พัลซาร์จอมพลัง

 

     นักดาราศาสตร์วิเคราะห์ข้อมูลจาก VLASS(VLA Sky Survey) ได้พบหนึ่งในดาวนิวตรอนที่มีอายุน้อยที่สุดเท่าที่เคยพบมา ดาวนิวตรอนเป็นซากที่มีความหนาแน่นสูงมาก เกิดจากดาวมวลสูงดวงหนึ่งระเบิดกลายเป็นซุปเปอร์โนวา ภาพจาก VLA(Very Large Array) ได้บ่งชี้ว่า การเปล่งคลื่นวิทยุที่สว่างซึ่งได้รับพลังจากสนามแม่เหล็กของดาวนิวตรอนที่หมุนรอบตัวเร็วมาก(หรือพัลซาร์) นี้เพิ่งโผล่ขึ้นมาจากเปลือกเศษซากก๊าซจากการระเบิดซุปเปอร์โนวา เมื่อเร็วๆ นี้

      วัตถุซึ่งเรียกว่า VT 1137-0337 อยู่ในกาแลคซีแคระแห่งหนึ่งซึ่งอยู่ห่างออกไป 395 ล้านปีแสง มันปรากฏให้เห็นเป็นครั้งแรกในภาพของ VLASS ภาพหนึ่งซึ่งถ่ายเมื่อเดือนมกราคม 2018 แต่ไม่พบในภาพพื้นที่เดียวกันที่ทำโดยการสำรวจ FIRST ของ VLA ในปี 1998 และมันยังคงปรากฏให้เห็นในการสำรวจ VLASS ในปี 2018, 2019, 2020 และ 2022

     Dillon Dong นักศึกษาปริญญาเอกที่คาลเทค ซึ่งจะเป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่หอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์วิทยุแห่งชาติ(NRAO) ต่อไปในปีนี้ กล่าวว่า เป็นไปได้มากที่สุดว่าเรากำลังได้เห็นเนบิวลาลมพัลซาร์(pulsar wind nebula) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อสนามแม่เหล็กที่ทรงพลังของดาวนิวตรอนที่หมุนรอบตัวเร็วมากดวงหนึ่ง ได้เร่งความเร็วอนุภาคมีประจุที่อยู่รอบๆ จนมีความเร็วเกือบเท่าแสง

      จากคุณลักษณะของมัน นี่เป็นพัลซาร์ที่มีอายุน้อยมากๆ บางทีอาจจะมีอายุเพียง 14 ปีเท่านั้น แต่ไม่มากไปกว่า 60 ถึง 80 ปี  Gregg Hallinan อาจารย์ที่ปรึกษาปริญญาเอกของ Done ที่คาลเทค กล่าว นักวิทยาศาสตร์รายงานการค้นพบนี้ในการประชุมสมาคมดาราศาสตร์อเมริกันในพาซาดีนา คาลิฟอร์เนีย

ภาพ VLA แสดงตำแหน่งของ VT 1137-0337 ในปี 1998(ซ้าย) และ 2018(ขวา) วัตถุน่าจะปรากฏขึ้นระหว่างช่วงเวลาดังกล่าวนี้

     Dong และ Hallinan ได้พบวัตถุนี้ในข้อมูลจาก VLASS ซึ่งเป็นโครงการที่เริ่มต้นในปี 2017 เพื่อสำรวจทั้งท้องฟ้าที่ VLA มองเห็นได้(ราว 80% ของท้องฟ้า) ตลอดช่วงเวลา 7 ปี VLASS ได้ทำการสแกนท้องฟ้าเสร็จสิ้นแล้ว 3 รอบ โดยวัตถุประสงค์จุดหนึ่งก็คือเพื่อค้นหาวัตถุที่ปรากฏชั่วคราว(transient objects) นักดาราศาสตร์ได้พบ VT 1137-0337 ในการสำรวจของ VLASS ครั้งแรกในปี 2018

     เมื่อเปรียบเทียบการสแกนของ VLASS กับข้อมูลจากการสำรวจท้องฟ้าของ VLA ก่อนหน้านั้นซึ่งมีชื่อว่า FIRST ได้เผยให้เห็นวัตถุที่ปรากฏชั่วคราวสว่างมากเป็นพิเศษ 20 แห่ง ซึ่งสามารถเชื่อมโยงกับกาแลคซีที่รู้จักได้ มีวัตถุหนึ่งซึ่งโดดเด่นเนื่องจากกาแลคซีของมันกำลังมีการก่อตัวดาวอย่างคึกคัก และยังเพราะคุณลักษณะการเปล่งคลื่นวิทยุของมัน Dong กล่าว กาแลคซีซึ่งมีชื่อว่า J113706.18-033737.1 เป็นกาแลคซีแคระที่มีมวลประมาณ 1 ร้อยล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์

     ในการศึกษาคุณลักษณะของ VT 1137-0337 นักดาราศาสตร์ได้หาคำอธิบายที่เป็นไปได้หลายอย่าง ซึ่งรวมถึงซุปเปอร์โนวา, การปะทุรังสีแกมมา หรือเหตุการณ์การรบกวนโดยแรงโน้มถ่วง(tidal disruption event) เมื่อดาวฤกษ์ดวงหนึ่งถูกหลุมดำมวลมหาศาลฉีกออกเป็นชิ้นๆ พวกเขาสรุปว่าคำอธิบายที่ดีที่สุดก็คือ เนบิวลาลมพัลซาร์

ซ้ายบน: ดาวยักษ์สีฟ้าดวงหนึ่งได้เผาไหม้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในแกนกลางจากไฮโดรเจน, ฮีเลียมและธาตุหนักอื่นๆ จนกระทั่งได้เหล็ก ขณะนี้มันมีแกนเหล็กขนาดเล้ก(จุดสีแดง) ในใจกลาง การหลอมธาตุซึ่งจะต้านทานแรงโน้มถ่วงในตัวดาวก็หายป ดาวจึงยุบตัวลงอย่างรวดเร็วทำให้เกิดการระเบิดซุปเปอร์โนวา ขวาบน: การยุบตัวเริ่มต้นขึ้นสร้างเป็นดาวนิวตรอนที่หนาแน่นสูงมาก โดยมีสนามแม่เหล็กรุนแรงในใจกลาง(ภาพเล็ก) ดาวนิวตรอนแม้จะมีมวลราว 1.5 เท่ามวลดวงอาทิตย์ แต่ก็มีขนาดกว้างเพียงสิบกว่ากิโลเมตรเท่านั้น

ล่างซ้าย: ซุปเปอร์โนวาได้ผลักเปลือกเศษซากก๊าซเคลื่อนที่เร็วออกสู่อวกาศ ในเวลานี้ เปลือกก๊าซยังมีความหนาทึบสูงพอที่จะปิดบังคลื่นวิทยุใดๆ ที่มาจากพื้นที่ของดาวนิวตรอน ล่างขวา: เมื่อเปลือกเศษซากขยายตัวออกตลอดสิบกว่าปีนี้ มันก็จะหนาแน่นน้อยลงและสุดท้ายก็บางพอที่คลื่นวิทยุจากภายในจะทะลุผ่านได้ ทำให้การสำรวจ VLASS ได้ตรวจจับการเปล่งคลื่นวิทยุสว่างเมื่อสนามแม่เหล็กทรงพลังของดาวนิวตรอนที่หมุนรอบตัวเร็วมากนี้ กวาดผ่านห้วงอวกาศรอบข้าง ทำให้อนุภาคมีประจุมีความเร็วสูงขึ้น

     ในลำดับเหตุการณ์นี้ ดาวที่มีมวลสูงกว่าดวงอาทิตย์ได้ระเบิดกลายเป็นซุปเปอร์โนวา เหลือดาวนิวตรอนทิ้งไว้ มวลเกือบทั้งหมดของดาวต้นกำเนิดถูกเป่าออกมาเป็นเปลือกเศษซากก๊าซ ดาวนิวตรอนซึ่งหมุนรอบตัวเร็วมาก และเมื่อสนามแม่เหล็กทรงพลังของมันได้กวาดผ่านห้วงอวกาศรอบข้าง มันจะเร่งความเร็วของอนุภาคมีประจุเป็นสาเหตุให้เกิดการเปล่งคลื่นวิทยุที่รุนแรง

     ในตอนแรก การเปล่งคลื่นวิทยุถูกกั้นไว้โดยเปลือกเศษซากก๊าซ แต่เมื่อเปลือกขยายตัวออก มันก็จะหนาแน่นน้อยลงจนกระทั่งสุดท้าย คลื่นวิทยุจากเนบิวลาลมพัลซาร์ ก็สามารถผ่านทะลุออกมาได้ นี่อาจจะเกิดขึ้นระหว่างการสำรวจ FIRST ในปี 1998 และการสำรวจ VLASS ในปี 2018 Hallinan กล่าว

     ตัวอย่างเนบิวลาลมพัลซาร์ที่โดดเด่นที่สุด ก็คือ เนบิวลาปู(Crab Nebula) ในกลุ่มดาววัว(Taurus) ซึ่งเป็นผลจากซุปเปอร์โนวาที่ปรากฏสว่างในปี 1054 เนบิวลาปูนั้นก็ยังเห็นได้จนทุกวันนี้แม้ด้วยกล้องดูดาวขนาดเล็ก ด้วยอายุไม่ถึง 1 พันปี มันมีอายุน้อยมากๆ ตามมาตรฐานดาราศาสตร์แต่ก็เก่าแก่เมื่อเทียบกับ VT 1137-0337  วัตถุที่เราได้พบนั้นดูจะทรงพลังกว่า(เนบิวลา) ปูราว 1 หมื่นเท่า และมีสนามแม่เหล็กที่รุนแรงกว่า Dong กล่าว มันน่าจะเหมือนซุปเปอร์ปูที่เพิ่งคลอดออกมา   

ภาพรวมประกอบเนบิวลาปู(Crab Nebula) เป็นซากซุปเปอร์โนวา ที่ใจกลางมีพัลซาร์แห่งหนึ่ง

    ในขณะที่ Dong และ Hallinan คิดว่า VT 1137-0337 น่าจะเป็นเนบิวลาลมพัลซาร์มากที่สุด แต่ก็ยังมีความเป็นไปได้ว่า สนามแม่เหล็กของมันอาจจะรุนแรงมากพอที่จะจำแนกดาวนิวตรอนเป็นดาวแม่เหล็ก(magnetar) ซึ่งเป็นวัตถุที่เป็นแม่เหล็กยิ่งยวดมาก ในกรณีนี้ มันก็อาจจะเป็นมักนีตาร์ดวงแรกที่ถูกพบเมื่อกำลังปรากฎตัว และนั่นก็น่าตื่นเต้นอย่างมากด้วยเช่นกัน Dong กล่าว

    ดาวแม่เหล็กอาจจะเป็นแหล่งของการลุกจ้าในช่วงวิทยุที่เรียกว่า การปะทุวิทยุเร็ว(fast radio bursts) ซึ่งนักวิจัยจะศึกษา VT 1137-0337 ต่อไป โดยจับตาดูมันผ่านการสำรวจ VLASS โครงการต่อไป

แหล่งข่าว phys.org : astronomers find evidence for most powerful pulsar in distant galaxy
                space.com : “emerging super Crab” might be the most powerful pulsar ever discovered