ซุปเปอร์โนวาก่อนเวลาอันควร

ซ

ภาพจากศิลปินแสดงวัตถุกะทัดรัดดวงหนึ่งซึ่งอาจเป็นดาวนิวตรอนหรือกระทั่งหลุมดำที่กำลังพุ่งเข้าหาแกนกลางของดาวฤกษ์มวลสูงข้างเคียงของมัน หลังจากหมุนวนรอบกันและกันมาหลายร้อยปี วัตถุกะทัดรัดปล่อยไอพ่นวัสดุสารออกมาด้วยความเร็วสัมพัทธภาพตามที่แสดงนี้ได้พุ่งทะลุดาวฤกษ์ออกมา เมื่อไอพ่นหลุดพ้น ดาวจะระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวา      
  

    นักดาราศาสตร์ได้พบหลักฐานสำคัญว่าหลุมดำหรือดาวนิวตรอนที่หมุนวนเข้าสู่แกนกลางของดาวฤกษ์ข้างเคียง ทำให้ดาวข้างเคียงระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวาได้ เป็นแนวคิดที่เสนอเป็นครั้งแรกโดย Roger Chevalier จากมหาวิทยาลัยเวอร์จิเนียในปี 2012 ว่าวัตถุกะทัดรัดในระบบคู่กะทัดรัด(compact binary) น่าจะเป็นตัวการให้ดาวฤกษ์เพื่อนบ้านของมันระเบิดก่อนสุกงอม

     นักดาราศาสตร์ต้องงงงันกับข้อมูลที่ได้จากการสำรวจ VLASS(Very Large Array Sky Survey) ซึ่งเป็นโครงการยาวหลายปีที่ใช้เครือข่ายกว้างมาก(Karl G. Jansky Very Large Array) ของมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ Dillon Dong นักศึกษาจากสถาบันเทคโนโลจีแห่งคาลิฟอร์เนีย(Caltech) และผู้เขียนนำรายงานการค้นพบในวารสาร Science วันที่ 3 กันยายน กล่าวว่านักทฤษฎีได้ทำนายว่าเหตุการณ์ลักษณะนี้น่าจะเกิดขึ้น แต่นี่เป็นครั้งแรกที่เราได้เห็นเหตุการณ์นี้จริงๆ

     เงื่อนงำแรกมาจากนักวิทยาศาสตร์ที่ตรวจสอบภาพจาก VLASS ซึ่งเริ่มการสำรวจในปี 2017 และพบวัตถุแห่งหนึ่งซึ่งเปล่งคลื่นวิทยุเจิดจ้ามาก แต่กลับไม่ปรากฏในโครงการสำรวจ VLA ก่อนหน้านั้นที่เรียกว่า FIRST(Faint Images of the Radio Sky at Twenty centimeters) พวกเขาทำการสำรวจติดตามผลวัตถุนี้ซึ่งได้ชื่อว่า VT 1210+4956 โดยใช้ VLA และกล้องเคกในฮาวายซึ่งสำรวจในช่วงตาเห็นและอินฟราเรด พวกเขาตรวจสอบว่าการเปล่งคลื่นวิทยุที่สว่างนี้มาจากชายขอบของกาแลคซีแคระที่กำลังก่อตัวดาวแห่งหนึ่ง ซึ่งอยู่ห่างออกไป 480 ล้านปีแสงจากโลก ต่อมา พวกเขาก็พบว่า MAXI(Monitor of All Sky X-ray Image) เครื่องมือชิ้นหนึ่งบนสถานีอวกาศนานาชาติได้ตรวจจับการปะทุรังสีเอกซ์จากวัตถุนี้ได้ในปี 2014

     ข้อมูลจากการสำรวจทั้งหมดเหล่านี้ช่วยให้นักดาราศาสตร์ได้ปะติดปะต่อความเป็นมาอันน่าอัศจรรย์ของการเต้นรำสู่ความตายที่ยาวนานนับร้อยปีระหว่างดาวฤกษ์มวลสูงสองดวง เช่นเดียวกับดาวเกือบทั้งหมดที่มีมวลสูงกว่าดวงอาทิตย์อย่างมาก ทั้งสองก่อตัวขึ้นมาเป็นระบบคู่ โคจรรอบกันและกันอย่างใกล้ชิด หนึ่งในสองนั้นมีมวลสูงกว่าอีกดวง และพัฒนาผ่านช่วงชีวิตที่สร้างพลังงานจากการหลอมนิวเคลียร์ฟิวชั่นปกติ ได้เร็วกว่าและระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวา เหลือหลุมดำหรือดาวนิวตรอนทิ้งไว้

     หลุมดำหรือดาวนิวตรอนนี้ มีวงโคจรที่เข้าใกล้ดาวข้างเคียงมากขึ้นเรื่อยๆ และเมื่อราว 300 ปีก่อน มันก็หลุดเข้าสู่ชั้นบรรยากาศดาวข้างเคียงเริ่มต้นการเต้นรำสู่ความตาย ณ จุดนี้ ปฏิสัมพันธ์เริ่มพ่นก๊าซออกจากดาวข้างเคียงออกสู่อวกาศ ก๊าซที่พ่นออกมา เหวี่ยงออกไปก่อตัวเป็นวงแหวนรูปร่างคล้ายโดนัทที่ขยายตัวออก ซึ่งเรียกว่า ทอรัส(Torus) รอบๆ คู่นี้ และสุดท้าย หลุมดำหรือดาวนิวตรอน ก็พุ่งเข้าสู่แกนกลางของดาวข้างเคียง รบกวนนิวเคลียร์ฟิวชั่นที่สร้างพลังงานซึ่งรักษาแกนกลางไม่ให้ยุบตัวลงภายใต้แรงโน้มถ่วง เมื่อแกนกลางยุบลง มันก็ก่อตัวดิสก์วัสดุสารขึ้นมารอบผู้บุกรุกเป็นช่วงสั้นๆ และผลักไอพ่นวัสดุสารออกจากดิสก์ ด้วยความเร็วเกือบเท่าแสง พุ่งถางทะลุดาวออกมา

ภาพจากแบบจำลองเมื่อวัตถุกะทัดรัดที่โคจรเข้าใกล้ดาวฤกษ์ ทำให้ก๊าซของดาวถูกเหวี่ยงออกมาก่อตัวเป็นรูปโดนัท 

     ไอพ่นนี้เองที่สร้างรังสีเอกซ์ที่เครื่องมือ MAXI บนสถานีอวกาศนานาชาติได้เห็น และนี่ก็ยืนยันเวลาที่เกิดเหตุการณ์ในปี 2014 Dong กล่าว การยุบตัวของแกนกลางดาวฤกษ์เป็นสาเหตุให้มันระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวา ตามหลังคู่หูไป Dong กล่าวว่า แน่นอนว่าดาวข้างเคียงจะต้องระเบิดในที่สุด แต่การควบรวมนี้เร่งกระบวนการให้เร็วขึ้น

     วัสดุสารที่ผลักออกมาในการระเบิดซุปเปอร์โนวาปี 2014 เคลื่อนที่เร็วกว่าวัสดุสารที่ถูกสาดออกมาก่อนหน้าโดยดาวข้างเคียง และในช่วงเวลาที่ VLASS สำรวจวัตถุนี้ แรงระเบิดซุปเปอร์โนวากำลังชนเข้ากับวัสดุสารนั้น เกิดการกระแทก(shock) ที่ทรงพลังที่สร้างการเปล่งคลื่นวิทยุออกมาให้ VLA ได้เห็นในปี 2017 Gregg Hallinan ศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์จากคาลเทค กล่าวว่า ชิ้นส่วนทั้งหมดของปริศนาสอดคล้องเข้ากันเพื่อบอกเล่าเรื่องราวอันน่าอัศจรรย์นี้ เศษซากจากดาวที่ระเบิดเมื่อนานมาแล้วพุ่งเข้าหาดาวข้างเคียง เป็นสาเหตุให้มันระเบิดเช่นกัน นี่เป็นครั้งแรกที่มีการยืนยันการเกิดซุปเปอร์โนวาที่เหนี่ยวนำโดยการควบรวม

     กุญแจสู่การค้นพบนี้ก็คือ VLASS Hallinan กล่าว ซึ่งถ่ายภาพทั่วท้องฟ้าในละติจูดที่ VLA ตั้งอยู่(ประมาณ 80%) สามครั้งตลอดเจ็ดปี หนึ่งในเป้าหมายที่ทำการสำรวจ VLASS แบบนั้นก็เพื่อค้นพบวัตถุชั่วคราว(transient objects; วัตถุที่ปรากฏขึ้นเป็นช่วงเวลาสั้นๆ) เช่น การระเบิดซุปเปอร์โนวาที่เปล่งสว่างในช่วงคลื่นวิทยุ อย่างไรก็ตาม ซุปเปอร์โนวานี้ซึ่งเกิดจากการควบรวมก็เป็นเรื่องที่สร้างความประหลาดใจ ในบรรดาสิ่งที่เราคิดว่าจะได้พบด้วย VLASS ซุปเปอร์โนวานี้ไม่ได้เป็นหนึ่งในนั้นเลย เขากล่าว

     เมื่อหอสังเกตการณ์รูบิน(Vera C. Rubin Observatory) ซึ่งสำรวจทั่วท้องฟ้าจะพร้อมออนไลน์ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า มันก็น่าจะช่วยแจกแจงคุณลักษณะของเหตุการณ์ที่พบได้ยากและไม่ปกติอย่างซุปเปอร์โนวาจากการควบรวมนี้

    

แหล่งข่าว spaceref.com : stellar collision triggers a supernova explosion
                sciencealert.com : astronomers identify an entirely new type of supernova born in a violent star merger   
               iflscience.com : a black hole may have collided with a star creating a new type of supernova
                skyandtelescope.com : new kind of supernova implodes stars before their time