แสงวาบอุลตราไวโอเลตจากดาวที่กำลังระเบิด

 

เนบิวลาที่เกิดจากซุปเปอร์โนวาชนิดหนึ่งเอ

     และนี่ก็เป็นเพียงครั้งที่สองเท่านั้นที่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ได้เห็นแสงวาบอุลตราไวโอเลตที่เกี่ยวข้องกับการระเบิดของดาวแคระขาวดวงหนึ่ง

     ซุปเปอร์โนวาชนิดที่พบได้ยากมากๆ ได้ให้แง่มุมสู่ปริศนาที่อยู่มายาวนานหลายอย่าง ซึ่งรวมถึง อะไรเป็นสาเหตุให้ดาวแคระขาวระเบิด, พลังงานมืดทำให้เอกภพขยายตัวเร็วขึ้นได้อย่างไร และเอกภพสร้างโลหะหนักอย่างเช่น เหล็ก ได้อย่างไร Adam Miller นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์มหาวิทยาลัยนอร์ธเวสเทิร์น ซึ่งนำทีมวิจัยนี้ กล่าวว่า แสงวาบยูวีกำลังบอกเราถึงบางสิ่งที่พิเศษมากๆ เกี่ยวกับว่าดาวแคระขาวดวงนี้ระเบิดอย่างไร เมื่อเวลาผ่านไป วัสดุสารจากการระเบิดเคลื่อนที่ออกไปไกลจากแหล่ง เมื่อวัสดุสารนี้เบาบางลง เราก็จะเห็นได้ลึกขึ้นเรื่อยๆ หลังจากราวหนึ่งปี วัสดุสารก็จะเบาบางอย่างมากจนเราจะได้เห็นจนถึงใจกลางของการระเบิด

      และที่จุดนั้น Miller บอกว่าทีมของเขาจะได้ทราบว่าดาวแคระขาวดวงนี้ และดาวแคระขาวทั้งหมดซึ่งเป็นซากหนาแน่นสูงของดาวฤกษ์ที่ตายแล้ว ระเบิดได้อย่างไรได้ดีขึ้น รายงานเผยแพร่ใน Astrophysical Journal วันที่ 23 กรกฎาคม

ภาพรวมประกอบจุดสีฟ้าคือ SN 2019vyq ในกาแลคซีที่ค่อนข้างใกล้เพียง 140 ล้านปีแสงจากโลก

     ด้วยการใช้ Zwicky Transient Facility ในคาลิฟอร์เนีย นักวิจัยได้พบซุปเปอร์โนวาประหลาดนี้ครั้งแรกในวันที่ 28   ธันวาคม 2019 หลังการระเบิดเกิดขึ้นเพียงวันเดียว เหตุการณ์ซึ่งเรียกว่า SN 2019yvq เกิดขึ้นในกาแลคซีที่ค่อนข้างใกล้ด้วยระยะทางประมาณ 140 ล้านปีแสงจากโลก ใกล้กับปลายหางของมังกรจากกลุ่มดาวมังกร(Draco) อย่างมาก ภายในไม่กี่ชั่วโมง นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ได้ใช้ดาวเทียมสวิฟท์ของนาซาเพื่อศึกษาปรากฎการณ์ประหลาดนี้ในช่วงอุลตราไวโอเลตและรังสีเอกซ์ พวกเขาก็จำแนกได้ทันทีว่า SN2019vyq เป็นซุปเปอร์โนวาชนิดหนึ่งเอ(Type Ia supernovae) ซึ่งเป็นเหตุการณ์การระเบิดของดาวแคระขาวดวงหนึ่งที่พบได้ค่อนข้างบ่อย

     พวกมันเป็นการระเบิดที่พบได้มากที่สุดในเอกภพ Miller กล่าว แต่สิ่งที่พิเศษก็คือแสงวาบยูวีนี้ นักดาราศาสตร์ได้สืบหามันมานานหลายปีและไม่เคยพบเลย ตามความรับรู้ของเราแล้ว จริงๆ แล้วนี่เป็นเพียงครั้งที่สองเท่านั้นที่ได้เห็นแสงวาบยูวีจากซุปเปอร์โนวาหนึ่งเอ

     แสงวาบนี้ซึ่งคงอยู่หลายวัน บ่งชี้ว่ามีบางสิ่งภายในหรือใกล้ๆ ดาวแคระขาวที่ร้อนจัดมาก เนื่องจากดาวแคระขาวจะเย็นตัวลงเรื่อยๆ เมื่อพวกมันมีอายุมากขึ้น ความร้อนสูงจึงสร้างปัญหาให้กับนักดาราศาสตร์ หนทางที่ง่ายที่สุดที่จะสร้างแสงวาบยูวีก็คือ มีบางสิ่งที่ร้อนจัดมากๆ อยู่ Miller กล่าว เราต้องการบางสิ่งที่ร้อนยิ่งกว่าดวงอาทิตย์ ประมาณสามหรือสี่เท่า ซุปเปอร์โนวาเกือบทั้งหมดไม่ได้ร้อนขนาดนั้น ดังนั้นคุณจะไม่เห็นการแผ่รังสียูวีที่รุนแรง จึงมีสิ่งที่ไม่ปกติเกิดขึ้นกับซุปเปอร์โนวานี้ ซึ่งได้สร้างความร้อนสูงมากๆ

     Miller และทีมเชื่อว่านี่เป็นเงื่อนงำสำคัญเพื่อให้เข้าใจว่าเพราะเหตุใดดาวแคระขาวจึงระเบิด ซึ่งก็เป็นปริศนาที่มีมายาวนานในแขนงวิชานี้ ในตอนนี้ มีสมมุติฐานมากมาย Miller ให้ความสนใจเป็นพิเศษในการศึกษาสมมุติฐานที่แตกต่างกัน 4 งาน ซึ่งสอดคล้องกับการวิเคราะห์ข้อมูล SN 2019vyq ของทีม

     ลำดับเหตุการณ์ที่อาจเป็นสาเหตุให้ดาวแคระขาวระเบิดโดยสร้างแสงวาบยูวีขึ้นมา

1.      1 ดาวแคระขาวได้กลืนดาวข้างเคียงของมันไปอย่างรวดเร็วจนมีขนาดใหญ่ขึ้นและไม่เสถียรจนมันระเบิด วัสดุสารของดาวแคระขาวที่ระเบิดและดาวข้างเคียงชนกัน เป็นสาเหตุให้เกิดการเปล่งแสงวาบยูวีออกมา

2.      2 วัสดุสารกัมมันตรังสีที่ร้อนจัดในแกนกลางดาวแคระขาวผสมรวมกับชั้นก๊าซส่วนนอกๆ ของมัน เป็นสาเหตุให้เปลือกส่วนนอกๆ มีอุณหภูมิสูงกว่าปกติ

3.      3 เปลือกชั้นนอกที่เป็นฮีเลียมเกิดการระเบิดขึ้นก่อน ทำให้คาร์บอนที่อยู่ภายในดาวแคระขาวเกิดการเผาไหม้ตาม เป็นสาเหตุให้เกิดการระเบิดซ้อนสองที่ร้อนจัดมากๆ และแสงวาบยูวี

4.      4 ดาวแคระขาว 2 ดวงควบรวมกัน เป็นสาเหตุให้เกิดการระเบิดโดยวัสดุสารที่สาดออกมาชนกันเปล่งยูวีขึ้นมา

     ภายในหนึ่งปีนี้ เราก็จะสามารถบอกได้ว่าอันใดในสี่นี้ที่เป็นคำอธิบายที่เป็นไปได้มากที่สุด Miller กล่าว เมื่อนักวิจัยทราบว่าอะไรทำให้เกิดการระเบิด พวกเขาก็จะปรับใช้การค้นพบเหล่านั้นเพื่อเรียนรู้ให้มากขึ้นเกี่ยวกับการก่อตัวดาวเคราะห์และพลังงานมืด

     เนื่องจากเหล็กเกือบทั้งหมดในเอกภพถูกสร้างขึ้นในซุปเปอร์โนวาหนึ่งเอ การเข้าใจปรากฏการณ์ประหลาดนี้ให้ดีขึ้นก็น่าจะบอกเราได้มากขึ้นเกี่ยวกับดาวเคราะห์ของเราเอง ยกตัวอย่างเช่น เหล็กจากดาวที่ระเบิดก่อตัวเป็นแกนกลางของดาวเคราะห์หินทุกดวง รวมทั้งโลกด้วย ถ้าคุณอยากจะเข้าใจว่าโลกก่อตัวได้อย่างไร คุณต้องเข้าใจว่าเหล็กมาจากไหนและต้องใช้เหล็กเท่าไหร่ Miller กล่าว การเข้าใจวิธีที่ดาวแคระขาวระเบิดช่วยให้เรามีความเข้าใจที่แม่นยำมากขึ้นว่าเหล็กถูกสร้างและกระจายออกทั่วเอกภพได้อย่างไร

กราฟแสง(light curve) ของซุปเปอร์โนวาชนิดหนึ่งเอ เมื่อนำมาปรับให้เป็นมาตรฐานแล้ว จะมีรูปร่างที่เหมือนกัน เมื่อทราบความสว่างปรากฏและเทียบกับความสว่างที่แท้จริง ก็จะทราบระยะทาง 

     ดาวแคระขาวยังแสดงบทบาทสำคัญในความเข้าใจพลังงานมืดของนักฟิสิกส์ด้วย นักฟิสิกส์ทำนายว่าดาวแคระขาวทั้งหมดมีความสว่างใกล้เคียงกันเมื่อพวกมันระเบิด ดังนั้น ซุปเปอร์โนวาหนึ่งเอจึงถูกใช้เป็นเทียนมาตรฐาน ช่วยให้นักดาราศาสตร์คำนวณว่าการระเบิดเกิดขึ้นไกลจากโลกแค่ไหน การใช้ซุปเปอร์โนวาเพื่อตรวจสอบระยะทางนำไปสู่การค้นพบพลังงานมืด เป็นการค้นพบที่ได้รับรางวัลโนเบล สาขาฟิสิกส์ในปี 2011

     เราไม่มีวิธีตรงไปตรงมาเพื่อตรวจสอบระยะทางสู่กาแลคซีแห่งอื่นๆ Miller อธิบาย กาแลคซีเกือบทุกแห่งนั้นกำลังเคลื่อนที่ออกห่างจากเรา ถ้ามีซุปเปอร์โนวาหนึ่งเอเกิดขึ้นในกาแลคซีที่ห่างไกลสักแห่ง เราก็สามารถใช้มันเพื่อตรวจสอบทั้งระยะทางและความเร็ว ที่ช่วยให้เราได้ตรวจสอบอัตราเร่งของเอกภพ พลังงานมืดยังคงเป็นปริศนา แต่ซุปเปอร์โนวาเหล่านี้เป็นหนทางที่ดีที่สุดเพื่อตรวจสอบพลังงานมืดและเข้าใจว่ามันคืออะไร

     และด้วยความเข้าใจดาวแคระขาวที่ดีขึ้น Miller เชื่อว่าเราน่าจะเข้าใจพลังงานมืดและบอกได้ว่ามันทำให้เอกภพขยายตัวด้วยความเร่งได้เร็วแค่ไหน ในตอนนี้ เมื่อตรวจสอบระยะทาง เราจะทำเหมือนการระเบิดเหล่านี้เป็นเหมือนกันหมด เพราะเรายังไม่มีเหตุผลที่ดีพอที่จะเชื่อว่ามีกลไกการระเบิดหลายแบบ เขากล่าว ถ้าเราสามารถตรวจสอบกลไกการระเบิดที่แน่ชัดได้ เราคิดว่าเราจะแยกแยะซุปเปอร์โนวาได้ดีขึ้น และทำการตรวจสอบระยะทางได้แม่นยำมากขึ้น

แหล่งข่าว spaceref.com : spectacular ultraviolet flash may finally explain how white dwarfs explode  
                sciencealert.com : for only the second time, astronomers detect a strange flash of light during supernova