเพราะดูเหมือนว่ามันจะมีจุดศูนย์กลางครีมที่เต็มไปด้วยของเหลวควอนตัมแปลกใหม่
ดาวที่ครั้งหนึ่งเคยภาคภูมิใจ
ดาวอย่างดวงอาทิตย์ของเราได้รับพลังงานจากการหลอมไฮโดรเจนให้เป็นฮีเลียมลึกเข้าไปในแกนกลางของมัน พลังงานนี้ไม่สามารถคงอยู่ตลอดไปได้ในที่สุดไฮโดรเจนก็หมดและปาร์ตี้หยุดลง แต่ใกล้ถึงจุดจบของชีวิตดวงดาวสามารถเปิดไฟอีกครั้งโดยการเผาฮีเลียมทิ้งแกนคาร์บอนและออกซิเจนที่เฉื่อยไว้เบื้องหลัง
แต่ดาวขนาดเล็กอย่างดวงอาทิตย์ของเราไม่มีอุ้มความโน้มถ่วงเพียงพอที่จะหลอมคาร์บอนและออกซิเจนให้เป็นองค์ประกอบที่หนักกว่าเช่นแมกนีเซียมหรือเหล็กดังนั้นพวกมันจึงตายหันตัวเองออกไปข้างนอกและปลดปล่อยบรรยากาศของพวกมันให้สวยงาม (หรือเต็มไปด้วยเลือด มุมมอง) เนบิวลาดาวเคราะห์
แกนกลางของคาร์บอนและออกซิเจนนั้นยังคงหลงเหลืออยู่เศษเสี้ยวที่สำคัญของมวลดาวฤกษ์ถูกขังอยู่ในแกนกลางไม่ใหญ่กว่าโลก เมื่อนักดาราศาสตร์ค้นพบวัตถุแปลกประหลาดเหล่านี้เป็นที่รู้จักในฐานะดาวแคระขาวพวกมันคิดว่ามันเป็นไปไม่ได้ด้วยการคำนวณความหนาแน่นที่พุ่งสูงขึ้นกว่าหนึ่งพันล้านเท่าของอากาศที่เราหายใจ บางสิ่งมีความหนาแน่นสูงเช่นนี้และไม่เพียงยุบภายใต้น้ำหนักที่แย่ของมันเองได้อย่างไร
แต่ดาวแคระขาวนั้นเป็นไปไม่ได้และความเข้าใจในเชิงทฤษฎีในต้นศตวรรษที่ 20 ได้แก้ไขความลึกลับของวิธีการที่ดาวแคระขาวสามารถดำรงอยู่ได้ คำตอบมาในรูปแบบของกลศาสตร์ควอนตัมและการตระหนักว่าที่ความหนาแน่นสูงธรรมชาติคือการทำให้เรียบง่ายแปลกมาก ในกรณีของดาวแคระขาวสามารถบรรจุอิเล็กตรอนได้จำนวนหนึ่งเท่านั้น เนื่องจากอิเล็กตรอนที่หมุนวนเหล่านี้ผลักกันซึ่งกันและกันพวกมันสร้างแรงกดดันมากพอที่จะรักษาดาวฤกษ์ที่ตายตัวขึ้นมาได้แม้ว่าจะมีแรงโน้มถ่วงเกือบเข้าครอบงำก็ตาม
และซากศพดาวฤกษ์สามารถดำรงอยู่ได้หลายล้านล้านปี
ศูนย์กลางครีมที่เต็มไปด้วย
ในขณะที่การคำนวณต้นเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าดาวแคระขาวสามารถดำรงอยู่ในเอกภพของเราได้อย่างไรนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์รู้ว่าคำอธิบายง่ายๆจะไม่จับสิ่งที่เกิดขึ้นในแกนกลางที่แปลกใหม่อย่างสมบูรณ์ ท้ายที่สุดนี่คือสถานะของสสารที่ไม่สามารถเข้าถึงห้องทดลองและการทดลองบนโลกนี้ได้อย่างสมบูรณ์ - ใครจะรู้ว่าเกมแปลก ๆ ที่ธรรมชาติอาจเข้ามาถึงได้
นักฟิสิกส์และนักดาราศาสตร์ต่างสงสัยกันว่าการตกแต่งภายในของดาวแคระขาวมานานหลายสิบปีแล้วและในรายงานล่าสุดที่ปรากฏในวารสาร preprint arXiv นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีของรัสเซียได้เสนอรูปแบบใหม่ของแกนลึกในดาวแคระขาวรายละเอียด แบบจำลองของพวกเขาสร้างและเบี่ยงเบนจากงานก่อนหน้านี้และผู้สังเกตการณ์สามารถบอกได้อย่างไรว่าแบบจำลองใหม่ของพวกเขานั้นถูกต้องหรือไม่
ในแบบจำลองใหม่นี้นักวิทยาศาสตร์ได้จำลองแกนของดาวแคระขาวซึ่งประกอบไปด้วยนิวเคลียสที่มีประจุหนักเพียงชนิดเดียว (นี่ไม่ถูกต้องทั้งหมดเนื่องจากดาวแคระขาวนั้นมีองค์ประกอบหลายอย่างเช่นคาร์บอนและออกซิเจน แต่มันเป็น ดีพอที่จุดเริ่มต้น) ด้วยอนุภาคเหล่านี้แช่อยู่ในซุปอิเล็กตรอนหนา ๆ
การตั้งค่านี้ถือว่าดาวแคระขาวอบอุ่นมากพอที่จะมีการตกแต่งภายในที่เป็นของเหลวซึ่งเป็นข้อสันนิษฐานที่สมเหตุสมผลเนื่องจากเมื่อพวกเขาเกิด (หรือเมื่อในที่สุดพวกเขาก็ถูกเปิดเผยหลังจากการเสียชีวิตของดาวฤกษ์แม่) พวกมันมีอุณหภูมิที่ดี เกินกว่าหนึ่งล้านเคลวิน
ชั้นนอกสุดของดาวแคระขาวสัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่เย็นจัดของสุญญากาศบริสุทธิ์ทำให้ไฮโดรเจนสามารถตกลงบนพื้นผิวทำให้พวกมันมีบรรยากาศที่บางเบา และในช่วงเวลาที่รุนแรงดาวแคระขาวก็เย็นลงในที่สุดก็กลายเป็นผลึกยักษ์ แต่มันก็อยู่ไกลพอสำหรับส่วนใหญ่ดาวแคระขาวจะเต็มไปด้วยของเหลวควอนตัมที่แปลกใหม่ของคาร์บอนและออกซิเจนดังนั้นแบบจำลองที่ใช้ในการศึกษานี้คือ ค่อนข้างแม่นยำสำหรับช่วงชีวิตของดาวแคระขาว
พื้นผิวลายเซ็น
เนื่องจากความกล้าของดาวแคระขาวเป็นหนึ่งในสภาพแวดล้อมที่ผิดปกติมากที่สุดในจักรวาลการศึกษาพวกมันจึงสามารถเปิดเผยคุณสมบัติเชิงลึกของกลศาสตร์ควอนตัมในสภาวะสุดขั้ว แต่เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถคาดหวังที่จะผูกเชือกกับดาวแคระขาวที่อยู่ใกล้เคียงเพื่อนำมันมาเป็นส่วนหนึ่งของชีวิตเราจะดูได้อย่างไรภายใต้ประทุน?
นักวิจัยของรุ่นใหม่แสดงให้เห็นว่าแสงที่ดาวแคระขาวให้ความร้อนนั้นแตกต่างกันอย่างไร ดาวแคระขาวไม่สร้างความร้อนด้วยตนเอง อุณหภูมิที่สูงมากของพวกเขาเป็นผลมาจากแรงกดดันแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงที่สุดที่พวกเขาเผชิญเมื่ออยู่ในดาว แต่เมื่อดาวฤกษ์แม่ของพวกมันระเบิดออกไปและพวกเขาก็สัมผัสกับอวกาศพวกมันเปล่งประกายอย่างแรงในช่วงสองสามพันปีแรกหลังจากการเปิดเผยครั้งใหญ่พวกเขาร้อนมากจนพวกมันเปล่งรังสีเอกซ์ออกมา
แต่พวกเขาก็เย็นลงเรื่อย ๆ อย่างช้าๆปล่อยความร้อนออกมาจากการแผ่รังสีออกสู่อวกาศ และเราได้เฝ้าดูดาวแคระขาวนานพอที่จะเห็นพวกมันเย็นลงตลอดหลายปีและหลายสิบปี ความเร็วในการระบายความร้อนของพวกเขาจะขึ้นอยู่กับความร้อนที่ติดอยู่สามารถหนีออกมาได้อย่างมีประสิทธิภาพซึ่งขึ้นอยู่กับลักษณะของความกล้า
คุณลักษณะอีกอย่างที่นักวิจัยแสดงให้เห็นว่าสามารถใช้ในการสำรวจภายในดาวแคระขาวก็คือการส่ายไปมาเล็กน้อย วิธีการวัดคลื่นไหวสะเทือนแบบเดียวกับที่ใช้ในการศึกษาแกนกลางของโลกการแต่งหน้าและลักษณะของดาวแคระขาวจะเปลี่ยนวิธีการสั่นสะเทือนที่จะแสดงตัวเองบนพื้นผิว
สุดท้ายเราสามารถใช้ประชากรของดาวแคระขาวเพื่อหาคำแนะนำเกี่ยวกับการตกแต่งภายในของพวกเขาเนื่องจากความสัมพันธ์ระหว่างมวลและขนาดของพวกมันขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์เชิงกล - ควอนตัมที่แม่นยำซึ่งควบคุมการตกแต่งภายในของพวกเขา
โดยเฉพาะอย่างยิ่งการวิจัยใหม่ชี้ให้เห็นว่าดาวแคระขาวส่วนใหญ่ควรเย็นลงเร็วกว่าที่เราเคยคิดสั่นน้อยกว่ารุ่นเก่าที่แนะนำเล็กน้อยและใหญ่กว่าที่คาดไว้เล็กน้อยกว่าเล็กน้อยหากเราไม่คำนึงถึงแบบจำลองที่สมจริงกว่านี้ ตอนนี้มันขึ้นอยู่กับนักดาราศาสตร์ที่จะทำการวัดอย่างแม่นยำเพียงพอเพื่อดูว่าเราเข้าใจสภาพแวดล้อมที่แปลกใหม่เหล่านี้หรือไม่หรือเราจำเป็นต้องทำการแตกอีกครั้ง
- 8 วิธีที่คุณสามารถดูทฤษฎีสัมพัทธภาพของ Einstein ในชีวิตจริง
- 11 ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจเกี่ยวกับกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา
- 11 คำถามที่ไม่มีคำตอบที่ใหญ่ที่สุดเกี่ยวกับสสารมืด
Paul M. Sutter เป็นนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่ มหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอไฮโอโฮสต์ของ ถามนักบินอวกาศ และ วิทยุอวกาศและผู้เขียนของ สถานที่ของคุณในจักรวาล.
