นักวิทยาศาสตร์ได้สนับสนุนทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ โดยการสำรวจความลึกลับอันแปลกประหลาดของดาวแคระขาว
นักดาราศาสตร์คาดเดาความสัมพันธ์ระหว่างมวลกับรัศมีของดาวแคระขาวมานานแล้ว แต่จนถึงขณะนี้ยังไม่สามารถสังเกตความสัมพันธ์ระหว่างมวลและรัศมีของดาวฤกษ์ได้ เมื่อดาวแคระขาวมีมวลเพิ่มขึ้น ขนาดก็จะเล็กลง ไม่เหมือนกับวัตถุท้องฟ้าส่วนใหญ่ที่รู้จัก
ในงานใหม่นี้ นักวิจัยได้ใช้วิธีการใหม่ที่รวมข้อมูลจากดาวแคระขาวหลายพันดวงเพื่อสังเกตปรากฏการณ์แปลก ๆ และให้หลักฐานเพิ่มเติมสำหรับสัมพัทธภาพทั่วไป
เมื่อดาวฤกษ์อย่างดวงอาทิตย์ของเราหมดเชื้อเพลิง พวกมันจะหลุดออกจากชั้นนอกของพวกมันและสัมผัสกับแกนขนาดเท่าโลก แกนกลางนี้เรียกว่าดาวแคระขาวและเชื่อกันว่าเป็นสภาวะวิวัฒนาการขั้นสูงสุดของวัตถุที่เป็นตัวเอก
แต่เศษซากของดวงดาวเหล่านี้เต็มไปด้วยความลึกลับ เพราะเมื่อดาวแคระขาวมีมวลเพิ่มขึ้น มันจะมีขนาดลดลง ดังนั้นในที่สุดดาวแคระขาวจะมีมวลใกล้เคียงกับดวงอาทิตย์ แต่จะบรรจุเข้าไปในวัตถุที่มีขนาดเท่ากับโลก
ดาวแคระขาวมีขนาดเล็กและกระทัดรัดจนในที่สุดพวกมันก็สลายตัวเป็นดาวนิวตรอน ซึ่งเป็นวัตถุดาวฤกษ์ที่มีความหนาแน่นสูงมากและมีรัศมีไม่เกิน 30 กิโลเมตร
ความสัมพันธ์ที่แปลกประหลาดระหว่างมวลและรัศมีภายในดาวแคระขาวถูกสร้างทฤษฎีขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 1930 เหตุผลที่ดาวแคระขาวเพิ่มมวลในขณะที่หดตัวนั้นคิดว่าเป็นเพราะสถานะของอิเล็กตรอน - เมื่อดาวแคระขาวหดตัว อิเล็กตรอนของมันก็จะเพิ่มขึ้น
กลไกนี้เป็นการผสมผสานระหว่างกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งเป็นทฤษฎีพื้นฐานทางฟิสิกส์เกี่ยวกับการเคลื่อนที่และปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคย่อยของอะตอมและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ซึ่งเกี่ยวข้องกับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วง
Nadya Zakamskaya รองศาสตราจารย์ภาควิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์แห่ง Johns Hopkins University ซึ่งเป็นผู้นำการศึกษาใหม่กล่าวว่า "อัตราส่วนมวลต่อรัศมีเป็นส่วนผสมที่น่าประทับใจของกลศาสตร์ควอนตัมและแรงโน้มถ่วง แต่สำหรับเราแล้ว มันขัดกับสามัญสำนึกของเรา". "เราคิดว่าเมื่อวัตถุมีมวลมากขึ้น มันก็ควรจะใหญ่ขึ้น"
ในการศึกษาครั้งใหม่นี้ ทีมงานจากมหาวิทยาลัยจอห์น ฮอปกินส์ ได้พัฒนาวิธีการสังเกตอัตราส่วนมวลต่อรัศมีในดาวแคระขาว นักวิจัยได้ศึกษาดาวแคระขาว 3,000 ดวงโดยใช้ข้อมูลที่รวบรวมโดย Sloan Digital Sky Survey และ Gaia Space Observatory
ทีมวิจัยได้วัดผลการเปลี่ยนแปลงความโน้มถ่วงซึ่งเป็นผลของแรงโน้มถ่วงต่อแสงที่มีต่อดวงดาว เมื่อแสงเคลื่อนออกจากวัตถุ ความยาวคลื่นของแสงที่ออกมาจากวัตถุจะยาวขึ้น ทำให้ปรากฏเป็นสีแดงขึ้น จากการศึกษาแรงโน้มถ่วงของเรดชิฟต์ พวกมันสามารถกำหนดความเร็วในแนวรัศมีของดาวแคระขาวที่มีรัศมีเท่ากันได้
ความเร็วเรเดียลคือระยะทางจากดวงอาทิตย์ไปยังดาวฤกษ์ที่กำหนด ซึ่งกำหนดว่าดาวจะเคลื่อนเข้าหาหรือออกจากดวงอาทิตย์ เมื่อกำหนดความเร็วในแนวรัศมีของดาวแล้ว พวกมันยังสามารถกำหนดการเปลี่ยนแปลงของมวลดาวได้
"ทฤษฎีนี้มีมานานแล้ว แต่สิ่งที่น่าทึ่งก็คือชุดข้อมูลที่เราใช้นั้นมีขนาดที่ไม่เคยมีมาก่อนและมีความแม่นยำเป็นประวัติการณ์" Zakamska กล่าวเสริม "วิธีการวัดเหล่านี้ ซึ่งในบางกรณีได้รับการพัฒนาเมื่อหลายปีก่อน จู่ ๆ ก็ทำงานได้ดีขึ้นมาก และในที่สุดก็สามารถสำรวจทฤษฎีเก่า ๆ เหล่านี้ได้"
วิธีที่ใช้ในการศึกษาทำให้ทฤษฎีกลายเป็นปรากฏการณ์เชิงสังเกต นอกจากนี้ยังสามารถใช้ศึกษาดาวฤกษ์เพิ่มเติมในอนาคตและช่วยให้นักดาราศาสตร์วิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีของดาวแคระขาวได้
"ในขณะที่ดาวมีขนาดเล็กลงเมื่อมีมวลมากขึ้น ความโน้มถ่วงของสีแดงก็จะเพิ่มขึ้นตามมวลด้วย" ซาคัมสกากล่าว