ดาวที่กลายเป็นสปาเกตตี

 

          การลุกจ้าที่สว่างเจิดจ้ามากจากที่ไกลออกไป 7 ร้อยล้านปีแสงดูจะกลายเป็นสิ่งที่เฝ้ารอมานาน จากใจกลางกาแลคซีแห่งหนึ่ง ดาวดวงหนึ่งส่งแสงคร่ำครวญออกมาเมื่อมันถูกฉีกทึ้งและถูกหลุมดำแห่งหนึ่งที่มีมวลประมาณ 5 ล้านเท่าดวงอาทิตย์กลืนไปบางส่วน และการวิเคราะห์ใหม่ได้แสดงว่ามันกำลังเข้าสู่กระบวนการทำเส้นสปาเกตตี(spaghettification)

     การตายของดาวโดยปกติมักจะเป็นเหตุการณ์ที่รุนแรง แต่การตายโดยถูกยืดเป็นสปาเกตตีอาจจะเป็นสิ่งที่รุนแรงที่สุดที่เกิดขึ้นแล้ว ซึ่งจะเกิดเมื่อดาวฤกษ์ดวงหนึ่งผ่านเข้าใกล้หลุมดำแห่งหนึ่งมากเกินไป และสนามแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงของมัน ที่กระทำต่อด้านใกล้ของดาวจะรุนแรงกว่า จนฉีกดาวออกเป็นชิ้น เป็นเหตุการณ์ที่เราเรียกอย่างสุภาพว่า tidal disruption event เมื่อดาวถูกฉีก เศษซากบางส่วนก็จะถูกดึงยืดคล้ายเส้นสปาเกตตี เป็นสายใยวัสดุสารที่บางและยาวคล้ายเส้นสปาเกตตี ห่อหุ้มไปรอบๆ และไหลลงสู่หลุมดำ

     เราสามารถตรวจจับกระบวนการนี้ได้ก็เพราะมันสร้างการลุกจ้าที่สว่างมาก ซึ่งเกิดขึ้นจากอิทธิพลแรงโน้มถ่วงและแรงเสียดทานในดิสก์สะสมมวลสาร(accretion disk) รอบๆ หลุมดำ แสงซึ่งต่อมาจะค่อยๆ จางลงเมื่อวัสดุสารพร่องหายไป

     เหตุการณ์ลักษณะนี้ถูกพบในเดือนเมษายน 2019 โดย Zwicky Transient Facility ซึ่งสำรวจท้องฟ้าโดยมองหาเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นชั่วขณะ(transient events) เหตุการณ์ในคำถามนี้ ซึ่งต่อมาได้ชื่อ AT2019dsg มีความสว่างที่ไม่ปกติ แม้แต่ในบรรดา tidal disruption events(TDEs) ด้วยกัน โดยมีการลุกจ้าตั้งแต่รังสีเอกซ์, อุลตราไวโอเลต, ช่วงตาเห็นและคลื่นวิทยุ

     ขอบในของดิสก์สะสมมวลสารอยู่ใกล้กับหลุมดำมากที่สุด เป็นส่วนที่ร้อนที่สุดของดิสก์และจึงเปล่งรังสีที่มีพลังงานสูงสุดคือ รังสีเอกซ์ออกมา เราสามารถตรวจจับรังสีเอกซ์ได้ก็ย่อมหมายความว่าเรากำลังจ้องมองไปตามแนวขั้วของหลุมดำมวลมหาศาล ไม่เช่นนั้นแล้ว ก็น่าจะถูกปกปิดไว้โดยพื้นที่ส่วนนอกของดิสก์สะสมมวลสาร ลองคิดถึงการมองโดนัทจากด้านข้าง คุณก็จะมองไม่เห็นรูตรงกลาง ใช่มั้ย

      แน่นอนว่าเราเห็นการเปล่งรังสีเอกซ์จาก TDEs มาก่อน แต่กับ AT2019dsg แล้วมีบางสิ่งที่แตกต่างออกไปอย่างมาก หลุมดำของมันไม่ได้มีกิจกรรมสูงนักซึ่งช่วยให้นักวิจัยตามรอยเหตุการณ์ตั้งแต่ 34 วันหลังเหตุการณ์ จนถึง 411 หลังจากนั้น ขณะนี้ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติที่นำโดย Giancomo Cannizzaro และ Peter Jonker จากสถาบันเพื่อการวิจัยอวกาศเนเธอร์แลนด์ส(SRON) ได้ตรวจสอบแสงตลอดช่วงความยาวคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และพบเส้นดูดซับคลื่น(absorption lines) โดยปกติเมื่อนักดาราศาสตร์เก็บภาพแสง ถ้าแสงนี้เดินทางผ่านบางสิ่ง เช่น ก๊าซหรือฝุ่น ที่ทำให้แสงในบางช่วงความยาวคลื่นถูกกั้นหรือช้าลง ก็จะปรากฏเป็นเส้นมืดในแถบสเปคตรัม

     เส้นสเปคตรัมดูดซับคลื่นปรากฏได้ในทุกเหตุการณ์ แต่ไม่ใช่ในกรณีเมื่อมองจากขั้วหลุมดำมวลมหาศาล ดิสก์สะสมมวลสารมักจะโคจรในพื้นที่ศูนย์สูตร เหมือนกับวงแหวนของดาวเสาร์ และเมื่อมองจากขั้วลงไป มุมมองก็จะค่อนข้างโล่ง นอกจากนี้ ความแปรผันและความกว้างของเส้นดูดซับคลื่นเหล่านั้นก็ยังน่าประหลาดด้วย รูปแบบที่พบดูจะบอกถึงก้อนวัสดุสารจำนวนมาก คล้ายกับก้อนด้าย

      สิ่งนี้เองที่บอกว่าจะต้องมีบางสิ่งที่ห่อไปรอบๆ หลุมดำในมุมที่ไม่ปกติ เช่น สายใยของดาวที่ถูกรบกวนด้วยแรงโน้มถ่วงจนกลายเป็นเส้นยาว บางที อาจจะถูกเหวี่ยงออกมาจากเศษซากส่วนที่เหลือ เมื่อดาวถูก(หลุมดำ) รบกวน เศษซากก็อาจจะก่อตัวเป็นกระแสธารที่มีแรงโน้มถ่วงในตัวมันเอง นักวิจัยเขียนไว้ในรายงาน สิ่งที่เราอาจจะกำลังได้เห็นก็คือเส้นดูดซับคลื่นเกิดขึ้นจากกระแสธารเหล่านั้น ซึ่งการเคลื่อนที่โคจรและความเร็วที่แตกต่างกันของกระแสธารเหล่านั้น เป็นสาเหตุให้เกิดการแปรผันความกว้างของเส้นดูดซับคลื่น

     เพื่อที่จะแปลผลแล้ว เราจะต้องมีกระแสธารที่มีแรงโน้มถ่วงในตัว บางส่วนที่หักเหออกด้วยมุมที่กว้างเหนือและใต้ขั้วหลุมดำ ในขณะที่กระแสธารส่วนที่เหลือก็ยังคงหมุนวนเข้าสู่ดิสก์สะสมมวลสาร ถ้าการแปลผลการเกิดสปาเกตตีดาวนี้ถูกต้อง ก็น่าจะเป็นครั้งแรกที่เรามีหลักฐานโดยตรงว่ากระบวนการนี้เกิดขึ้นจริง

     ทีมเชื่อมั่นว่าหลุมดำเรียงตัวในแนวขั้ว แทนที่จะเป็นด้านหันข้างด้วยเหตุผล 2 ประการ ถ้าหลุมดำไม่ได้หันด้านขั้วเข้าหาเรา เราก็ไม่เห็นจะเห็นการเปล่งรังสีเอกซ์จากดิสก์ และสเปคตรัมแสงจากดาวที่กลายเป็นสปาเกตตียังมีเงื่อนงำสำคัญมาก เมื่อเส้นสเปคตรัมดูดซับคลื่นจะแคบ พวกมันไม่ได้กว้างโดยปรากฏการณ์ดอปเปลอร์อย่างที่คุณคาดไว้ถ้ามองเห็นดิสก์ที่กำลังหมุนรอบตัวเมื่อวัสดุสารหมุนเข้ามา หรือถอยห่างจากผู้สังเกตการณ์   

     AT2019dsg เคยอยู่ในความสนใจมาแล้วก่อนหน้านี้ เมื่อนักวิทยาศาสตร์ตรวจจับสิ่งที่ดูเหมือนจะเป็นนิวตริโนพลังงานสูงที่วิ่งออกจากเหตุการณ์นี้ คงต้องคนสงสัยว่าจะมีสิ่งที่น่าประหลาดใจอื่นจากการตายของดาวดวงนี้ เหลืออยู่อีกหรือไม่ งานวิจัยเผยแพร่ใน Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

 

แหล่งข่าว sciencealert.com : astronomers witnessed a star being violently “spaghettified” by a black hole
                iflscience.com : astronomers catch “spaghettified” star as it wraps around black hole for first time