The life cycle of a neutron star - David Lunney

Translator: Pakawat Wongwaiyut Reviewer: Supanat Termchaianan

About once every century,

ในศตวรรษจะมีสักครั้งหนึ่ง

a massive star somewhere in our galaxy

ที่ดาวฤกษ์มวลมหาศาลสักดวงในกาแล็กซีของเรา

runs out of fuel.

ได้หมดเชื้อเพลิงลง

This happens after millions of years of heat and pressure

มันเกิดขึ้นหลังจากหลายล้านปี ของความร้อนและความดัน

have fused the star’s hydrogen

ที่หลอมรวมไฮโดรเจนของดาวฤกษ์

into heavier elements like helium, carbon, and nitrogen— all the way to iron.

ให้เป็นธาตุที่หนักขึ้น เช่น ฮีเลียม คาร์บอน และไนโตรเจน จนกลายเป็นเหล็ก

No longer able to produce sufficient energy to maintain its structure,

จนสุดท้ายไม่สามารถผลิตเชื้อเพลิง ที่เพียงพอที่จะคงสภาพตัวเองไว้ได้

it collapses under its own gravitational pressure and explodes in a supernova.

มันจึงยุบตัวลงจากความดันของแรงโน้มถ่วง และระเบิดออกเป็นซูเปอร์โนวา

The star shoots most of its innards into space,

ดาวฤกษ์ได้ปลดปล่อยมวลสารส่วนใหญ่ของมัน ไปในอวกาศ

seeding the galaxy with heavy elements.

ทำให้กาแล็กซีอุดมไปด้วยธาตุหนัก

But what this cataclysmic eruption leaves behind might be even more remarkable:

แต่เศษซากที่เหลือจากการระเบิดรุนแรงนี้ เป็นสิ่งที่น่าทึ่งยิ่งกว่า

a ball of matter so dense that atomic electrons

มันเป็นสสารทรงกลมที่หนาแน่นมาก จนทำให้อิเล็กตรอนของอะตอม

collapse from their quantum orbits into the depths of atomic nuclei.

หลุดจากวงโคจรควอนตัมของมัน เข้าไปหลอมรวมกับนิวเคลียสของอะตอม

The death of that star is the birth of a neutron star:

การดับลงของดาวฤกษ์นี้ก่อให้เกิดดาวนิวตรอน

one of the densest known objects in the universe,

หนึ่งในวัตถุที่มีความหนาแน่นมากที่สุด ในเอกภพ

and a laboratory for the strange physics of supercondensed matter.

และเป็นเหมือนห้องทดลองประหลาด ของสสารความหนาแน่นสูง

But what is a neutron star?

แต่ดาวนิวตรอนคืออะไร

Think of a compact ball inside of which protons and electrons fuse into neutrons

ให้คิดว่ามันเป็นลูกบอลที่ข้างในอัดแน่นด้วย โปรตรอน และอิเล็กตรอน หลอมรวมเป็นนิวตรอน

and form a frictionless liquid called a superfluid—

จนกลายเป็นของเหลวเนื้อเดียวกัน ซึ่งเรียกว่า ของไหลยิ่งยวด

surrounded by a crust.

ซึ่งถูกห่อหุ้มด้วยเปลือกแข็ง

This material is incredibly dense –

วัตถุนี้มีความหนาแน่นมหาศาล

the equivalent of the mass of a fully-loaded container ship

เปรียบได้กับมวลของเรือคอนเทนเนอร์ ที่บรรทุกของมาเต็มลำ

squeezed into a human hair,

ถูกบีบอัดให้เหลือขนาดเพียงเส้นผม

or the mass of Mount Everest in a space of a sugar cube.

หรือมวลของภูเขาเอเวอร์เรส ในขนาดของก้อนน้ำตาล

Deeper in the crust, the neutron superfluid forms different phases

ลึกลงไปภายในพื้นผิวของดาวนิวตรอน ของไหลยิ่งยวดก่อตัวแตกต่างกันไป

that physicists call “nuclear pasta,”

นักฟิสิกส์เรียกมันว่า "นิวเคลียร์พาสตา"

as it’s squeezed from lasagna to spaghetti-like shapes.

เพราะมันถูกบีบจากสภาพคล้ายลาซานญา ให้กลายเป็นเส้นสปาเก็ตตี

The massive precursors to neutron stars often spin.

ดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ก่อนที่จะมาเป็นดาวนิวตรอน จะมีการหมุนรอบตัวเอง

When they collapse,

แต่เมื่อมันยุบตัว

stars that are typically millions of kilometers wide

จากดาวฤกษ์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง หลายล้านกิโลเมตร

compress down to neutron stars that are only about 25 kilometers across.

ถูกบีบอัดเป็นดาวนิวตรอน ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 25 กิโลเมตร

But the original star’s angular momentum is preserved.

แต่โมเมนตัมเชิงมุมของดาว ยังคงเป็นเหมือนเดิม

So for the same reason that a figure skater’s spin accelerates

มันคล้ายกับการหมุนตัว ของนักสเก็ตน้ำแข็งที่เร็วขึ้น

when they bring in their arms,

เมื่อพวกเขาเก็บแขนตัวเอง

the neutron star spins much more rapidly than its parent.

ดาวนิวตรอนจึงหมุนเร็วกว่า สภาพก่อนของมันเป็นอย่างมาก

The fastest neutron star on record rotates over 700 times every second,

ดาวนิวตรอนที่หมุนเร็วที่สุด หมุนรอบตัวเองกว่า 700 รอบต่อวินาที

which means that a point on its surface whirls through space

นั่นหมายความว่า ถ้ามีจุดอยู่บนผิวดาวมันจะหมุน

at more than a fifth of the speed of light.

ด้วยความเร็วมากกว่า หนึ่งในห้าของความเร็วแสง

Neutron stars also have the strongest magnetic field of any known object.

ดาวนิวตรอนยังมีสนามแม่เหล็ก ที่ทรงพลังที่สุดเท่าที่เคยพบ

This magnetic concentration forms vortexes

สนามแม่เหล็กความเข้มสูงนี้ก่อตัวเป็นวังวน

that radiate beams from the magnetic poles.

ที่ปล่อยลำแสงออกมาจากขั้วสนามแม่เหล็ก

Since the poles aren’t always aligned with the rotational axis of the star,

แต่ขั้วแม่เหล็กไม่ได้อยู่ในแนวเดียว กับแกนหมุนของดาวเสมอไป

the beams spin like lighthouse beacons,

ลำแสงจึงหมุนวนเหมือนกับแสงจากประภาคาร

which appear to blink when viewed from Earth.

ซึ่งจะเห็นว่ามันกระพริบเมื่อมองมาจากโลก

We call those pulsars.

เราเรียกมันว่า พัลซาร์

The detection of one of these tantalizing flashing signals

การตรวจพบสัญญาณแสงกระพริบอันน่าอัศจรรย์นี้

by astrophysicist Jocelyn Bell in 1967

ถูกพบโดยนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ โจเซลิน เบลล์ ในปี ค.ศ.1967

was in fact the way we indirectly discovered neutron stars

ซึ่งไม่ได้เป็นการค้นพบดาวนิวตรอนโดยตรง

in the first place.

ในตอนแรก

An aging neutron star’s furious rotation slows over a period of billions of years

ดาวนิวตรอนที่เกิดมานานจะค่อย ๆ หมุนช้าลง กินเวลาหลายพันล้านปี

as it radiates away its energy in the form of electromagnetic and gravity waves.

ซึ่งมันได้แผ่พลังงานออกไปในรูปของ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และคลื่นความโน้มถ่วง

But not all neutron stars disappear so quietly.

แต่ไม่ใช่ดาวนิวตรอนทุกดวง จะหายไปอย่างเงียบ ๆ

For example, we’ve observed binary systems

อย่างเช่น เราได้สังเกตระบบดาวคู่หนึ่ง

where a neutron star co-orbits another star.

ที่ซึ่งดาวนิวตรอนโคจรคู่ไปกับดาวฤกษ์อีกดวง

A neutron star can feed on a lighter companion,

ดาวนิวตรอนนี้ ได้ดึงพลังงาน ออกมาจากดาวฤกษ์นี้

gorging on its more loosely bound atmosphere

มากจนทำให้ชั้นบรรยากาศดาวฤกษ์หย่อนยาน

before eventually collapsing cataclysmically into a black hole.

ท้ายที่สุดก็ชนกันอย่างรุนแรง จนกลายเป็นหลุมดำ

While many stars exist as binary systems,

มีดาวฤกษ์หลายดวงดำรงอยู่ในระบบดาวคู่

only a small percentage of those end up as neutron-star binaries,

แต่มีเปอร์เซ็นต์เพียงน้อยนิดเท่านั้น ที่ในท้ายที่สุดกลายเป็นระบบดาวนิวตรอนคู่

where two neutron stars circle each other in a waltz doomed to end as a merger.

ซึ่งเป็นที่ที่ดาวนิวตรอนทั้งสองโคจรรอบกัน คล้ายการเต้นรำคู่กัน และหลอมรวมกันในที่สุด

When they finally collide, they send gravity waves through space-time

ขณะชนกันมันได้ส่งคลื่นความโน้มถ่วง กระจายออกไปผ่านปริภูมิ-เวลา

like ripples from a stone thrown into a calm lake.

คล้ายกับระลอกคลื่นจากหิน ที่ถูกโยนลงไปในน้ำที่นิ่งสงบ

Einstein’s theory of General Relativity

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์

predicted this phenomenon over 100 years ago, but it wasn't directly verified

ได้ทำนายถึงเหตุการณ์นี้ไว้กว่า 100 ปีก่อน แต่ยังไม่ได้รับการยืนยัน

until 2017,

จนกระทั่งปี ค.ศ. 2017

when gravitational-wave observatories LIGO and VIRGO

เมื่อเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง ไลโก และ เวอร์โก

observed a neutron star collision.

ได้ตรวจพบการชนกันของดาวนิวตรอน

Other telescopes picked up a burst of gamma rays and a flash of light,

กล้องโทรทรรศน์ตัวอื่นก็ได้ตรวจพบ รังสีแกมมา และแสงวาบ

and, later, x-rays and radio signals, all from the same impact.

ต่อมาก็มีรังสีเอกซ์ และคลื่นวิทยุ ซึ่งมาจากต้นกำเนิดเดียวกัน

That became the most studied event in the history of astronomy.

นั่นกลายเป็นเหตุการณ์สำคัญที่ต้องศึกษา ของวงการดาราศาสตร์

It yielded a treasure trove of data

มันได้ให้ข้อมูลอันล้ำค่า

that’s helped pin down the speed of gravity,

ที่ช่วยให้รู้ถึงความเร็วของความโน้มถ่วง

bolster important theories in astrophysics,

ซึ่งสนับสนุนหลายทฤษฎีสำคัญ ๆ ของฟิสิกส์ดาราศาสตร์

and provide evidence for the origin of heavy elements like gold and platinum.

และให้หลักฐานของต้นกำเนิดธาตุหนัก เช่น ทองคำ และทองคำขาว

Neutron stars haven’t given up all their secrets yet.

ดาวนิวตรอนยังไม่ได้เปิดเผยความลับ ของตัวเองทั้งหมด ในเวลานี้

LIGO and VIRGO are being upgraded to detect more collisions.

ไลโก และ เวอร์โก กำลังได้รับการอัปเกรด ให้ตรวจจับการชนกันได้มากขึ้น

That’ll help us learn what else

ทั้งหมดช่วยให้เราได้เรียนรู้เพิ่มว่า

the spectacular demise of these dense, pulsating, spinning magnets

ดาวฤกษ์ที่ดับลง อันหนาแน่น สว่างวาบ และมีสนามแม่เหล็กที่หมุนได้เหล่านี้

can tell us about the universe.

สามารถบอกอะไรเราเกี่ยวกับเอกภพได้