สำรวจการรบกวนดาวโดยหลุมดำ

      ไกลออกไปในใจกลางกาแลคซีแห่งหนึ่งที่อยู่ห่างไป 215 ล้านปีแสง มีแสงวาบสว่างจ้าปรากฏในความเวิ้งว้างของห้วงอวกาศ เป็นการเปล่งแสงสุดท้ายจากดาวฤกษ์ดวงหนึ่งที่กำลังจะตายเมื่อมันเพ่นพล่านเข้าไปใกล้และถูกหลุมดำมวลมหาศาลฉีกทึ้งเป็นชิ้น

     นี่เป็นการแตกดับของดาวที่เกิดขึ้นใกล้ที่สุดเท่าที่เราเคยสำรวจพบมา ได้ให้แง่มุมอันน่าเหลือเชื่อสู่กระบวนการที่รุนแรงนี้ แม้ว่าดาวที่แตกดับด้วยน้ำมือของหลุมดำจะเป็นเรื่องที่ไม่ปกตินัก แต่นักดาราศาสตร์ก็สำรวจเหตุการณ์ลักษณะนี้ได้มากพอที่จะระบุภาพกว้างๆ ถึงสิ่งที่เกิดขึ้น เมื่อดาวฤกษ์ดวงหนึ่งวิ่งเข้าใกล้หลุมดำมากเกินไป แรงบีบฉีก(tidal force) มหาศาลของหลุมดำซึ่งเป็นผลจากสนามแรงโน้มถ่วง จะเริ่มยืดและจากนั้นก็ทึ้งดาวอย่างรุนแรงจนกระทั่งมันฉีกออกจากกันเป็นชิ้นๆ

ภาพอธิบายดาวดวงหนึ่ง(ในพื้นหน้า) ที่พบกับการรีดเป็นเส้นแบนเหมือนสปาเก็ตตี้ เมื่อมันถูกดึงเข้าหาโดยหลุมดำมวลมหาศาลแห่งหนึ่ง(ในพื้นหลัง) ในระหว่าง tidal disruption event เหตุการณ์หนึ่ง ในการศึกษาใหม่ ทีมนักดาราศาสตร์ได้พบว่าเมื่อหลุมดำกลืนดาวไป มันจะระเบิดวัสดุสารออกมาด้วย ซึ่งจะกลายเป็นอุปสรรคที่ปิดบังแสงวาบไว้

     เหตุการณ์ที่เรียกว่า TDE(Tidal Disruption Events) นี้ได้สร้างแสงจ้าสว่างก่อนที่ชิ้นส่วนของดาวที่ถูกทำลายจะหายไปในขอบฟ้าสังเกตการณ์(event horizon) ของหลุมดำ แต่แสงวาบก็มักจะถูกปิดบังไว้บางส่วนโดยเมฆฝุ่น ซึ่งทำให้การศึกษาในรายละเอียดที่สูงขึ้นนั้นเป็นไปได้ยาก แต่ TDE ใหม่ซึ่งถูกพบครั้งแรกในเดือนกันยายนปีที่แล้ว และมีชื่อว่า AT2019qiz ขณะนี้กำลังช่วยทีมนักดาราศาสตร์ซึ่งนำโดย Matt Nicholl จากมหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮม ในสหราชอาณาจักร เปิดช่องทางใหม่ๆ สู่กำเนิดของฝุ่นนี้

     Samantha Oates นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮม กล่าวว่า เราพบว่าเมื่อหลุมดำแห่งหนึ่งกลืนดาวดวงหนึ่งเข้าไป มันก็อาจจะระเบิดมวลสารที่ทรงพลังออกมาซึ่งปิดบังการมองเห็นของเราไว้ นี่เกิดขึ้นเนื่องจากพลังงานที่หลุมดำเปล่งออกมาเมื่อกินวัสดุสารดาว ได้ขับเศษซากดาวบางส่วนออกมา เมื่อมันเคลื่อนที่ออกไกลจากหลุมดำ วัสดุสารนี้จะเย็นตัวลงกลายเป็นอุปสรรคขวางกั้นการสำรวจ  

     TDEs ที่เกิดกับดาวเป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ประหลาดในอวกาศเหตุการณ์หนึ่งที่เป็นไปไม่ได้เลยที่จะทำนาย คุณแค่ต้องสำรวจท้องฟ้าอย่างต่อเนื่องและรอแสงวาบปรากฏขึ้น และนั้นก็คือสิ่งที่เกิดขึ้นกับ AT2019qiz และนักดาราศาสตร์ก็หันกล้องโทรทรรศน์ไปที่พื้นที่ขนาดเล็กแห่งหนึ่งบนท้องฟ้าในกลุ่มดาวแม่น้ำ(Eridanus) อย่างรวดเร็ว และเป็นใจกลางของกาแลคซีกังหันแห่งหนึ่งที่อยู่ห่างออกไป 215 ล้านปีแสง

     การสำรวจท้องฟ้าหลายต่อหลายงานได้พบการเปล่งคลื่นจากเหตุการณ์การรบกวนด้วยแรงบีบฉีกครั้งใหม่ได้เร็วมากๆ หลังจากที่ดาวถูกฉีกออก Thomas Wevers นักดาราศาสตร์ ซึ่งขณะทำงานวิจัยนี้อยู่ที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในสหราชอาณาจักร กล่าว เราหันกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินและในอวกาศชุดหนึ่งได้แก่ กล้องโทรทรรศน์ใหญ่มาก(VLT) และกล้องโทรทรรศน์เทคโนโลจีใหม่ของหอสังเกตการณ์ทางใต้ของยุโรป(ESO),  เครือข่ายกล้องโทรทรรศน์ทั่วโลกหอสังเกตการณ์ลาสคัมเปรส และดาวเทียมสวิฟท์ ไปในทิศทางนั้นในทันที เพื่อดูว่าแสงถูกสร้างได้อย่างไร

      เมื่อดาวถูกฉีกทึ้งเป็นชิ้น เศษซากที่เกิดขึ้นบางส่วนจะถูกยืดออกเป็นเส้นสปาเก็ตตี้(spaghettifies) กลายเป็นเส้นด้ายวัสดุสารยาวและบางที่ป้อนลงสู่หลุมดำ แสงวาบที่เกิดขึ้นเป็นผลจากอิทธิพลแรงโน้มถ่วงและแรงเสียดทานที่รุนแรงมากในวัสดุสารที่สะสม(รอบหลุมดำ) นี้ อิทธิพลเหล่านี้ทำให้วัสดุสารร้อนขึ้นจนมีอุณหภูมิสูงพอที่ TDE จะสว่างเกินแสงจากกาแลคซีต้นสังกัดของมันได้

ภาพจากศิลปินแสดง spaghettify

     จากแสงวาบช่วงต้น TDE ก็ค่อยๆ สลัวลงในช่วงเวลา 6 เดือนที่สำรวจ Nicholl และทีมสำรวจและตรวจสอบการสลัวลงของ AT2019qiz อย่างระมัดระวังในหลายความยาวคลื่นแสง ซึ่งรวมถึงอุลตราไวโอเลต, คลื่นวิทยุ, ช่วงตาเห็นและรังสีเอกซ์ ซึ่งก็มีโชคดีอีกครั้งเมื่อ TDEs จะเรืองในช่วงตาเห็นและอุลตราไวโอเลตเป็นส่วนใหญ่ แสงเหล่านี้ช่วยให้ทีมได้คำนวณมวลที่เกี่ยวข้องใน AT2019qiz และเป็นครั้งแรกที่มีความเชื่อมโยงโดยตรงระหว่างวัสดุสารที่ไหลออกจากดาวฤกษ์และการลุกจ้าสว่างที่เปล่งออกมาเมื่อมันถูกกลืนโดยหลุมดำ

     การสำรวจได้แสดงว่าดาวมีมวลพอๆ กับดวงอาทิตย์ของเรา และมันเสียมวลราวครึ่งหนึ่งให้กับหลุมดำ ซึ่งมีมวลมากกว่า 1 ล้านเท่า Nicholl ซึ่งเป็นนักวิจัยเยี่ยมเยือนที่มหาวิทยาลัยเอดินเบอระ กล่าว นอกจากการตอบสนองต่อเหตุการณ์อย่างรวดเร็วแล้ว ระยะทางที่ใกล้ และการสำรวจในช่วงสเปคตรัมที่กว้างกว่าปกติ พวกเขายังได้ตรวจสอบพบว่าฝุ่นที่ปกคลุมนั้นเป็นส่วนหนึ่งของ TDE และมีความเกี่ยวข้องกัน

      เนื่องจากเราพบมันตั้งแต่ต้น เราจึงได้เห็นว่าม่านฝุ่นและเศษซากถูกปัดเป่าออกไปเมื่อหลุมดำได้ระเบิดวัสดุสารออกมาด้วยความเร็วถึง 1 หมื่นกิโลเมตรต่อวินาที Kate Alexander นักวิจัยนาซาที่มหาวิทยาลัยนอร์ธเวสเทิร์น กล่าว การได้แง้มหลังม่านนี้ จึงเป็นโอกาสแรกที่ช่วยให้ระบุกำเนิดของวัสดุสารที่ปิดบัง และตามรอยว่ามันปกคลุมหลุมดำอย่างไรในเวลาจริง  

     AT2019qiz เป็นเหตุการณ์การรบกวนด้วยแรงบีบฉีกที่เกิดขึ้นใกล้ที่สุดเท่าที่เคยพบมา และยังสำรวจตลอดช่วงสเปคตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าด้วย นี่เป็นกรณีแรกที่เราได้เห็นหลักฐานโดยตรงของก๊าซที่กำลังไหลออกมาในระหว่างที่เกิดกระบวนการการรบกวนและการสะสมมวลสาร ซึ่งอธิบายได้ทั้งการเปล่งคลื่นช่วงตาเห็นและคลื่นวิทยุที่เราได้เห็นในอดีต Edo Berger นักดาราศาสตร์จากศูนย์ฮาร์วาร์ดสมิธโซเนียนเพื่อดาราศาสตร์ฟิสิกส์ กล่าว

ลำดับเหตุการณ์ TDE 

      กระทั่งบัดนี้ ธรรมชาติของการเปล่งคลื่นเหล่านี้ก็ยังเป็นที่ถกเถียงอย่างหนักหน่วง แต่ถึงตอนนี้เราได้เห็นว่าการเปล่งคลื่นทั้งสองส่วนมีความเชื่อมโยงผ่านกระบวนการเดียว เหตุการณ์นี้กำลังสอนเราเกี่ยวกับกระบวนการทางกายภาพในรายละเอียดของการสะสมมวลสารและการผลักมวลจากหลุมดำมวลมหาศาล งานวิจัยนี้จึงเป็นงานศึกษา TDEs ที่ทำลายสถิติใหม่ๆ

      เมื่อต้นปีนี้ นักวิจัยทีมหนึ่งเพิ่งยืนยันว่าเศษซากจากดาวที่ถูกรบกวนดวงหนึ่งบางส่วนก็หมุนวนเข้าสู่ดิสก์มวลสารที่ป้อนเข้าสู่หลุมดำ เหมือนกับน้ำที่ไหลลงสู่ท่อระบายน้ำทิ้ง TDE เหตุการณ์หนึ่งที่เกิดขึ้นเมื่อไม่กี่ปีก่อนหน้าก็เผยให้เห็นว่ามีไอพ่นพลาสมาถูกยิงออกจากหลุมดำนั้น เป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลของดาวที่มันกลืนไป และดาวดวงหนึ่งที่หนีออกจากการรบกวนได้แสดงว่าหลุมดำสามารถปันส่วนอาหารของมัน และเก็บส่วนที่เหลือไว้กินในอีกไม่กี่พันล้านปีได้

     แต่สำหรับ AT2019qiz นักวิจัยบอกว่าเป็นกรณีพิเศษที่ยังคงช่วยเหลือความพยายามของเราในการเข้าใจเหตุการณ์ที่ไม่น่าเชื่อเหล่านี้ พวกเขาเขียนในรายงานว่า มีข้อมูลที่มากมายจากที่นี่ ซึ่งจะทำให้ AT2019qiz เป็นเสมือนหินโรเซตตา(Rosetta stone) ในการแปลผลการสำรวจ TDE อื่นๆ ในอนาคตในยุคที่มีตัวอย่างกลุ่มใหญ่ที่คาดว่าจะได้จาก Zwicky Transient Facility, หอสังเกตการณ์รูบิน(Vela Rubin Observatory) และการสำรวจใหม่ๆ อื่นๆ ต่อไป งานวิจัยเผยแพร่ใน Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

แหล่งข่าว sciencealert.com : witness the very last scream of light from a star devoured by a black hole
             spaceref.com : the last moments of a star devoured by a black hole
               ifscience.com : astronomers catch closest star getting ripped apart by a black hole