ศีกษาเกี่ยวกับดวงดาว

การศึกษาซึ่งได้รับการยอมรับให้ตีพิมพ์ในวารสารAstronomy & Astrophysicsได้ศึกษาดาวคู่ที่รู้จัก (ดาวสองดวงที่โคจรรอบจุดศูนย์ถ่วงร่วมกัน) วิเคราะห์แสงดาวที่ได้จากกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินและอวกาศ นักวิจัยพบว่าดาวฤกษ์ที่อยู่ในดาราจักรแคระใกล้เคียงที่เรียกว่า Small Magellanic Cloud มีการสัมผัสบางส่วนและแลกเปลี่ยนวัสดุซึ่งกันและกัน โดยดาวดวงหนึ่งกำลัง "ป้อน" ออกจากอีกดวงหนึ่ง พวกมันโคจรรอบกันทุก ๆ สามวันและเป็นดาวสัมผัสที่มีมวลมากที่สุด เมื่อเปรียบเทียบผลการสังเกตของพวกเขากับแบบจำลองทางทฤษฎีของวิวัฒนาการของดาวคู่ พวกเขาพบว่าในแบบจำลองที่เหมาะสมที่สุด ดาวฤกษ์ที่กำลังถูกดูดเข้าไปจะกลายเป็นหลุมดำและจะกินดาวข้างเคียงของมัน ดาวฤกษ์ที่รอดตายจะกลายเป็นหลุมดำหลังจากนั้นไม่นาน หลุมดำเหล่านี้จะก่อตัวขึ้นในเวลาเพียงไม่กี่ล้านปี แต่จะโคจรรอบกันและกันเป็นเวลาหลายพันล้านปีก่อนที่จะชนกันด้วยแรงที่พวกมันจะสร้างคลื่นความโน้มถ่วง ซึ่งเป็นระลอกคลื่นในโครงสร้างของกาลอวกาศ ซึ่งในทางทฤษฎีแล้ว ตรวจพบด้วยเครื่องมือบนโลก Matthew Rickard นักศึกษาระดับปริญญาเอก (UCL Physics & Astronomy) ผู้เขียนหลักของการศึกษากล่าวว่า "ต้องขอบคุณเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง Virgo และ LIGO ทำให้ตรวจพบการควบรวมของหลุมดำหลายสิบครั้งในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แต่จนถึงขณะนี้เรายังไม่ได้ทำ สังเกตดาวฤกษ์ที่คาดการณ์ว่าจะยุบตัวเป็นหลุมดำขนาดนี้ และรวมตัวกันในช่วงเวลาที่สั้นกว่าหรือเทียบได้กว้างๆ กับอายุของเอกภพ "แบบจำลองที่เหมาะสมที่สุดของเราบ่งชี้ว่าดาวฤกษ์เหล่านี้จะรวมกันเป็นหลุมดำในอีก 18 พันล้านปี การค้นหาดาวบนเส้นทางวิวัฒนาการนี้ใกล้กับกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรามาก ทำให้เรามีโอกาสที่ดีในการเรียนรู้มากขึ้นว่าหลุมดำเหล่านี้ก่อตัวอย่างไร" ผู้เขียนร่วม Daniel Pauli นักศึกษาระดับปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัย Potsdam กล่าวว่า "ดาวคู่ดวงนี้เป็นดาวคู่ที่มีมวลมากที่สุดเท่าที่เคยสังเกตมา ดาวฤกษ์ที่เล็กกว่า สว่างกว่า และร้อนกว่า ซึ่งมีมวล 32 เท่าของดวงอาทิตย์ กำลังสูญเสียไป มวลไปยังสหายที่ใหญ่กว่า ซึ่งมีมวล 55 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ของเรา" หลุมดำที่นักดาราศาสตร์เห็นว่ารวมตัวกันในวันนี้ก่อตัวขึ้นเมื่อหลายพันล้านปีก่อน เมื่อเอกภพมีธาตุเหล็กและธาตุที่หนักกว่าในระดับที่ต่ำกว่า สัดส่วนของธาตุหนักเหล่านี้เพิ่มขึ้นเมื่อเอกภพมีอายุมากขึ้น และทำให้การรวมตัวของหลุมดำมีโอกาสน้อยลง เนื่องจาก ดวงดาว ที่มีองค์ประกอบหนักกว่าในสัดส่วนที่สูงกว่าจะมีลมแรงกว่าและพวกมันจะระเบิดตัวเองเร็วกว่า เมฆแมกเจลแลนเล็กที่ได้รับการศึกษาเป็นอย่างดีซึ่งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 210,000 ปีแสง มีธาตุเหล็กและโลหะหนักประมาณหนึ่งในเจ็ดของกาแล็กซีทางช้างเผือกของเราโดยธรรมชาติ ในแง่นี้เป็นการเลียนแบบเงื่อนไขในอดีตอันไกลโพ้นของจักรวาล แต่ไม่เหมือนกาแลคซีที่เก่าแก่และห่างไกลมากกว่า เพราะอยู่ใกล้พอที่นักดาราศาสตร์จะวัดคุณสมบัติของดาวเดี่ยวและดาวคู่ได้ ในการศึกษาของพวกเขา นักวิจัยได้วัดแถบแสงต่างๆ ที่มาจากดาวคู่ (การวิเคราะห์ด้วยสเปกโทรสโกปี) โดยใช้ข้อมูลที่ได้จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (HST) ของ NASA และ Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) ใน ESO ในช่วงหลายช่วงเวลา กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มากในชิลี รวมถึงกล้องโทรทรรศน์อื่นๆ ที่มีความยาวคลื่นตั้งแต่อุลตร้าไวโอเลต แสงออปติก ไปจนถึงอินฟราเรดใกล้ ด้วยข้อมูลนี้ ทีมงานสามารถคำนวณความเร็วในแนวรัศมีของดวงดาวได้ นั่นคือการเคลื่อนที่เข้าหาหรือออกห่างจากเรา ตลอดจนมวล ความสว่าง อุณหภูมิ และวงโคจรของพวกมัน จากนั้นจึงจับคู่พารามิเตอร์เหล่านี้กับแบบจำลองวิวัฒนาการที่เหมาะสมที่สุด การวิเคราะห์ทางสเปกโทรสโกปีบ่งชี้ว่าชั้นนอกของดาวฤกษ์ดวงเล็กส่วนใหญ่ถูกแยกออกไปโดยดาวฤกษ์ดวงใหญ่กว่า นอกจากนี้ พวกเขายังสังเกตเห็นว่ารัศมีของดาวฤกษ์ทั้งสองเกินขอบเขตโรช (Roche lobe) ซึ่งก็คือบริเวณรอบๆ ดาวฤกษ์ที่มีมวลสารผูกพันกับดาวฤกษ์ดวงนั้น ซึ่งเป็นการยืนยันว่ามวลสารของดาวฤกษ์ขนาดเล็กกว่าบางส่วนไหลล้นและถ่ายเทไปยังดาวข้างเคียง เมื่อพูดถึงวิวัฒนาการของดวงดาวในอนาคต Rickard อธิบายว่า "ดาวฤกษ์ที่เล็กกว่าจะกลายเป็นหลุมดำก่อนภายในเวลาเพียง 700,000 ปี ไม่ว่าจะผ่านการระเบิดอันน่าตื่นตาตื่นใจที่เรียกว่าซูเปอร์โนวาหรืออาจมีมวลมากถึงขั้นยุบตัวเป็นสีดำ" หลุมที่ไม่มีการระเบิดจากภายนอก "พวกมันจะเป็นเพื่อนบ้านที่ไม่สบายใจเป็นเวลาประมาณสามล้านปีก่อนที่หลุมดำแห่งแรกจะเริ่มสะสมมวลจากสหายของมัน เพื่อแก้แค้นสหายของมัน" เพาลี ผู้ดำเนินการสร้างแบบจำลองกล่าวเสริมว่า "หลังจากผ่านไปเพียง 200,000 ปี ในแง่ดาราศาสตร์ ชั่วพริบตา ดาวฤกษ์ข้างเคียงก็จะยุบตัวลงเป็นหลุมดำเช่นกัน ดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ทั้งสองดวงนี้จะโคจรรอบกันและกันต่อไป ไม่กี่วันเป็นเวลาหลายพันล้านปี "พวกมันจะค่อยๆ สูญเสียพลังงานในวงโคจรนี้ผ่านการปล่อยคลื่นความโน้มถ่วง จนกระทั่งพวกมันโคจรรอบกันและกันทุกๆ สองสามวินาที ในที่สุดก็รวมกันเป็นหนึ่งในเวลา 1.8 หมื่นล้านปีด้วยการปลดปล่อยพลังงานมหาศาลผ่านคลื่นความโน้มถ่วง"