กล้องเวบบ์สำรวจผลจากการชนของดาวนิวตรอน

 

ภาพจากศิลปินแสดงดาวนิวตรอนคู่หนึ่งชนกัน

     ด้วยการใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ นักดาราศาสตร์ได้ตามรอยการปะทุรังสีแกมมาเหตุการณ์หนึ่งซึ่งสว่างอย่างเหลือเชื่อ ย้อนไปถึงแหล่งที่มา เป็นการชนอย่างรุนแรงของดาวนิวตรอนสองดวง

     แหวนบนนิ้วของคุณน่าจะมีอะตอมที่หลอมขึ้นในการชนของดาวนิวตรอนลักษณะนี้ ซึ่งเรียกว่า กิโลโนวา(kilonovas) นั้นเป็นเพราะ นอกจากการสาดการปะทุรังสีแกมมา(Gamma-ray burst; GRBs) แบบยาวออกมาแล้ว ยังเชื่อกันว่ากิโลโนวาเป็นแหล่งที่สร้างธาตุที่หนักที่สุดในเอกภพ ซึ่งไม่สามารถสังเคราะห์ขึ้นในเตาหลอมนิวเคลียร์ในแกนกลางของดาวฤกษ์ได้

     ธาตุเหล่านั้น โดยทฤษฎีแล้วถูกสร้างขึ้นโดยกลไกที่เรียกว่า การยึดจับนิวตรอน(neutron capture) แบบเร็ว หรือ r-process ซึ่งช่วยให้นิวเคลียสอะตอมได้จับนิวตรอน สร้างธาตุใหม่ซึ่งหนักขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งรวมถึงทองคำ, ทองคำขาว และยูเรเนียม การยึดจับนิวตรอนแบบเร็วจะเกิดขึ้นได้เฉพาะในสภาวะที่รุนแรงและสุดขั้ว เช่นที่พบรอบๆ ดาวนิวตรอนที่ควบรวมกัน

      เป็นครั้งแรกที่ใช้กล้องเวบบ์เพื่อตรวจจับการเปล่งคลื่นจากเหตุการณ์ลักษณะนี้ และกล้องก็ยังสามารถตรวจจับสัญญาณของธาตุหนักที่ถูกหลอมจากเหตุการณ์นี้ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ทีมได้พบหลักฐานของเทลลูเรียม(tellurium) และการผลิตธาตุกลุ่มแลนธาไนด์(Lanthanides) ซึ่งเป็นกลุ่มของโลหะ 15 ชนิดที่หนักกว่าตะกั่ว การสำรวจเหล่านี้ได้แสดงว่าการสังเคราะห์ธาตุ(nucleosynthesis) ใน GRBs สามารถสร้างธาตุกลุ่ม r-process ครอบคลุมช่วงมวลอะตอมที่กว้าง และมีบทบาทสำคัญในการสังเคราะห์ธาตุหนักมากทั่วเอกภพ ทีมเขียนไว้ในรายงานอธิบายการค้นพบ

กระบวนการสังเคราะห์ธาตุหนักแบบ r-processs เกิดขึ้นในสภาพที่อุดมไปด้วยนิวตรอน อย่างเช่น ในการควบรวมของดาวนิวตรอน

     GRB เหตุการณ์นี้ซึ่งตามรอยจนพบกิโลโนวาได้โดยทีมที่นำโดย Andrew Levan ศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยรัดบาวด์ ในเนเธอร์แลนด์ส ซึ่งเรียกว่า GRB 230307A ยังมีความพิเศษในตัวมันเอง มันถูกพบเป็นครั้งแรกโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศรังสีแกมมาเฟอร์มีของนาซาในวันที่ 7 มีนาคม 2023 และเป็น GRB ที่สว่างที่สุดเป็นอันดับสองเท่าที่เคยพบมา

     GRB สาดรังสีแกมมาออกมาราว 34 วินาที และยังมีกล้องโทรทรรศน์อื่นๆ ที่พบมันด้วยเช่นกัน ซึ่งช่วยให้นักดาราศาสตร์ใช้ตรีโกณมิติเพื่อระบุแหล่งของมันได้ Brian Metzger สมาชิกทีมจากมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย กล่าวถึงความสำเร็จนี้ในทวีตเตอร์เมื่อวันที่ 6 กรกฎาคม ว่า ในงานที่นำโดย Andrew Levan เราได้พบการเปล่งกิโลโนวาด้วยกล้องเวบบ์เป็นครั้งแรก หลังจากมี GRB

      และเรื่องก็ยิ่งกลับตาลปัตรเมื่อ GRB นี้เป็นเหตุการณ์ที่สว่างมากที่สุดเป็นอันดับสอง สาดแสงอยู่ครึ่งนาที ก็เป็นการปะทุแบบยาวที่นานที่สุดเป็นอันดับสองที่มีความเกี่ยวข้องกับการผลิตธาตุ r-process ซึ่งน่าจะมาจากการควบรวมของดาวนิวตรอน แต่เป็นเหตุการณ์ที่ท้าทายแนวคิดของเราว่าเครื่องยนต์สร้างไอพ่นจะยิงไอพ่นออกมาได้นานแค่ไหน

NIRCam ของกล้องเวบบ์ สำรวจแสงเรืองไล่หลังจาก GRB 230307A

      กล้องเวบบ์สำรวจกิโลโนวานี้สองครั้ง ครั้งแรกเมื่อ 29 วันหลังจาก GRB และอีกครั้งที่ 61 วัน พบว่ามีความสว่างที่ลดลงเร็ว และเปลี่ยนสีจากสีฟ้าเป็นสีแดง ในระหว่างการสำรวจซึ่งบอกใบ้ถึงธรรมชาติของกิโลโนวา ทีมจำแนกกาแลคซีสว่างหลายแห่งในละแวกใกล้เคียงกับกิโลโนวาซึ่งอาจเป็นที่อยู่ของการชนของดาวนิวตรอนคู่ดังกล่าว และสร้าง GRB 230307A ขึ้นมา แหล่งหนึ่งที่อยู่ในกลุ่มนี้เป็นกาแลคซีที่สว่างที่สุดในกลุ่ม ซึ่งอยู่ห่างออกไปราว 8.3 ล้านปีแสง และห่างจากแหล่ง GRB ราว 130,000 ปีแสง

     เรายังอาจพบกิโลโนวาได้ด้วยวิธีอื่นนอกจากการเปล่งคลื่นแสงด้วย การชนของดาวนิวตรอนยังทำให้ผืนกาล-อวกาศ กระเพื่อมในรูปแบบของคลื่นความโน้มถ่วง ระลอกเหล่านี้ตรวจจับได้ด้วยเครื่องตรวจจับอย่าง LIGO บนโลก แต่ LIGO ยังไม่ได้ทำงานในเวลาที่ GRB 230307A สว่างขึ้น เนื่องจากอุปกรณ์กำลังอยู่ในระหว่างการปิดใช้งานสามปีเพื่ออัพเกรดให้มันมีความไวมากขึ้น และเพิ่งเริ่มกลับมาทำงานเมื่อเดือนพฤษภาคมที่ผ่านมา

     

แหล่งข่าว space.com : James Webb Space Telescope spots violent collision between neutron stars