การปะทุรุนแรงจากดาวแม่เหล็ก

 

ดาวแม่เหล็ก หรือมักนีตาร์(magnetic star/magnetar) เป็นวัตถุในอวกาศที่มีสนามแม่เหล็กรุนแรงที่สุดเท่าที่เคยพบในเอกภพ เส้นแรงสนามแม่เหล็กที่บิด, ขาดและเชื่อมต่อกันใหม่(magnetic recombination) ได้ปลดปล่อยพลังงานออกมา สร้างความเครียดให้กับเปลือกดาวจนปะทุสว่างออกมา

 นักวิทยาศาสตร์เพิ่งรายงานว่า ดาวแม่เหล็กความหนาแน่นสูงดวงหนึ่งเพิ่งปะทุพลังงานอย่างรุนแรงมากในระดับถึงหนึ่งพันล้านเท่าของดวงอาทิตย์ และเกิดในเพียงช่วงเสี้ยววินาที

     ดาวชนิดนี้ ซึ่งเรียกว่า มักนีตาร์(magnetar) เป็นดาวนิวตรอนกลุ่มย่อยชนิดที่มีสนามแม่เหล็กที่รุนแรงเป็นพิเศษ และมักนีตาร์ก็มักจะเกิดการลุกจ้าที่น่าตื่นตามากโดยไร้วี่แววล่วงหน้า แต่แม้ว่ามักนีตาร์จะสว่างกว่าดวงอาทิตย์ของเราหลายพันเท่า แต่การปะทุของพวกมันก็เกิดเพียงชั่วพริบตาและทำนายไม่ได้ จนท้าทายนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ให้ค้นหาและศึกษา

     อย่างไรก็ตาม นักวิจัยเพิ่งได้พบการลุกจ้าเหล่านี้เหตุการณ์หนึ่ง และคำนวณการเปลี่ยนแปลงความสว่างของดาวเมื่อเกิดการปะทุพลังงาน นักวิทยาศาสตร์พบว่า มักนีตาร์ที่ห่างไกลดวงนี้เปล่งพลังงานมากพอๆ กับที่ดวงอาทิตย์ของเราสร้าง 1 แสนปี และมันก็ปล่อยออกมาในเวลาเพียง 0.1 วินาที ตามแถลงการณ์ที่แปลจากภาษาสเปน

     ดาวนิวตรอน(neutron stars) ก่อตัวขึ้นเมื่อดาวฤกษ์มวลสูงดวงหนึ่งยุบตัวลงเมื่อถึงจุดจบของชีวิต เมื่อดาวตายในการระเบิดซุปเปอร์โนวา โปรตอนและอิเลคตรอนในแกนกลางของมันจะถูกบีบเข้าด้วยกันจนมวลขนาดดวงอาทิตย์ถูกบีบจนมีแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงมาก, มีการหมุนรอบตัวที่เร็วมาก และสนามแม่เหล็กที่ทรงพลัง ดาวนิวตรอนมีขนาดตั้งแต่ 1.3 ถึง 2.5 เท่ามวลดวงอาทิตย์ บีบอัดในทรงกลมที่มีความกว้างเพียงราว 20 กิโลเมตรเท่านั้น ส่วนมักนีตาร์ก็เป็นดาวนิวตรอนที่สนามแม่เหล็กรุนแรงกว่าดาวนิวตรอนทั่วไปได้ถึง 1000 เท่า หรือรุนแรงกว่าสนามแม่เหล็กโลก 1 พันล้านล้านเท่า เป็นแม่เหล็กที่รุนแรงที่สุดเท่าที่เคยพบในเอกภพ

วัฏจักรชีวิตของดาวฤกษ์มวลสูง(อย่างน้อย 8 เท่ามวลดวงอาทิตย์ขึ้นไป) จะมีชีวิตที่สั้นและโชติช่วง โดยจะจบชีวิตด้วยการระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวา เหลือซากแกนกลางที่มีความหนาแน่นสูงมากทิ้งไว้เป็นดาวนิวตรอน หรือกระทั่งหลุมดำ

     Alberto J. Castro-Tirado ผู้เขียนนำการศึกษา ศาสตราจารย์การวิจัยที่สถาบันเพื่อดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งอันดาลูเชีย ที่สภาวิจัยแห่งสเปน กล่าวว่า ดวงอาทิตย์ของเราดูซีดเซียวไปเลยเมื่อเทียบกับดาวสว่างและมีหนาแน่นสูงเหล่านี้ แม้แต่เมื่อพวกมันไม่ได้ปะทุพลังงานออกมา มักนีตาร์ก็อาจสว่างกว่าดวงอาทิตย์ของเราได้ถึง 1 แสนเท่า แต่ในกรณีของการลุกจ้าที่เราได้ศึกษา GRB2001415 พลังงานของมันที่ปล่อยออกมาเทียบเท่ากับที่ดวงอาทิตย์ผลิตในช่วง 1 แสนปี

      มักนีตาร์ดวงนี้อยู่ในกาแลคซีช่างแกะสลัก(Sculptor Galaxy/Silver Coin Galaxy; NGC 253) ซึ่งเป็นกาแลคซีกังหันแห่งหนึ่งที่อยู่ห่างออกไปประมาณ 13 ล้านปีแสง Victor Reglero ผู้เขียนร่วม กล่าวว่า มันเป็นปีศาจในอวกาศอย่างแท้จริง การลุกจ้าครั้งใหญ่นั้นถูกพบในวันที่ 15 เมษายน 2020 โดยเครื่องมือ ASIM(Atmosphere-Space Interactions Monitor) บนสถานีอวกาศนานาชาติซึ่งเป็นกล้องที่ออกแบบมาเพื่อตรวจสอบปรากฏการณ์ต่างๆ ในชั้นบรรยากาศโลก ไม่ใช่เพื่อตรวจการปะทุเลย นักวิจัยรายงานในวารสาร Nature วันที่ 22 ธันวาคม 2021

     โดยปกติ การปะทุพลังงานลักษณะนี้จะทำให้อุปกรณ์ที่ออกแบบมาอิ่มแสงจนศึกษาในรายละเอียดไม่ได้เลย แต่ปัญญาประดิษฐ์ในระบบ ASIM ได้ตรวจพบการลุกจ้านี้ ช่วยให้นักวิจัยได้วิเคราะห์ระดับพลังงานที่พุ่งขึ้นอย่างเกรี้ยวกราดแต่เป็นเวลาชั่วพริบตาเพียง 0.16 วินาที และจากนั้นสัญญาณก็สลายไปอย่างรวดเร็ว จนแทบจะแยกแยะจากสัญญาณกวนพื้นหลังในข้อมูลไม่ออก ผู้เขียนการศึกษาใช้เวลามากกว่าหนึ่งปีเพื่อวิเคราะห์การรวบรวมข้อมูลสองวินาทีของ ASIM แบ่งเหตุการณ์การลุกจ้าออกเป็น 4 สถานะ โดยมีพื้นฐานจากการปล่อยพลังงานของมักนีตาร์ และจากนั้นก็ตรวจสอบการแปรผันในสนามแม่เหล็กดาว ซึ่งเกิดขึ้นจากสัญญาณพลังงานในจุดที่พุ่งสูงสุด

      แทบจะราวกับว่ามักนีตาร์ดวงนี้ตัดสินใจประกาศการมีอยู่ของมันท่ามกลางความโดดเดี่ยวในอวกาศ โดยการตะโกนออกมาด้วยพลังเทียบเท่ากับ 1 พันล้านดวงอาทิตย์ Reglero กล่าว จากบรรดาดาวนิวตรอนราว 3 พันดวงที่พบ จำแนกว่าเป็นมักนีตาร์ได้เพียง 30 ดวงเท่านั้น และนี่ก็เป็นการลุกจ้าจากมักนีตาร์ที่อยู่ไกลที่สุดเท่าที่เคยพบมา

     นักวิทยาศาสตร์สงสัยว่าการปะทุพลังงานเช่นแบบนี้อาจจะเกิดขึ้นจากสิ่งที่เรียกว่า ดาวไหวสะเทือน(starquakes) ที่เปลือก ซึ่งสร้างคลื่นอัลเฟียน(Alfven waves) รบกวนชั้นมักนีโตสเฟียร์(magnetosphere) ของดาวแม่เหล็ก คลื่นเหล่านี้วิ่งย้อนไปย้อนมาระหว่างเส้นแรงสนามแม่เหล็ก ปล่อยพลังงานออกมาเมื่อพวกมันมีปฏิสัมพันธ์ในกระบวนการที่เรียกว่า การเชื่อมต่อใหม่ของเส้นแรงสนามแม่เหล็ก(magnetic reconnection) และการสำรวจที่พบได้ยากนี้ก็น่าจะช่วยนักวิจัยได้เปิดเผยตัวสร้างความเครียดการสำลักพลังงานของมักนีตาร์ได้

แหล่งข่าว space.com : “cosmic monster” star spits energy with the force of a billion suns
                iflscience.com : magnetar’s immense explosion reveals high frequency oscillations for first time  
               sciencealert.com : what we learned from a dead star erupting with the fire and fury of 100,000 suns