รังสีเอกซ์ที่ยังเหลืออยู่จากการชนของดาวนิวตรอนครั้งประวัติศาสตร์

     ผ่านไปแล้วสามปีนับตั้งแต่การตรวจพบการควบรวมของดาวนิวตรอนครั้งประวัติศาสตร์ผ่านคลื่นความโน้มถ่วง และนับแต่วันนั้นเป็นต้นมา ทีมนักวิจัยนานาชาติที่นำโดยนักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยมารีแลนด์ ก็ยังคงจับตาดูการเปล่งแสงต่อมาอย่างต่อเนื่อง เพื่อให้ได้ภาพที่ครบถ้วนที่สุดของเหตุการณ์ลักษณะนี้

ภาพจากศิลปินแสดงดาวนิวตรอนสองดวงหมุนวนเข้าหากันจนควบรวมกัน สร้างคลื่นโน้มถ่วงในเหตุการณ์ GW 170817

     การวิเคราะห์ของทีมซึ่งนำโดย Eleonora Troja จากมหาวิทยาลัยมารีแลนด์ ได้ให้คำอธิบายสำหรับรังสีเอกซ์ที่ยังคงแผ่ออกจากการชนได้นานกว่าที่แบบจำลองได้ทำนายไว้ว่ามันน่าจะหยุดลง การศึกษายังเผยให้เห็นแบบจำลองปัจจุบันการชนกันและดาวนิวตรอนและวัตถุขนาดกะทัดรัดอื่นๆ ว่าขาดแคลนข้อมูลที่สำคัญ งานวิจัยเผยแพร่ในวารสาร Monthly Notices of the Royal Astronomical Society วันที่ 12 ตุลาคม 2020

     เรากำลังเข้าสู่สถานะใหม่ในความเข้าใจดาวนิวตรอนของเรา Troja ซึ่งเป็นนักวิทยาศาสตร์วิจัยที่แผนกดาราศาสตร์ มารีแลนด์ และผู้เขียนนำรายงานนี้ กล่าว เราไม่ทราบเลยว่าจะคาดหวังอะไรต่อไปจากจุดนี้ เนื่องจากแบบจำลองทั้งหมดของเราได้ทำนายว่าจะไม่มีรังสีเอกซ์เหลืออยู่ และเราก็ต้องประหลาดใจที่ได้เห็นมันแม้จะหนึ่งพันวันหลังจากที่มีการตรวจพบการชนเกิดขึ้น มันอาจจะต้องใช้เวลาหลายปีที่ค้นหาคำตอบว่ากำลังเกิดอะไรขึ้น แต่งานวิจัยของเราได้เปิดประตูสู่ความเป็นไปได้มากมาย

     การควบรวมของดาวนิวตรอนที่ทีมของ Troja ได้ศึกษาก็คือ GW 170817 ถูกพบผ่านคลื่นความโน้มถ่วงที่ตรวจจับโดย LIGO(Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) และเครื่องตรวจจับคล้ายๆ กัน Virgo ในวันที่ 17 สิงหาคม 2017 ภายในเวลาไม่กี่ชั่วโมง กล้องโทรทรรศน์ทั่วโลกก็เริ่มสำรวจการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งรวมถึงรังสีแกมมาและแสงที่เปล่งออกจากการระเบิด เป็นครั้งแรกและครั้งเดียวที่นักดาราศาสตร์สามารถสำรวจการแผ่รังสีที่มีความเกี่ยวข้องกับคลื่นความโน้มถ่วงได้ แม้ว่าพวกเขาจะทราบมานานแล้วว่าการแผ่รังสีต้องเกิดขึ้น ส่วนการสำรวจคลื่นความโน้มถ่วงอื่นๆ ที่พบจนถึงบัดนี้ มีกำเนิดจากเหตุการณ์ที่อ่อนเกินไปและไกลเกินกว่าที่จะตรวจจับการแผ่รังสีในช่วงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้จากโลก

นักวิจัยยังคงติดตามการแผ่รังสีที่เกิดขึ้นจากเหตุการณ์การชนครั้งประวัติศาสตร์ครั้งแรก(และยังเป็นครั้งเดียว) ที่ตรวจจับสัญญาณได้ทั้งคลื่นความโน้มถ่วงและตลอดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า การชนกันของดาวนิวตรอนที่พบเมื่อวันที๋ 17 สิงหาคม 2017 ที่เห็นในภาพนี้ปรากฏในกาแลคซี NGC 4993 ซึ่งอยู่ห่างออกไปราว 130 ล้านปีแสง การวิเคราะห์ครั้งใหม่ได้ให้คำอธิบายที่เป็นไปได้สำหรับรังสีเอกซ์ที่ยังคงสาดส่องจากการชนอย่างยาวนาน แม้การแผ่รังสีชนิดอื่นๆ จะหายไปตามที่ได้ทำนายไว้

     เพียง 1.7 วินาทีหลังจากที่พบ GW 170817 กล้องโทรทรรศน์อวกาศรังสีแกมมาเฟอร์มี่และดาวเทียม INTEGRAL ของอีซา ได้บันทึกไอพ่นพลังงานซึ่งเปิดฉากขึ้น ที่เรียกว่า การปะทุรังสีแกมมา(gamma-ray burst) จากนั้น ก็มีการปะทุกิโลโนวา(kilonova) ที่ช้ากว่า เมื่อกลุ่มเมฆก๊าซระเบิดออกมาตามหลังไอพ่นเบิกโรงนี้ แสงจากกิโลโนวาคงอยู่ราว 3 สัปดาห์และจากนั้นก็จางหายไป ในขณะเดียวกัน 9 วันหลังจากที่ตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วง กล้องโทรทรรศน์ก็สำรวจพบบางสิ่งที่ไม่เคยเห็นมาก่อนก็คือ รังสีเอกซ์

     แบบจำลองทางวิทยาศาสตร์ซึ่งมีพื้นฐานจากดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่ทราบกันอยู่ ได้ทำนายว่าเมื่อไอพ่นเบิกโรงจากการชนกันของดาวนิวตรอนเคลื่อนผ่านห้วงอวกาศ มันจะสร้างคลื่นกระแทกขึ้นมาซึ่งจะเปล่งรังสีเอกซ์, คลื่นวิทยุและแสงช่วงตาเห็น นี่เป็นสิ่งที่เรียกรวมๆ ว่า การแผ่รังสีไล่หลัง(afterglow) แต่ก็ไม่เคยมีการสำรวจพบการแผ่รังสีไล่หลังมาก่อน ในกรณีนี้ การแผ่รังสีไล่หลังมีความสว่างสูงสุดราว 160 วันหลังจากที่พบคลื่นความโน้มถ่วงเป็นครั้งแรก และจากนั้นก็จางหายไปอย่างรวดเร็ว แต่รังสีเอกซ์กลับยังคงอยู่เมื่อสำรวจครั้งล่าสุดด้วยหอสังเกตการณ์รังสีเอกซ์จันทราในช่วงเวลา 2.5 ปีหลังจากที่ตรวจพบ GW 170817 ครั้งแรก หมายเหตุ การสำรวจในเดือนพฤษภาคมโดยใช้ Australian Telescope Compact Array พบว่าการเรืองรังสีเอกซ์นั้นอยู่ต่ำกว่าระดับการตรวจจับของอุปกรณ์

      งานวิจัยใหม่ได้เสนอคำอธิบายที่เป็นไปได้สำหรับการแผ่รังสีเอกซ์ที่มีอายุยาว ความเป็นไปได้ทางหนึ่งก็คือรังสีเอกซ์เหล่านี้เป็นรายละเอียดใหม่โดยสิ้นเชิงของการแผ่รังสีไล่หลังจากการชน และพลวัตของการปะทุรังสีแกมมานั้นแตกต่างจากที่เคยคาดไว้ การมีการชนที่เกิดขึ้นใกล้กับเรามากจนเห็นได้ ได้เปิดหน้าต่างสู่กระบวนการทั้งปวงที่เราเข้าถึงได้ยาก Troja ซึ่งเป็นนักวิทยาศาสตร์วิจัยที่ศูนย์การบินอวกาศกอดดาร์ดด้วย กล่าว มันอาจจะมีกระบวนการทางกายภาพที่เรายังไม่ได้รวมเข้าไปในแบบจำลองเนื่องจากพวกมันไม่ได้เกี่ยวข้องในสถานะก่อนหน้าที่เราคุ้นเคยมากกว่าคือ เมื่อไอพ่นก่อตัว

การสำรวจรังสีเอกซ์จากพื้นที่ที่พบ GW 170817 ยังพบรังสีเอกซ์เหลืออยู่

     ความเป็นไปได้ทางอื่นก็คือ กิโลโนวาและเมฆก๊าซที่ขยายตัวเบื้องต้นไอพ่นเบิกโรง อาจจะสร้างคลื่นกระแทกของพวกมันเองซึ่งใช้เวลาเดินทางมาถึงโลกนานกว่า Geoffrey Ryan นักวิจัยหลังปริญญาเอกที่แผนกดาราศาสตร์มหาวิทยาลัยมารีแลนด์ และผู้เขียนร่วมการศึกษา กล่าวว่า เราได้เห็นกิโลโนวา ดังนั้นเราก็ทราบว่ามีเมฆก๊าซนี้อยู่ที่นั้น และรังสีเอกซ์จากคลื่นกระแทกของมัน ก็อาจจะเพิ่งมาถึงเรา Troja กล่าวว่า มีคลื่นกระแทกหลากหลายเกิดขึ้นในช่วงเวลาที่แตกต่างกันและมีพฤติกรรมที่แตกต่างกัน ซึ่งอาจจะอธิบายความแตกต่างว่าแสงในช่วงความยาวคลื่นที่แตกต่างกันจางหายอย่างไร

     แต่เรายังต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเพื่อให้เข้าใจว่าเรากำลังได้เห็นอะไร ถ้ามีอยู่ มันอาจจะให้เครื่องมือใหม่ๆ แก่เรา เป็นสัญญาณของเหตุการณ์ที่เราไม่เคยตระหนักถึงมาก่อน นี่อาจจะช่วยเราให้พบการชนกันของดาวนิวตรอน ในการแผ่รังสีเอกซ์ที่บันทึกไว้ก่อนหน้านี้ได้

     ความเป็นไปได้ทางที่สามก็คือ มีบางสิ่งที่เหลือทิ้งไว้หลังจากการชน บางทีอาจเป็นซากของดาวนิวตรอนที่กำลังเปล่งรังสีเอกซ์

     ยังคงต้องการการวิเคราะห์เพิ่มเติมก่อนที่นักวิจัยจะสามารถยืนยันได้แน่นอนว่ารังสีเอกซ์ที่มีอายุยาวนานมาจากไหน คำตอบบางส่วนอาจจะมาในเดือนธันวาคม 2020 เมื่อกล้องโทรทรรศน์จะเล็งไปที่แหล่งของ GW 170817 อีกครั้ง(การสำรวจแหล่งครั้งสุดท้ายก็คือเดือนกุมภาพันธ์ 2020) นี่อาจจะเป็นลมหายใจเฮือกสุดท้ายของแหล่งประวัติศาสตร์นี้ หรือเป็นการเริ่มต้นเรื่องราวใหม่ซึ่งสัญญาณสว่างขึ้นอีกครั้งในอนาคตและอาจจะยังคงเห็นได้ไปอีกหลายสิบปีหรือหลายร้อยปี Troja กล่าว ไม่ว่าอะไรจะเกิดขึ้น เหตุการณ์นี้กำลังเปลี่ยนสิ่งที่เรารู้เกี่ยวกับการควบรวมของดาวนิวตรอนและต้องเขียนแบบจำลองขึ้นมาใหม่

แหล่งข่าว phys.org : astronomers find x-rays lingering years after landmark neutron star collision
                sciencealert.com : astronomers detect eerie glow still radiating from neutron star collision years later