ดาวนิวตรอนที่มีมวลสูงยิ่งยวดก่อนที่จะยุบตัวต่อไปกลายเป็นหลุมดำ
ดาวนิวตรอนที่คงอยู่เพียงชั่วพริบตา
แม้จะคงอยู่เพียงไม่กี่ร้อยมิลลิวินาที แต่สำหรับดาวนิวตรอนที่พบในร่องรอยจากการปะทุรังสีแกมมาสองเหตุการณ์แล้ว ก็ให้เวลาเรามากพอที่จะสอนเกี่ยวกับชีวิต, ความตาย และการกำเนิดของหลุมดำ
เมื่อกลั่นกรองผ่านคลังข้อมูลการปะทุพลังงานสูงที่สำรวจพบในท้องฟ้าค่ำคืน นักดาราศาสตร์เพิ่งได้พบรูปแบบการสั่น(oscillations) ของแสงที่ทิ้งไว้โดยดาวที่ชนกัน 2 ชุดที่แตกต่างกัน บ่งชี้ถึงการพักชั่วคราวในเส้นทางแปรสภาพจากวัตถุที่มีความหนาแน่นสูงมากไปสู่หลุมแห่งความมืดอันเป็นนิรันดร์
การพักซึ่งยาวระหว่าง 10 ถึง 300 มิลลิวินาที โดยทางเทคนิคแล้วบอกถึงดาวนิวตรอนมวลสูงยิ่งที่เพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่ 2 ดวง ซึ่งนักวิจัยสงสัยว่าแต่ละดวงจะหมุนรอบตัวเร็วมากพอที่จะหยุดยั้งชะตากรรมสู่หลุมดำไว้ได้เป็นช่วงเวลาสั้นๆ
Cole Miller นักดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยมารีแลนด์ คอลเลจพาร์ค(UMCP) กล่าวว่า เราทราบว่าการปะทุรังสีแกมมา(gamma-ray burst; GRB) แบบสั้นก่อตัวขึ้นเมื่อดาวนิวตรอนที่โคจรรอบกันและกันชนกัน และเราก็ทราบว่าสุดท้ายพวกมันจะยุบตัวกลายเป็นหลุมดำ แต่ยังไม่เข้าใจลำดับเหตุการณ์ที่แม่นยำดีนัก เราพบรูปแบบใน GRB สองเหตุการณ์ที่ดาวเทียมคอมพ์ตันสำรวจพบในต้นทศวรรษ 1990
Compton
เป็นเวลาเกือบ 30 ปีที่หอสังเกตการณ์รังสีแกมมาคอมพ์ตัน โคจรรอบโลกและรวบรวมการลุกจ้าในช่วงรังสีเอกซ์และรังสีแกมมาจากห้วงอวกาศไว้ คลังโฟตอนพลังงานสูงเหล่านี้มีข้อมูลมหาศาลเกี่ยวกับดาวนิวตรอนที่ชนกัน ซึ่งปลดปล่อยรังสีเป็นช่วงเวลาสั้นที่เรียกว่า การปะทุรังสีแกมมา
ดาวนิวตรอนเป็นปีศาจในอวกาศอย่างแท้จริง พวกมันบีบอัดมวลราวสองเท่าดวงอาทิตย์ไว้ในอวกาศที่มีปริมาตรพอๆ กับเมืองขนาดเล็ก(เส้นผ่าศูนย์กลางสิบกว่ากิโลเมตร) แต่ไม่เพียงแค่เกิดสิ่งประหลาดกับสสาร ซึ่งบีบอัดอิเลคตรอนเข้ากับโปรตอนกลายเป็นก้อนนิวตรอนเกือบทั้งหมด มันยังสร้างสนามแม่เหล็กที่รุนแรงกว่าสิ่งใดๆ ที่เคยพบมาในเอกภพ เมื่อหมุนรอบตัวด้วยความเร็วสูง สนามก็จะเร่งความเร็วอนุภาคจนมีความเร็วสูงอย่างน่าเหลือเชื่อ ก่อตัวไอพ่นจากขั้วสนามแม่เหล็กที่ปรากฏเหมือนเป็น “จังหวะ” คล้ายกับประภาคาร
ดาวนิวตรอนก่อตัวขึ้นเมื่อดาวฤกษ์มวลสูง(อย่างน้อย 8 เท่าดวงอาทิตย์) เผาไหม้เชื้อเพลิงก้อนสุดท้ายของพวกมันจนหมดไป เหลือทิ้งไว้แค่แกนกลางที่มีมวลราว 1.1 ถึง 2.3 เท่ามวลดวงอาทิตย์ และถ้าเพิ่มมวลอีกนิดหน่อยเช่น เอาดาวนิวตรอนสองดวงมาชนกัน และแม้แต่สนามควอนตัมของพวกมันก็ยังต้านทานแรงโน้มถ่วงที่จะบีบอัดลงมาไม่ได้ จากก้อนอนุภาคที่มีอยู่ ก็จะกลายเป็นหลุมดำ
ทฤษฎีพื้นฐานของกระบวนนี้ค่อนข้างแน่ชัด ซึ่งได้ระบุขีดจำกัดคร่าวๆ ว่าดาวนิวตรอนจะหนักได้แค่ไหนก่อนที่มันจะยุบตัวลง สำหรับดาวนิวตรอนที่ไม่หมุนรอบตัว ค่ามวลจะต่ำกว่า 3 เท่าดวงอาทิตย์เล็กน้อย เลยจากนั้น การยุบตัวจากดาวนิวตรอนกลายเป็นหลุมดำก็ไม่ใช่แบบตรงไปตรงมา
การควบรวมของดาวนิวตรอนสองดวง ได้สร้างดาวนิวตรอนที่หนักมากและเป็นดาวแม่เหล็ก(magnetar) ขึ้นมา ซึ่งปลดปล่อยพลังจากสนามแม่เหล็กที่รุนแรงสุดขั้ว ก่อนที่จะค่อยๆ ชะลอการหมุนรอบตัวและ ไม่สามารถต้านทานการยุบตัว กลายเป็นหลุมดำในที่สุด
ยกตัวอย่าง เมื่อต้นปีที่แล้ว นักฟิสิกส์ได้ประกาศการสำรวจ GRB เหตุการณ์หนึ่ง(GRB 180618A) ซึ่งตรวจพบย้อนไปในปี 2018 ในแสงเรืองไล่หลัง
(afterglow) จากการปะทุนี้ พวกเขาได้พบสัญญาณของดาวนิวตรอนที่มีประจุเหลือล้นที่เรียกว่า มักนีตาร์(magnetar) หรือดาวแม่เหล็ก เป็นวัตถุที่มีมวลใกล้เคียงกับดาวนิวตรอนสองดวงชนกัน
แต่แค่เพียงหนึ่งวันต่อมา ดาวนิวตรอนมวลหนักนี้ก็หายไป ไม่ต้องสงสัยเลยว่ามันยุบตัวเนื่องจากมวลที่สูงมาก เปลี่ยนเป็นบางสิ่งที่แม้แต่แสงก็ยังหนีออกมาไม่ได้ ว่าแต่ มันต้านทานแรงโน้มถ่วงได้นานเป็นวันได้อย่างไร ก็ยังเป็นปริศนา แม้สนามแม่เหล็กที่รุนแรงมากของมันอาจจะมีบทบาทสำคัญ การค้นพบสองงานได้เผยเงื่อนงำบางอย่าง
Cecilla Chirenti นักวิจัยที่มหาวิทยาลัยมารีแลนด์ คอลเลจพาร์ค(UMCP) และศูนย์การบินอวกาศกอดดาร์ดในกรีนเบลท์ ซึ่งนำเสนอการค้นพบในการประชุมสมาคมดาราศาสตร์อเมริกันครั้งที่ 241 ที่ซีแอตเติล อธิบายว่า เรามองหาสัญญาณเหล่านี้ในสัญญาณ GRBs แบบสั้น 700 เหตุการณ์ที่ตรวจจับโดยหอสังเกตการณ์สวิฟท์, กล้องโทรทรรศน์อวกาศรังสีแกมมาเฟอร์มี และหอสังเกตการณ์รังสีแกมมาคอมพ์ตัน
เราพบรูปแบบรังสีแกมมาเหล่านั้นในการปะทุ 2 ครั้งที่คอมพ์ตันสำรวจพบในต้นทศวรรษ 1990 รายงานอธิบายผลสรุปนี้นำทีมโดย Chirenti เผยแพร่ในวารสาร Nature วันที่ 9 มกราคม รูปแบบที่พบใน GRBs ที่คอมพ์ตันได้บันทึกไว้นั้นเรียกให้ถูกต้องก็คือ quasiperiodic oscillation(QPOs) การผสมผสานช่วงความถี่ที่ขึ้นและลงอย่างฉับพลันเกิน 1000 เฮิร์ตซ์ที่พบในสัญญาณ สามารถใช้ถอดรหัสอธิบายช่วงเวลาท้ายๆ ของดาวนิวตรอนเมื่อหมุนวนเข้าหากันและชนกัน
QPOs ที่พบ(กราฟเล็กด้านขวาบน) จากข้อมูลคอมพ์ตันบันทึกการปะทุรังสีแกมมาแบบสั้น เมื่อวันที่ 11 กรกฎาคม 1991
QPOs ของรังสีแกมมาและคลื่นความโน้มถ่วง มีกำเนิดจากมวลวัสดุสารที่หมุนรอบเมื่อดาวนิวตรอนสองดวงชนกัน ในขณะที่ไม่พบ QPOs รังสีแกมมาอย่างชัดเจนในการปะทุที่สำรวจจากสวิฟท์และเฟอร์มี แต่คอมพ์ตันกลับบันทึก GRBs แบบสั้น 2 ครั้งในวันที่ 11 กรกฎาคม 1991(GRB 910711) และวันที่ 1 พฤศจิกายน 1993(GRB 931101B) ที่สอดคล้องพอดี
สำหรับสิ่งที่นักวิจัยบอกได้ การชนจากคอมพ์ตันแต่ละครั้งได้สร้างวัตถุที่มีมวลสูงกว่า ดาวนิวตรอนที่หนักที่สุดเท่าที่เคยบันทึกไว้(2.14 เท่าดวงอาทิตย์) ราว 20% พวกมันยังมีเส้นผ่าศูนย์กลางเป็นสองเท่าของดาวนิวตรอนทั่วไปด้วย
แบบจำลองเสมือนจริงบอกว่า QPOs เหล่านี้น่าจะเป็นผลที่เกิดตามธรรมชาติจากการก่อตัวของดาวนิวตรอนมวลสูงยิ่ง ซึ่งน่าจะมีมวลระหว่าง 2.5 ถึง 4 เท่าดวงอาทิตย์ ดาวนิวตรอนมวลสูงยิ่งไม่สามารถยุบตัวลงโดยตรงได้เนื่องจากส่วนต่างๆ บนดาวนิวตรอนนี้หมุนรอบตัวด้วยอัตราที่แตกต่างกันอย่างมาก ป้องกันการยุบตัวลง อย่างไรก็ตาม มันก็ไม่เสถียร วัสดุสารบนพื้นผิวอาจจะเลื่อนตำแหน่งซึ่งรบกวนการเรียงตัวของขั้วแม่เหล็กดาวนิวตรอน ที่จะเปล่งไอพ่นรังสีแกมมาออกมาในแบบที่เกิดการสั่นได้
ที่น่าสนใจคือ วัตถุเหล่านี้หมุนรอบตัวเร็วอย่างไม่น่าเชื่อเกือบ 78,000 รอบต่อนาที เร็วกว่าพัลซาร์ที่เร็วที่สุด(J1748-2446ad) ที่ 707 รอบต่อวินาที อย่างมาก แต่ละรอบที่ดาวนิวตรอนมวลสูงยิ่งหมุนรอบตัวไปก็จะยื้อเวลาให้มัน โดยเพิ่งโมเมนตัมเชิงมุมเพื่อต้านทานแรงโน้มถ่วงที่จะยุบตัวลง
แหล่งข่าว sciencealert.com : these massive neutron stars existed for less than the blink of an eye
space.com : “impossible” neutron stars could explain strange flashes
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2026 Blockdit
