eRASSU J0608 อาจเป็นแหล่งอ้างอิงของ LISA ได้ แต่ต้องรู้ระยะห่างก่อน

eRASSU J060839.5−704014 หรือ eRASSU J0608 คือระบบดาวคู่ขนาดกะทัดรัดยิ่งยวดที่ประกอบด้วยดาวแคระขาวสองดวง โคจรรอบกันครบหนึ่งรอบในเวลาเพียงกว่า 6 นาทีเล็กน้อย งานวิเคราะห์จังหวะสัญญาณรังสีเอกซ์ใหม่ ซึ่งรวมข้อมูลจาก NICER, Einstein Probe และข้อมูลเก่าจาก XMM-Newton พบว่าวงโคจรของมันกำลังหดตัวอย่างรวดเร็ว จึงเป็นผู้สมัครที่น่าสนใจสำหรับหอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงในอวกาศในอนาคต แต่ยังมีคำถามสำคัญข้อหนึ่งที่ตอบไม่ได้: มันอยู่ไกลจากเราแค่ไหน 2

โคจรทุก 374 วินาที และกำลังเร็วขึ้น

ทีมวิจัยวัดคาบโคจรได้ 374.15013 วินาที และวัดอัตราการเปลี่ยนคาบได้ −4.7(1) × 10⁻¹¹ วินาทีต่อวินาที กล่าวอย่างง่ายคือ ทุกวงโคจรสั้นลงเล็กน้อยกว่าวงก่อนหน้า การติดตามจังหวะสัญญาณรังสีเอกซ์แบบต่อเนื่องครอบคลุมเวลากว่า 3 ปี และให้ภาพที่สอดคล้องกับระบบดาวคู่ซึ่งกำลังสูญเสียโมเมนตัมเชิงมุมผ่านการแผ่คลื่นความโน้มถ่วง 2

การศึกษาก่อนหน้านี้ตรวจพบพัลส์รังสีเอกซ์อ่อนพลังงานต่ำที่เกิดซ้ำทุก 374 วินาที โดยความสว่างแปรผันอย่างรุนแรง และจัด eRASSU J0608 เป็นระบบดาวแคระขาวคู่แบบกะทัดรัดยิ่งยวดซึ่งอยู่ในแนวหน้าของเมฆแมเจลแลนใหญ่จากมุมมองของเรา 14

เหตุใดรังสีเอกซ์จึงชี้ไปที่การถ่ายเทมวลแบบพุ่งชนโดยตรง

ข้อมูลสังเกตการณ์สนับสนุนภาพของ การสะสมมวลแบบพุ่งชนโดยตรง (direct-impact accretion) กล่าวคือ ก๊าซที่ไหลออกจากดาวแคระขาวดวงหนึ่งไม่ได้หมุนวนรวมตัวเป็นจานสะสมมวลแบบที่พบได้ทั่วไป แต่พุ่งชนผิวของดาวแคระขาวอีกดวงโดยตรง ทำให้บริเวณเล็ก ๆ บนพื้นผิวร้อนขึ้นมาก

เมื่อระบบหมุน บริเวณร้อนนี้จะเคลื่อนผ่านเข้าและออกจากแนวสายตา จึงเกิดช่วงสว่างของรังสีเอกซ์อ่อนเป็นจังหวะ การตีความแบบพุ่งชนโดยตรงช่วยเชื่อมโยงความใกล้ชิดสุดขั้วของดาวทั้งคู่เข้ากับพฤติกรรมรังสีเอกซ์ที่ตรวจพบ และอธิบายได้ว่าทำไมจึงอาจไม่มีจานสะสมมวลตามปกติ 214

chirp mass สูง ยิ่งเพิ่มน้ำหนักให้กรณีคลื่นความโน้มถ่วง

หากการแผ่คลื่นความโน้มถ่วงเป็นกลไกหลักที่ทำให้คาบโคจรลดลง ค่าที่วัดได้บ่งชี้ว่า chirp mass ของระบบอยู่ที่ประมาณ 0.43 เท่าของมวลดวงอาทิตย์

Chirp mass คือพารามิเตอร์มวลรวมของระบบดาวคู่ขนาดกะทัดรัดที่กำหนดการเปลี่ยนแปลงของความถี่และแอมพลิจูดของคลื่นความโน้มถ่วง ด้วยค่านี้ร่วมกับวงโคจรที่สั้นผิดปกติ eRASSU J0608 จึงเป็นแหล่งกำเนิดคลื่นความโน้มถ่วงความถี่ต่ำที่มีศักยภาพสูง อย่างไรก็ดี คำว่า “มีศักยภาพ” สำคัญมาก เพราะแม้การจับเวลาจะช่วยประมาณคุณสมบัติภายในของระบบได้ แต่ความแรงของสัญญาณที่มาถึงโลกยังขึ้นกับระยะห่างด้วย 2

ระยะห่างคือชิ้นส่วนที่ยังขาดหาย

แม้แหล่งกำเนิดนี้จะอยู่ในทิศทางของเมฆแมเจลแลนใหญ่ แต่ระยะห่างที่แท้จริงยังไม่แน่ชัด งานวิจัยระบุว่า ระยะราว 1–2 กิโลพาร์เซก สอดคล้องกับแบบจำลอง unipolar inductor ขณะที่ระยะอย่างน้อยประมาณ 5 กิโลพาร์เซก จะสนับสนุนการสะสมมวลแบบพุ่งชนโดยตรงมากกว่า 2

ความไม่แน่นอนนี้สำคัญเพราะแอมพลิจูดของคลื่นความโน้มถ่วงลดลงเมื่อระยะทางเพิ่มขึ้น หาก eRASSU J0608 อยู่ค่อนข้างใกล้ มันอาจติดกลุ่มสัญญาณจากระบบดาวคู่ขนาดกะทัดรัดในดาราจักรที่แรงที่สุดในย่านความถี่ต่ำ แต่หากอยู่ไกลกว่านั้นมาก สัญญาณที่โลกได้รับก็จะอ่อนลง แม้ระบบจะมีวงโคจรเร็วและมี chirp mass ที่อนุมานได้สูง

ดังนั้น การวัดระยะห่างอย่างน่าเชื่อถือไม่ได้มีประโยชน์เพียงตัดสินว่าแบบจำลองการสะสมมวลใดถูกต้องกว่าเท่านั้น แต่ยังจะทำให้นักดาราศาสตร์คำนวณสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงของระบบได้เชิงปริมาณ และประเมินว่าเหมาะจะเป็น แหล่งอ้างอิงเพื่อยืนยันการตรวจจับ (verification source) สำหรับภารกิจอย่าง LISA หรือไม่ LISA คือโครงการหอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงในอวกาศที่ออกแบบมาเพื่อสำรวจสัญญาณความถี่ต่ำและต่อเนื่องเช่นนี้ ทีมวิจัยเสนอแนวทางหนึ่งคือค้นหาและศึกษาดาวดวงที่สามซึ่งอาจเป็นดาวคู่ร่วมของระบบ เพราะข้อมูลการวัดตำแหน่งหรือพลวัตของมันอาจช่วยจำกัดระยะห่างได้ 2

สิ่งที่ผลการศึกษาบอกได้ และยังบอกไม่ได้

ผลการศึกษาทำให้ eRASSU J0608 เป็นหนึ่งในระบบดาวแคระขาวคู่กะทัดรัดยิ่งยวดที่วิวัฒน์รวดเร็วที่สุดเท่าที่รู้จัก โดยวงโคจรที่หดตัวสอดคล้องกับการสูญเสียพลังงานผ่านคลื่นความโน้มถ่วง อีกทั้งยังสนับสนุนอย่างมากว่าการถ่ายเทมวลแบบพุ่งชนโดยตรงคือคำอธิบายพัลส์รังสีเอกซ์ที่เหมาะสม 2

แต่ผลนี้ยัง ไม่ได้ยืนยัน ว่า eRASSU J0608 จะเป็นหนึ่งในแหล่งคลื่นความโน้มถ่วงจากระบบดาวคู่ที่แรงที่สุดซึ่ง LISA ตรวจวัดได้ ข้อสรุปดังกล่าวขึ้นอยู่กับระยะห่างของมัน จนกว่าจะวัดระยะนี้ได้ ระบบดังกล่าวยังคงเป็นผู้สมัครที่น่าจับตาอย่างยิ่ง มากกว่าจะเป็นเป้าหมายอ้างอิงที่ทำนายสัญญาณได้อย่างแม่นยำ 2