พบดาวนิวตรอนแหกกฎฟิสิกส์ สว่างกว่าดวงอาทิตย์ 10 ล้านเท่าโดยไม่ระเบิด
ที่มาของภาพ, NASA / JPL-CALTECH
องค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติสหรัฐฯ หรือนาซา ประกาศยืนยันการค้นพบวัตถุอวกาศประหลาด ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ความสว่างยิ่งยวด (Ultraluminous X-ray Source – ULX) โดยวัตถุดังกล่าวส่องแสงเจิดจ้ายิ่งกว่าดวงอาทิตย์ถึง 10 ล้านเท่า ซึ่งไม่น่าจะเป็นไปได้ตามหลักการทางฟิสิกส์ในปัจจุบัน
จากการตรวจสอบด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศนูสตาร์ (NuStar) ซึ่งตรวจจับรังสีเอกซ์พลังงานสูงจากห้วงอวกาศลึก ทีมนักดาราศาสตร์ขององค์การนาซาพบว่า วัตถุอวกาศนี้คือดาวนิวตรอน M82 X-2 และแสงสว่างเจิดจ้าของมันนั้นเป็นปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ที่เกิดขึ้นจริง ไม่ใช่ภาพลวงตาแต่อย่างใด
ความสว่างของดาวนิวตรอน M82 X-2 นั้น ทะลุเกินขอบเขตทางฟิสิกส์ที่เรียกว่า “ขีดจำกัดเอ็ดดิงตัน” (Eddington limit) ซึ่งชี้ว่าขนาดของวัตถุจะเป็นตัวกำหนดว่ามันสามารถมีความสว่างได้มากน้อยเพียงใดในธรรมชาติ หากวัตถุใดมีความสว่างเกินขีดจำกัดนี้ ตัวของมันจะต้องระเบิดออกจนแหลกสลายเป็นผุยผงอย่างแน่นอน
แต่ในกรณีของแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ความสว่างยิ่งยวด (ULX) พวกมันได้แหกกฎฟิสิกส์ โดยมีความสว่างเกินขีดจำกัดเอ็ดดิงตันไป 100-500 เท่าเลยทีเดียว แต่ดาวนิวตรอนจำพวกนี้ก็ยังคงทนถาวรอยู่ในสภาพเดิม โดยไม่ระเบิดเป็นจุณตามที่กฎฟิสิกส์ทำนายไว้แต่อย่างใด
ที่มาของภาพ, ESA
แถลงการณ์ของนาซาอธิบายว่า ดาวนิวตรอนคือแก่นที่เหลืออยู่ของดาวฤกษ์ที่สิ้นอายุขัย ดาวนิวตรอนจะมีความหนาแน่นสูงจนเกิดแรงโน้มถ่วงมหาศาลที่มากกว่าพื้นผิวโลกถึง 100 ล้านล้านเท่า วัตถุใด ๆ ก็ตามที่ถูกดึงดูดเข้าหาพื้นผิวดาวนิวตรอนจะเกิดการระเบิดอย่างรุนแรงขึ้นทันที
ทีมนักดาราศาสตร์ของนาซากล่าวเปรียบเทียบว่า “แม้แต่ขนมมาร์ชเมลโลว์เบา ๆ ชิ้นหนึ่ง หากตกลงบนพื้นผิวของดาวนิวตรอนแล้ว จะเกิดแรงตกกระทบที่เท่ากับพลังงานจากระเบิดไฮโดรเจน 1,000 ลูกเลยทีเดียว”
ผลการศึกษาล่าสุดที่ตีพิมพ์ในวารสาร The Astrophysical Journal พบว่าดาวนิวตรอนประหลาดนี้ดูดกลืนมวลสารจากดาวฤกษ์ข้างเคียง โดยคิดเป็นปริมาณเท่ากับโลก 1.5 ใบในแต่ละปี และเมื่อมวลสารเหล่านี้ตกกระทบพื้นผิวดาวนิวตรอน จะทำให้เกิดการระเบิดรุนแรงที่มีแสงสว่างยิ่งยวดจนทะลุขีดจำกัดเอ็ดดิงตันนั่นเอง
นอกจากนี้ทีมนักดาราศาสตร์ของนาซายังสันนิษฐานว่า ดาวนิวตรอน M82 X-2 สามารถละเมิดกฎฟิสิกส์ได้ เนื่องจากมีสนามแม่เหล็กอันทรงพลังมหาศาล จนสามารถเปลี่ยนแปลงรูปร่างอะตอมของธาตุองค์ประกอบ ทำให้มีความหนาแน่นสูงขึ้นและสว่างจ้ามากยิ่งขึ้นเรื่อย ๆ
คู่เควซาร์โบราณรวมตัวเป็นหลุมดำมวลยิ่งยวด
กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลที่มีอายุการใช้งานนานถึง 33 ปีแล้ว ยังคงสร้างผลงานโดดเด่นออกมาอย่างต่อเนื่อง โดยล่าสุดทีมนักดาราศาสตร์จากหลายสถาบันวิจัยในสหรัฐฯ ได้ใช้กล้องฮับเบิลสำรวจจนพบคู่เควซาร์ (quasar) ที่อยู่ห่างจากโลกถึง 10,000 ล้านปีแสง ขณะที่ทั้งสองกำลังจะชนปะทะและรวมตัวกันเป็นหลุมดำมวลยิ่งยวด โดยเหตุการณ์นี้เกิดขึ้นในอดีตกาลยุคแรกเริ่ม หลังกำเนิดจักรวาลได้ไม่นานนัก
ที่มาของภาพ, NASA / ESA / STSCI
รายงานการค้นพบดังกล่าวตีพิมพ์ในวารสาร Nature ฉบับวันที่ 5 เม.ย. ที่ผ่านมา โดยทีมผู้วิจัยระบุว่าระบบของคู่เควซาร์จากยุคโบราณนั้นหาพบได้ยากมาก เนื่องจากหลุมดำมวลยิ่งยวดตรงใจกลางของเควซาร์นั้น ต้องใช้เวลานานหลายร้อยล้านปีกว่าจะดูดกลืนสะสมมวลสารจนมีขนาดใหญ่ยักษ์ รวมทั้งเปล่งแสงสว่างเจิดจ้าจากอนุภาคความเร็วเฉียดใกล้แสงที่หมุนปั่นอยู่โดยรอบออกมาได้
ดร. เฉิน ยู่ชิง หัวหน้าทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ วิทยาเขตเออร์บานา-แชมเปญ (UIUC) ของสหรัฐฯ บอกว่าที่ผ่านมานักดาราศาสตร์พบระบบของคู่เควซาร์ในห้วงอวกาศลึกเพียงน้อยครั้ง จึงทำให้การค้นพบครั้งนี้มีความสำคัญทางวิชาการอย่างยิ่ง
ทีมผู้วิจัยได้ใช้กล้องโทรทรรศน์บนพื้นโลก ณ หอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์ W.M. Keck ที่ฮาวาย ตรวจสอบผลงานของกล้องฮับเบิลอีกครั้ง จนมั่นใจได้ว่าระบบของคู่เควซาร์ที่ค้นพบเป็นของจริง ไม่ใช่ภาพลวงตาจากความผิดพลาดของกล้องฮับเบิลแต่อย่างใด
ที่มาของภาพ, NASA / ESA / UIUC / JHU
แต่เป็นที่น่าเสียดายว่า ปัจจุบันคู่เควซาร์ดังกล่าวอาจไม่มีหลงเหลืออยู่ในห้วงอวกาศแล้ว เพราะทั้งสองน่าจะชนและรวมตัวเข้าด้วยกันไปเมื่อหลายพันล้านปีก่อน จนกลายเป็นหลุมดำมวลยิ่งยวดแห่งใหม่ที่มีมวลในระดับเหนือกว่าหลุมดำดั้งเดิมของทั้งคู่ ซึ่งหลุมดำมวลยิ่งยวดที่คู่เควซาร์โบราณได้ให้กำเนิดนี้ จะเป็นศูนย์กลางของดาราจักรขนาดยักษ์แห่งใหม่ที่อาจเป็นกาแล็กซีวงรี (elliptical galaxy) ต่อไปด้วย
ทีมผู้วิจัยหวังว่าการศึกษาที่มาของกาแล็กซีในยุคแรกเริ่ม อย่างเช่นการชนและรวมตัวกันของคู่เควซาร์โบราณนี้ จะนำไปสู่ความเข้าใจเรื่องกระบวนการก่อตัวของกาแล็กซียุคใหม่ อย่างเช่นกาแล็กซีทางช้างเผือกของเราได้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น
สำหรับกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลที่เตรียมจะปลดประจำการในปี 2026 นั้น จะถูกแทนที่ด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศ แนนซี เกรซ โรมัน (Nancy Grace Roman Space Telescope) ซึ่งนาซาจะส่งขึ้นสู่ห้วงอวกาศในปี 2027 โดยกล้องตัวใหม่สามารถมองเห็นห้วงอวกาศในย่านความยาวคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่คล้ายกับกล้องฮับเบิล แต่จะมีมุมมองที่กว้างขึ้นกว่าเดิมเป็นอย่างมาก
