กำเนิดดาวแม่เหล็กในซุปเปอร์โนวาที่สว่างยิ่งยวด
เป็นครั้งแรกที่นักดาราศาสตร์ได้เห็นการกำเนิดของดาวแม่เหล็กหรือมักนีตาร์ ซึ่งเป็นดาวนิวตรอนที่หมุนรอบตัวและมีความเป็นแม่เหล็กสูงมาก และยืนยันได้ว่ามันเป็นแหล่งพลังงานเบื้องหลังการระเบิดของดาวที่สว่างที่สุดบางส่วนในอวกาศ
การค้นพบยืนยันทฤษฎีที่เสนอขึ้นโดยนักฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยคาลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์เมื่อ 16 ปีก่อนและเผยให้เห็นปรากฏการณ์ประหลาดอันใหม่ในการระเบิดของดาว เป็นซุปเปอร์โนวาที่มี “เสียงร้องแหลม-chirp” ในกราฟแสงซึ่งเกิดขึ้นจากสัมพัทธภาพทั่วไป รายงานอธิบายปรากฏการณ์ประหลาดนี้เผยแพร่ในวารสาร Nature
ซุปเปอร์โนวาที่สว่างยิ่งยวด(superluminous supernovae) ซึ่งสว่างกว่าซุปเปอร์โนวาทั่วไปสิบเท่าหรือมากกว่านั้น ได้สร้างความมึนงงให้กับนักดาราศาสตร์มาตั้งแต่ที่มันถูกพบในทศวรรษ 2000 คิดกันว่าพวกมันเป็นผลจากการระเบิดของดาวฤกษ์มวลสูงมาก บางทีอาจจะถึงระดับ 25 เท่าดวงอาทิตย์ แต่พวกมันกลับสว่างยาวนานกว่าที่คาดไว้เมื่อแกนเหล็กของมันยุบตัวและชั้นส่วนนอกๆ ก็ถูกเป่าออกมาในเวลาต่อมา
กราฟแสงเปรียบเทียบอันดับความสว่างที่แท้จริง(absolute magnitude) ของซุปเปอร์โนวาปกติ ที่แบ่งได้เป็น ชนิดที่ไม่พบไฮโดรเจน(Type I) และพบไฮโดรเจน(Type II) กลุ่มของซุปเปอร์โนวาที่สว่างยิ่งยวด(SLSNe) สว่างกว่าซุปเปอร์โนวาปกติอย่างน้อย 10 เท่า
ในปี 2010 Dan Kasen ซึ่งปัจจุบันเป็นศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ที่ยูซี เบิร์กลีย์ เป็นคนแรกที่เสนอว่าดาวแม่เหล็ก(magnetar) ให้พลังกับการเรืองสว่างที่กินเวลานานนี้
จากทฤษฎีนี้ ซึ่งร่วมสร้างโดย Lars Bildsten และยังมี Stanford Woosley จากยูซี ซานตาครูซ เสนอขึ้นมาพร้อมกัน บอกว่าเมื่อดาวมวลสูงยุบตัวลงในช่วงจบชีวิตของมัน มันจะบีบอัดมวลจำนวนมากกลายเป็นดาวนิวตรอนที่มีขนาดกะทัดรัดอย่างมาก เป็นชะตากรรมระยะสั้นก่อนที่จะยุบตัวต่อเป็นหลุมดำ
ถ้าดาวฤกษ์เคยมีสนามแม่เหล็กที่รุนแรงมาก มันก็น่าจะรุนแรงขึ้นอีกในระหว่างที่ดาวแม่เหล็กก่อตัวขึ้น สร้างสนามที่แรงกว่าบนดาวนิวตรอนหมุนรอบตัวเร็ว(pulsar) ปกติ 100 ถึง 1000 เท่า
พัลซาร์และพี่ใหญ่แม่เหล็กรุนแรงของมัน มักนีตาร์มีเส้นผ่าศูนย์กลางเพียง 16 กิโลเมตรเท่านั้น แต่ในช่วงที่ยังเยาว์วัยสามารถหมุนรอบตัวได้เร็วมากกว่า 1 พันรอบต่อวินาที เมื่อมักนีตาร์หมุนรอบตัว สนามแม่เหล็กที่หมุนตามไปก็สามารถเร่งความเร็วอนุภาคมีประจุที่ชนกับเศษซากจากซุปเปอร์โนวาที่กำลังขยายตัว เพิ่มความสว่างของซุปเปอร์โนวาขึ้นอีก และยังคิดกันว่า มักนีตาร์เป็นแหล่งพลังให้กับการปะทุคลื่นวิทยุเร็ว(fast radio burst) ด้วย
ดาวนิวตรอนเป็นซากของแกนกลางดาวฤกษ์มวลสูง ที่ระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวาเหลือแกนกลางที่มีความหนาแน่นสูงทิ้งไว้ซึ่งยุบตัวจนมีขนาดเพียงหลักสิบกิโลเมตรแต่มีมวลพอๆ กับดวงอาทิตย์
Joseph Farah นักศึกษาปริญญาโทที่ยูซี ซานตาบาร์บารา และหอสังเกตการณ์ ลาสคัมปรีส(LCO) ได้ยืนยันความเชื่อมโยงระหว่างมักนีตาร์กับซุปเปอร์โนวาที่สว่างยิ่งยวดชนิด 1(Type I superluminous supernova; SLSNe-I) หลังจากวิเคราะห์ข้อมูลจากซุปเปอร์โนวาที่เกิดในปี 2024 ที่มีชื่อว่า SN 2024afav ในรายงานที่เผยแพรใน Nature Farah และเพื่อนร่วมงานได้เสนอคำอธิบายแบบสัมพัทธภาพทั่วไปให้กับกราฟแสงซุปเปอร์โนวาที่ตะปุ่มตะป่ำ ซึ่งพวกเขาเรียกว่า chirp ซึ่งเป็นข้อสรุปที่เชื่อมโยงพวกมันกับมักนีตาร์
สิ่งที่น่าตื่นเต้นจริงๆ ก็คือมีหลักฐานอย่างชัดเจนว่ามีมักนีตาร์ก่อตัวขึ้นจากซุปเปอร์โนวาแบบแกนกลางยุบตัวที่สว่างเจิดจ้ามาก Alex Filippenko ศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ ที่ยูซี เบิร์กลีย์ ซึ่งเป็นผู้เขียนร่วมในรายงาน และเป็นหนึ่งในว่าที่อาจารย์ที่ปรึกษาของ Farah
พื้นฐานของแบบจำลองของ Dan Kasen และ Stanford Woosley ก็คือที่คุณต้องการทั้งหมดก็คือพลังงานของดาวแม่เหล็กที่ซ่อนอยู่และมีสัดส่วนที่พอเหมาะที่ถูกดูดกลืนไว้ และนี่จะอธิบายว่าทำไมมันจึงสว่างยิ่งยวด แต่ที่ยังไม่รู้ก็คือในความเป็นจริงแล้วมี มักนีตาร์ก่อตัวขึ้นกลางซุปเปอร์โนวานี้ และนี่ก็เป็นสิ่งที่รายงานของ Joseph(Farah) แสดงไว้
เป็นเวลาหลายปีที่แนวคิดมักนีตาร์พิสดารเหมือนกับการเล่นกลของนักทฤษฎี เมื่อต้องซ่อนเครื่องยนต์ทรงพลังไว้เบื้องหลังเศษซากของซุปเปอร์โนวาชั้นแล้วชั้นเล่า มันเป็นคำอธิบายตามธรรมชาติให้กับความสว่างที่มากเป็นพิเศษของการระเบิดเหล่านี้ แต่ไม่สามารถมองมันเห็นได้โดยตรง Kasen กล่าว เสียงกรีดแหลมในสัญญาณซุปเปอร์โนวาก็เหมือนกับเครื่องยนต์ที่กระชากม่านออกและเผยให้เห็นว่ามันอยู่ที่นั้นจริงๆ
ภาพจากศิลปินแสดงดาวแม่เหล็ก(magnetar) ดวงหนึ่งที่ล้อมรอบด้วยดิสก์สะสมมวลสาร(accretion disk) ซึ่งกำลังหมุนส่ายเนื่องจากปรากฏการณ์ของสัมพัทธภาพทั่วไป แบบจำลองดาวแม่เหล็กบางส่วนบอกว่าอาจมีไอพ่นอนุภาคมีประจุความเร็วสูงผุดออกจากดาวแม่เหล็กผ่านแกนการหมุนรอบตัว
หลังจาก SN2024afav ถูกพบในเดือนธันวาคม 2024 หอสังเกตการณ์ ลาสคัมปรีส ซึ่งเป็นเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์ 27 ตัวทั่วโลก ได้ตามรอยมันและตรวจสอบความสว่างนานมากกว่า 200 วัน ดาวที่ระเบิดดวงนี้อยู่ห่างออกไปราว 1 พันล้านปีแสงจากโลก Farah ทำงานกับ Andy Howell เพื่อนนักดาราศาสตร์ที่ยูซี ซานตาบาร์บารา สังเกตพบว่าหลังจากความสว่างสูงสุดราว 50 วันหลังจากระเบิด มันก็ไม่ได้ค่อยๆ สลัวลงเหมือนกับซุปเปอร์โนวาทั่วไป
แต่ความสว่างของมันกลับสลัวลงแบบแกว่งอย่างช้าๆ สว่างขึ้นจนถึงจุดสูงสุดและก็มืดลงเป็นคาบ(oscillation) ที่ค่อยๆสั้นขึ้น สร้างเป็นเนิน 4 เนินชุดหนึ่ง(และอาจมีเนินที่ห้าด้วย) เขาเปรียบเทียบมันกับเสียงที่ค่อยๆ มีความถี่สูงขึ้นอย่างช้าๆ ซึ่งฟังดูเหมือนเสียงเจื้อยแจ้วของนก
เป็นที่ทราบกันว่าซุปเปอร์โนวาที่สว่างยิ่งยวดก่อนหน้านี้เองก็มีเนินอยู่ในกราฟแสง โดยบางส่วนก็แปลผลว่าเกิดขึ้นจากคลื่นกระแทกของซุปเปอร์โนวาชนกับชั้นของก๊าซที่เกาะกลุ่มอยู่รอบๆ ดาว จึงสว่างขึ้นเป็นช่วงสั้นๆ แต่ไม่มีใครเคยพบเนินมากถึง 4 ลูก
จากแบบจำลองของ Farah วัสดุสารบางส่วนจากการระเบิดของ SN 2024afav ตกกลับสู่มักนีตาร์ที่เพิ่งเกิดใหม่ ก่อตัวดิสก์วัสดุสารที่เรียกว่า ดิสก์สะสมมวลสาร(accretion disk) เนื่องจากวัสดุสารรอบมักนีตาร์ไม่น่าจะอยู่ในสภาพสมมาตร ดิสก์สะสมมวลสารก็ไม่น่าจะสมมาตรรอบดาวนิวตรอนที่หมุนรอบตัวเร็วด้วยเช่นกัน ทำให้แกนการหมุนรอบตัวของมันเอียงตัวไป เมือเทียบกับแกนการหมุนของดิสก์สะสมมวลสาร
กราฟแสงในหลายแถบคลื่นแสงของ SN 2024afav กราฟแสงรวม LCO+ALTAS+KeplerCam ของ SN 2024afav หลังจากการระเบิดเกิดขึ้นไม่นาน จนถึงราว 125 วันหลังจากความสว่างสูงสุด จะเห็น "เนิน" ในกราฟแสง
เนื่องจากสัมพัทธภาพทั่วไปบอกว่า มวลที่หมุนรอบตัวจะลากห้วงกาลอวกาศรอบๆ มันไปด้วย มักนีตาร์ที่หมุนรอบตัวก็น่าจะสร้างปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการควงส่าย(Lense-Thirring precession) หรือการลากกรอบ(frame-dragging) ซึ่งทำให้ดิสก์ที่เอียงเกิดการส่ายเหมือนลูกข่าง ดิสก์ที่ส่ายน่าจะกันแสงและสะท้อนแสงจากมักนีตาร์เป็นคาบเวลา ทำให้ทั้งระบบเป็นเหมือนประภาคารในอวกาศที่กระพริบยิบๆ
เวลาที่มีการกระพริบซ้ำจะสั้นลงตามรัศมีของดิสก์ ดังนั้นเมื่อดิสก์หดลงและเข้ามาใกล้มักนีตาร์ มันจะส่ายเร็วขึ้น ดิสก์เปลี่ยนแปลงตำแหน่งเร็วขึ้นเป็นสาเหตุให้แสงกระพริบเร็วขึ้นในขณะที่ความสว่างก็ลดลง สร้าง chirp ที่สำรวจได้จากกล้องบนโลก
Farah กล่าวว่า เราได้ทดสอบหลายแนวคิดซึ่งรวมถึงปรากฏการณ์นิวตันล้วนๆ และการควงส่ายที่ขับเคลื่อนโดยสนามแม่เหล็กของมักนีตาร์เอง แต่มีเพียงการควงส่ายสัมพัทธภาพที่สอดคล้องกับช่วงเวลาที่สำรวจพบอย่างพอดิบพอดี นี่เป็นครั้งแรกที่ต้องใช้สัมพัทธภาพทั่วไปเพื่ออธิบายกลไกของซุปเปอร์โนวา ไม่เคยมีแบบจำลองใดที่มีอยู่ที่สามารถอธิบายรูปแบบเนินเหล่านี้ซึ่งโผล่มาเร็วขึ้นเรื่อยๆ Farah กล่าว ผมเริ่มคิดถึงหนทางที่จะเกิดขึ้นได้ เพราะสัญญาณดูเหมือนจะเป็นรูปแบบมากเกินกว่าจะเกิดขึ้นจากปฏิสัมพันธ์แบบสุ่ม
นักดาราศาสตร์ยังใช้ข้อมูลการสำรวจเพื่อประเมินคาบการหมุนรอบตัวของดาวนิวตรอนดวงนี้ ซึ่งได้ที่ 238 รอบต่อวินาที และสนามแม่เหล็กที่ 3 ร้อยล้านล้านเท่าความแรงของสนามโลก ซึ่งทั้งสองค่าเป็นจุดเด่นของมักนีตาร์ ผมคิดว่า Joseph ได้พบควันปืนแล้ว Howell ซึ่งเป็นนักวิทยาศาสตร์อาวุโสที่ LCO และศาสตราจารย์วุฒิคุณสาขาฟิสิกส์ที่ UCSB กล่าว
ไดอะแกรม มักนีตาร์อยู่ที่ใจกลางตาราง(ทรงกลมสีเทา NS) สร้างการเปล่งคลื่นที่มีการแกว่งตามแนวสายตาของผู้สังเกตการณ์อันเนื่องจากดิสก์สะสมมวลสาร(วงสีฟ้า) credit: Nature
เขาจับคู่เนิน(ในกราฟแสง) เข้ากับแบบจำลองมักนีตาร์และอธิบายทุกอย่างด้วยสัมพัทธภาพทั่วไปซึ่งเป็นทฤษฎีที่ถูกทดสอบอย่างหนักหน่วงที่สุดในทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ และมันก็น่าเกรงขามมาก
Filippenko กล่าวเสริมว่า การได้เห็นผลกระทบอย่างชัดเจนจากสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์เป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นอยู่เสมอ แต่การได้เห็นมันในซุปเปอร์โนวาเป็นครั้งแรกนี่เป็นยิ่งกว่าถูกแจ๊คพอต เขาเตือนว่าข้อสรุปของ Farah ยังไม่ได้หมายความว่า ซุปเปอร์โนวาที่สว่างยิ่งยวดทั้งหมดได้รับพลังจากมักนีตาร์ ยังมีทฤษฎีทางเลือกที่ว่าคลื่นกระแทกจากดาวที่ระเบิดชนกับวัสดุสารรอบๆ มัน(circumstellar material) ทำให้ความสว่างขึ้นๆ ลงๆ มากพอสมควร
ยิ่งกว่านั้น Kasen ได้เสนอว่าถ้าแกนกลางที่ยุบตัวลงของดาว ทำให้เกิดหลุมดำขึ้นมา ก็อาจจะส่งพลังให้เกิดซุปเปอร์โนวาที่สว่าง(ยิ่งยวด) กว่านี้อีก และถ้ามีดิสก์สะสมมวลสารที่เอียงไป ก็สร้างเนินในกราฟแสงด้วย เราไม่ทราบว่าจะมี SLSNe-1 มากแค่ไหนที่ได้รับพลังจากวัสดุสารรอบดาว แต่แน่นอนว่ามันต้องมีสัดส่วนต่ำกว่าที่เราเคยคิดไว้ เนื่องจากขณะนี้เรามีหลักฐานแล้ว Filippenko กล่าว
Farah คาดว่าจะได้พบซุปเปอร์โนวาที่มีเสียงกรีดร้องเหล่านี้อีกหลายสิบเหตุการณ์ เมื่อหอสังเกตการณ์รูบิน(Vera C. Rubin observatory) พร้อมออนไลน์และเริ่มการสำรวจท้องฟ้าที่ครบถ้วนสมบูรณ์ที่สุดเท่าที่เคยทำมา นี่เป็นสิ่งที่น่าตื่นเต้นมากที่สุดที่ผมมีเอกสิทธิ์เพราะเป็นสมาชิกทีมด้วย นี่เป็นวิทยาศาสตร์ในแบบที่ผมเคยฝันไว้ตอนเด็กๆ เอกภพกำลังตะโกนใส่หน้าเราว่าเรายังไม่เข้าใจมันอย่างครบถ้วนนัก และท้าทายให้เราอธิบายมันให้ได้
แหล่งข่าว phys.org : astronomers capture birth of a magnetar, confirming link to some of universe’s brightest exploding stars
space.com : astronomers witness colossal supernova explosion create one of the most magnetic stars in the universe for the first time
sciencealert.com : strange “chirp” may reveal what powers the brightest supernovae in the universe
brighterside.news : newborn magnetar offers rare evidence of Einstein’s relativity in a stellar explosion
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2026 Blockdit
