การปะทุรังสีแกมมาที่(ไม่) ไร้สังกัด

 

กล้องโทรทรรศน์เจมิไนช่วยระบุที่กำเนิดของการปะทุรังสีแกมมาแบบสั้นที่ไร้สังกัด ซึ่งเกิดจากการควบรวมของดาวนิวตรอนสองดวง

     มีการปะทุรังสีแกมมาปริศนาจำนวนหนึ่งที่ดูเหมือนจะปรากฏขึ้นเป็นการลุกจ้ารุนแรงที่เกิดขึ้นโดดๆ ไกลจากกาแลคซีใดๆ ได้เพิ่มคำถามเกี่ยวกับกำเนิดและระยะทางที่แท้จริงของพวกมัน ด้วยการใช้ข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์ที่ทรงพลังที่สุดบนโลกและในอวกาศ รวมถึงกล้องโทรทรรศน์เจมิไนแฝด สุดท้ายนักดาราศาสตร์ก็อาจจะได้พบกำเนิดที่แท้จริงของพวกมัน เป็นประชากรกาแลคซีที่อยู่ห่างไกล บางแห่งก็ห่างออกไปถึง 1 หมื่นล้านปีแสง

      ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติได้พบว่าการปะทุรังสีแกมมา(gamma-ray bursts; GRBs) แบบสั้น บางเหตุการณ์ก็ไม่ได้มีกำเนิดแบบโดดเดี่ยวในความเวิ้งว้างของห้วงอวกาศอย่างที่ได้เห็นในตอนแรก การศึกษาจากหอสังเกตการณ์หลายแห่งในห้วงลึกขึ้นกลับได้พบว่า GRBs ที่ดูเหมือนจะอยู่โดดเดี่ยวเหล่านี้แท้จริงแล้วเกิดขึ้นในกาแลคซีที่อยู่ในระยะทางที่ไกลมากและสลัวมาก ถึง 1 หมื่นล้านปีแสง  

      การค้นพบนี้บอกว่า GRBs แบบสั้นซึ่งก่อตัวขึ้นในระหว่างการชนของดาวนิวตรอน อาจจะเกิดขึ้นในอดีตได้บ่อยกว่าที่คาดไว้ เนื่องจากการควบรวมของดาวนิวตรอนจะหลอมธาตุหนักมากขึ้นมา รวมทั้งทองคำและทองคำขาวด้วย เอกภพก็อาจจะได้รับเมล็ดพันธุ์โลหะมีค่าเหล่านี้เร็วกว่าที่เคยคิดไว้

     การค้นพบนี้ต้องใช้การรวมพลังจากกล้องโทรทรรศน์ที่ทรงพลังที่สุดบนโลกและในอวกาศ ทั้งกล้องเจมิไนเหนือในฮาวายและเจมิไนใต้ในชิลี กล้องโทรทรรศน์เจมิไนทั้งสองเป็นโครงการหอสังเกตการณ์เจมิไนนานาชาติที่ดำเนินงานโดย NOIRLab ของมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ หอสังเกตการณ์อื่นๆ ในงานวิจัยนี้ยังรวมถึงกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล, กล้องโทรทรรศน์โลเวลล์ดิสคัฟเวอรีในอริโซนา, กล้องโทรทรรศน์ใหญ่แห่งคานารี ในลาพัลมา หมู่เกาะคานารี่, กล้องโทรทรรศน์ใหญ่มาก(VLT) ในเซร์โร พารานัล ชิลี และหอสังเกตการณ์เคกในฮาวาย

     GRBs แบบสั้นหลายเหตุการณ์พบได้ในกาแลคซีที่สว่างที่อยู่ค่อนข้างใกล้เรา แต่บางส่วนก็ดูเหมือนจะไม่มีกาแลคซีต้นสังกัด Brenden O’Connor ผู้เขียนหลักนำเสนอผลสรุป นักดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยมารีแลนด์และมหาวิทยาลัยจอร์จ วอชิงตัน กล่าว ด้วยการระบุว่า GRBs แบบสั้นมีกำเนิดจากที่ไหน เราก็สามารถกลั่นกรองคลังข้อมูลจากหอสังเกตการณ์จากเจมิไนแฝด เพื่อหาแสงเรืองสลัวจากกาแลคซีที่ โดยปกติอยู่ห่างไกลเกินกว่าจะทราบได้

การปะทุรังสีแกมมา(gamma-ray bursts) แบ่งได้เป็น แบบสั้น และแบบยาว ตามระยะเวลาที่เกิดการลุกจ้าขึ้น นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์คิดว่าแต่ละแบบก็มีลำดับเหตุการณ์ที่มาที่ต่างกัน

     นักวิจัยเริ่มภารกิจโดยการตรวจทานข้อมูล GRBs 120 เหตุการณ์ที่พบโดยเครื่องมือ 2 ชิ้นบนหอสังเกตการณ์สวิฟท์ซ้ำ ได้แก่ กล้องโทรทรรศน์เตือนการปะทุ(Burst Alert Telescope) ซึ่งจับสัญญาณการปะทุรังสีแกมมา และกล้องโทรทรรศน์รังสีเอกซ์ของสวิฟท์(Swift’s X-ray Telescope) ซึ่งจำแนกตำแหน่งการเรืองแสงไล่หลัง(afterglow) ในช่วงรังสีเอกซ์จาก GRBs และศึกษาแสงเรืองไล่หลังเพิ่มเติมโดยกล้องโลเวลล์ ช่วยให้ระบุตำแหน่งของ GRBs ได้เที่ยงตรงขึ้น

     การศึกษาแสงเรืองไล่หลังพบว่า GRBs แบบสั้น 43 เหตุการณ์จากกลุ่มนี้ ไม่ได้เกี่ยวข้องกับกาแลคซีใดๆ ที่รู้จักเลย และดูจะปรากฏในท้องฟ้าระหว่างกาแลคซีที่ค่อนข้างว่างเปล่า GRBs ที่ไร้ต้นสังกัดเหล่านี้เป็นปริศนาที่น่าสนใจ และนักดาราศาสตร์ก็เสนอคำอธิบายสำหรับตำแหน่งที่ดูจะโดดเดี่ยวของพวกมันไว้ 2 ทาง สมมุติฐานแรกบอกว่าดาวนิวตรอนต้นกำเนิดก่อตัวขึ้นเป็นระบบคู่ภายในกาแลคซีที่ห่างไกลแห่งหนึ่ง ซึ่งต่อมาก็วิ่งออกสู่ห้วงอวกาศระหว่างกาแลคซี(intergalactic space) และสุดท้ายก็ควบรวมในอีกหลายพันล้านปีต่อมา

     อีกสมมุติฐานก็คือ ดาวนิวตรอนควบรวมกันไกลออกไปหลายพันล้านปีแสงในกาแลคซีบ้านเกิดของพวกมันเอง ซึ่งขณะนี้สลัวมากๆ อันเป็นผลจากระยะทางที่ห่างไกลจากโลก เรารู้สึกว่าแบบที่สองน่าจะสมเหตุสมผลที่สุดที่จะอธิบายเหตุการณ์ทีไร้ต้นสังกัดจำนวนมากได้ O’Connor กล่าว จากนั้น เราก็ใช้กล้องที่ทรงพลังที่สุดบนโลกเพื่อถ่ายภาพตำแหน่งที่เกิด GRB ในแบบห้วงลึก และได้พบกาแลคซีที่สลัวไกลออกไป 8 ถึง 10 พันล้านปีแสงจากโลก

      เพื่อทำการตรวจจับ นักดาราศาสตร์ใช้เครื่องมือทั้งช่วงตาเห็นและอินฟราเรดที่ติดตั้งบนกล้องเจมิไนแฝดขนาด 8.1 เมตร เจมิไนทั้งสองให้ความสามารถในการสำรวจจากทั้งสองซีกฟ้า ซึ่งเป็นเรื่องที่สำคัญอย่างไม่น่าเชื่อในการตามรอย GRB ต้องขอบคุณความสามารถของพวกมันในการสำรวจทั่วท้องฟ้า ข้อมูลของเจมิไนได้ใช้เพื่อระบุตำแหน่ง GRBs 17 จาก 31 เหตุการณ์ไร้สังกัดที่วิเคราะห์ในตัวอย่าง

ภาพที่กล้องเจมิไนเหนือถ่ายไว้เผยให้เห็นกาแลคซีต้นสังกัดที่ไม่เคยรู้จักมาก่อนของการปะทุรังสีแกมมาเหตุการณ์ที่เรียกว่า GRB 151229A นักดาราศาสตร์คำนวณการปะทุนี้ในทิศทางของกลุ่มดาวแพะทะเล(Capricornus) ว่าเกิดขึ้นเมื่อราว 9 พันล้านปีก่อน

     ผลสรุปน่าจะช่วยนักดาราศาสตร์ให้เข้าใจวิวัฒนาการทางเคมีของเอกภพได้ดีขึ้น ดาวนิวตรอนที่ควบรวมกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ชุดหนึ่ง ซึ่งจำเป็นต่อการสร้างโลหะหนักเช่น ทองคำ, ทองคำขาวและธอเรียม การควบรวมของดาวนิวตรอนในอดีตที่ไกลออกไปก็หมายความว่า เอกภพเมื่อยังอายุน้อยนั้นแท้จริงแล้วอุดมด้วยธาตุหนักมากกว่าที่เคยคิดไว้ สิ่งนี้ผลักช่วงเวลาย้อนกลับไปเมื่อเอกภพกลายเป็น “ไมดาสมือทอง” และได้รับเมล็ดพันธุ์ธาตุหนักที่สุดในตารางธาตุมา O’Connor กล่าว หมายเหตุ กษัตริย์ไมดาส(Midas) ขอพรจากเทพไดโอนีซัส ขอให้ทุกอย่างที่ตนสัมผัสกลายเป็นทองคำ

     การสำรวจกาแลคซีต้นสังกัดของ GRB ครั้งนี้ได้สร้างคำตอบที่น่าพึงพอใจให้กับปริศนาธรรมชาติของสภาพแวดล้อมดาวนิวตรอน ซึ่งมีมานาน Martin Still เจ้าหน้าที่สำนักงานเจมิไนที่มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ กล่าว ในบรรดากล้องโทรรทรรศน์ขนาดใหญ่ที่สุดที่สาธารณชนเข้าถึงได้ เจมิไนเป็นห้องทดลองที่ทรงพลังและยืดหยุ่นสูงสำหรับการทดลองได้กว้างหลากหลาย การศึกษาเผยแพร่ใน Monthly Notices of the Royal Astronomical Society และเผยแพร่ออนไลน์ก่อนตีพิมพ์ใน arXiv.org

แหล่งข่าว spaceref.com : Gemini telescopes help uncover origins of castaway gamma-ray bursts
                space.com : “castaway” gamma-ray bursts come from distant early galaxies