ที่มาของการระเบิด "เดอะคาว"

 

     ในวันที่ 16 มิถุนายน 2018 กล้องโทรทรรศน์รอบโลกได้พบแสงจ้าสีฟ้าสว่างเหตุการณ์หนึ่งจากแขนกังหันของ CGCG 137-068 กาแลคซีแห่งหนึ่งที่อยู่ห่างออกไป 2 ร้อยล้านปีแสงในกลุ่มดาวเฮอร์คิวลิส(Hercules) การปะทุที่ทรงพลังนี้เหมือนเป็นซุปเปอร์โนวาเมื่อมองปราดแรก แต่มันสว่างมากกว่าและสว่างขึ้นเร็วกว่า และมีสีฟ้ามากกว่าการระเบิดใดๆ ที่เคยเห็นมา สัญญาณซึ่งต่อมาระบุเป็นเหตุการณ์ AT2018cow จึงถูกเรียกสั้นๆ แค่ว่า เดอะ คาว(the Cow) และนักดาราศาสตร์ก็จัดจำแนกให้มันเป็น fast blue optical transients(FBOTs) ซึ่งเป็นเหตุการณ์อายุสั้นที่สว่างแต่ไม่ทราบที่มา

     ขณะนี้ ทีมที่นำโดยเอ็มไอทีได้พบหลักฐานที่แน่ชัดถึงที่มาของสัญญาณนี้ นอกเหนือจากแสงสว่างจ้าในช่วงตาเห็นแล้ว นักวิทยาศาสตร์ยังพบจังหวะ(pulses) รังสีเอกซ์พลังงานสูงด้วย พวกเขาตามรอยจังหวะรังสีเอกซ์เหล่านั้นหลายร้อยล้านครั้งย้อนกลับไปถึงเดอะคาว การค้นพบเหล่านี้เผยแพร่ในวารสาร Nature Astronomy ฉบับวันที่ 13 ธันวาคม ได้บอกอย่างชัดเจนว่า AT2018cow น่าจะเป็นผลจากดาวที่ตายแล้วดวงหนึ่งซึ่งยุบตัวลง ให้กำเนิดวัตถุกะทัดรัด(compact objects) ในรูปแบบของหลุมดำหรือดาวนิวตรอน วัตถุที่เพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่กลืนกินวัสดุสารรอบข้าง กินดาวจากข้างใน เป็นกระบวนการซึ่งปลดปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลออกมา Dheeraj “DJ” Pasham ผู้เขียนนำ นักวิทยาศาสตร์อาวุโสที่สถาบันคัฟลี่เพื่อดาราศาสตร์ฟิสิกส์และการวิจัยอวกาศ เอ็มไอที กล่าวว่า เราน่าจะได้พบการกำเนิดของวัตถุกะทัดรัดดวงหนึ่งในซุปเปอร์โนวา นี่เกิดขึ้นในซุปเปอร์โนวาปกติเพียงแต่เราไม่เคยเห็นกระบวนการที่วุ่นวายแบบนี้มาก่อน เราคิดว่าหลักฐานใหม่ได้เปิดความเป็นไปได้สู่การค้นหาหลุมดำทารกหรือดาวนิวตรอนทารก

     AT2018cow เป็นหนึ่งในเหตุการณ์ชั่วคราวทางดาราศาสตร์(astronomical transients) หลายเหตุการณ์ที่พบในปี 2018 เดอะคาว เป็นชื่อที่เกิดโดยบังเอิญจากกระบวนการตั้งชื่อทางดาราศาสตร์(ยกตัวอย่างเช่น aaa จะหมายถึงเหตุการณ์ชั่วคราวทางดาราศาสตร์ที่เกิดขึ้นเป็นเหตุการณ์แรกสุดของปี 2018) สัญญาณนี้เป็นหนึ่งในบรรดา FBOTs ที่พบไม่กี่สิบเหตุการณ์ และมันเป็นหนึ่งในสัญญาณเพียงไม่กี่เหตุการณ์ที่ถูกสำรวจในเวลาจริง และยังมีกำลังสว่างสูงสุดด้วย แสงที่ทรงพลังของมันซึ่งสว่างกว่าซุปเปอร์โนวาปกติถึง 100 เท่า ถูกพบโดยการสำรวจโครงการ ALTAS ในฮาวาย ซึ่งได้ส่งสัญญาณเตือนให้กับหอสังเกตการณ์ทั่วโลกในทันที

ตำแหน่งของ AT2018cow ในกาแลคซีแห่งหนึ่งซึ่งมีชื่อว่า CGCG137-068

     นี่มันน่าตื่นเต้นก็เพราะเริ่มต้นก็มีข้อมูลจำนวนมากมาย Pasham กล่าว ปริมาณของพลังงานก็มากกว่าซุปเปอร์โนวาแบบแกนกลางยุบตัว(core collapse supernova) ปกติหลายสิบเท่า และคำถามก็คือ อะไรที่สร้างพลังงานเพิ่มเติมขึ้นมานี้

     นักดาราศาสตร์ได้เสนอลำดับเหตุการณ์มากมายเพื่ออธิบายสัญญาณที่สว่างยิ่งยวดนี้ ยกตัวอย่างเช่น มันอาจจะเป็นผลผลิตจากหลุมดำที่ก่อตัวขึ้นในซุปเปอร์โนวา, หรือได้รับพลังจากคลื่นกระแทกที่เกิดในซุปเปอร์โนวาแล้วมีปฏิสัมพันธ์กับตัวกลางหนาแน่นที่อยู่รอบๆ หรือเป็นผลจากหลุมดำมวลปานกลาง(intermediate-mass black hole; หลุมดำที่มีมวลระว่าง 1 หมื่นถึง 1 แสนเท่าดวงอาทิตย์) ดึงมวลสารออกจากดาวที่ผ่านเข้าใกล้ อย่างไรก็ตาม ข้อมูลที่รวบรวมได้จากกล้องโทรทรรศน์ช่วงตาเห็นไม่ได้ชี้แหล่งของสัญญาณไปทางใดแน่ชัดเลย Pasham จึงสงสัยว่าคำถามจะอยู่ในข้อมูลรังสีเอกซ์หรือไม่

     สัญญาณนี้ใกล้และสว่างในช่วงรังสีเอกซ์ ซึ่งดึงความสนใจของผมPasham กล่าว สำหรับผม สิ่งแรกที่แวบเข้ามาก็คือ ปรากฏการณ์ประหลาดที่ทรงพลังเกิดขึ้นเพื่อสร้างรังสีเอกซ์ ดังนั้น ผมต้องการจะทดสอบแนวคิดว่ามีหลุมดำหรือวัตถุกะทัดรัดเกิดขึ้นที่แกนกลางของเดอะคาว ทีมได้ตรวจสอบข้อมูลรังสีเอกซ์ที่รวบรวมได้จาก NICER(Neutron Star Interior Composition Explorer) ของนาซาซึ่งเป็นกล้องโทรทรรศน์ที่จับตารังสีเอกซ์บนสถานีอวกาศนานาชาติ NICER ได้เริ่มสำรวจเดอะคาวประมาณ 5 วันหลังจากที่มันถูกพบครั้งแรกโดยกล้องช่วงตาเห็น และจับตาดูสัญญาณตลอดอีก 60 วันต่อมา ข้อมูลนี้ถูกบันทึกในคลังที่เผยแพร่สู่สาธารณชนซึ่ง Pasham และเพื่อนร่วมงานดาวน์โหลดและวิเคราะห์มัน

ภาพจากศิลปินแสดงการปะทุพลังงานปริศนา AT2018cow

     ทีมกลั่นกรองข้อมูลเพื่อจำแนกสัญญาณรังสีเอกซ์ที่โผล่ขึ้นใกล้กับ AT2018cow และยืนยันว่าการเปล่งคลื่นไม่ได้มาจากแหล่งอื่นๆ เช่น สัญญาณกวนในเครื่องมือ หรือการแผ่คลื่นพื้นหลัง พวกเขามุ่งเป้าไปที่รังสีเอกซ์และพบว่าเดอะคาว ดูจะปะทุรังสีออกมาที่ความถี่ 225 เฮิร์ตซ์ หรือทุกๆ 4.4 มิลลิวินาที Pasham ได้พบจังหวะนี้และตระหนักว่าความถี่ของมันน่าจะถูกใช้เพื่อคำนวณขนาดของอะไรก็ตามที่กำลังเต้นเป็นจังหวะอยู่ได้ ในกรณีนี้ ขนาดของวัตถุที่เต้นไม่สามารถใหญ่กว่าระยะทางความเร็วแสงในช่วง 4.4 มิลลิวินาที ด้วยเหตุผลนี้ เขาก็คำนวณขนาดทางกายภาพของวัตถุว่าจะต้องไม่ใหญ่ไปกว่า 1000 กิโลเมตร

     สิ่งเดียวที่จะมีขนาดเล็กแบบนั้นก็คือวัตถุกะทัดรัด ซึ่งอาจเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ Pasham กล่าว ทีมยังคำนวณพบว่าจากพลังงานที่ AT2018cow เปล่งออกมา มันจะต้องมีขนาดไม่ถึง 800 เท่ามวลดวงอาทิตย์ นี่กำจัดแนวคิดท่าสัญญาณมาจากหลุมดำมวลปานกลางได้เลย เขากล่าว

    นอกเหนือจากระบุแหล่งของสัญญาณจำเพาะนี้ได้ เขายังบอกว่าการศึกษาได้แสดงว่าการวิเคราะห์ FBOTs และปรากฏการณ์ประหลาดที่สว่างมากอื่นๆ ในช่วงรังสีเอกซ์น่าจะเป็นเครื่องมือใหม่สำหรับการศึกษาหลุมดำทารก เมื่อใดก็ตามที่มีปรากฏการณ์ประหลาดใหม่ๆ เกิดขึ้น ก็จะมีความตื่นเต้นว่ามันอาจจะบอกอะไรใหม่ๆ เกี่ยวกับเอกภพได้ Pasham กล่าว สำหรับ FBOTs เราได้แสดงว่าเราสามารถศึกษาการเต้นของพวกมันในละเอียดได้ในแบบที่เป็นไปไม่ได้ในช่วงตาเห็น ดังนั้น นี่จะเป็นหนทางใหม่เพื่อเข้าใจวัตถุกะทัดรัดที่เพิ่งกำเนิดใหม่เหล่านี้

แหล่งข่าว phys.org : super-bight stellar explosion is likely a dying star giving birth to a black hole or neutron star  
               space.com : did scientists solve the mystery of the super-bright exploding “cow” in space?
               sciencealert.com : we may finally know the cause of “The Cow”, a freakishly exciting space explosion