พบการระเบิดในอวกาศอันแปลกประหลาดที่แม้แต่นักดาราศาสตร์ก็ไม่สามารถอธิบายได้

นักดาราศาสต์พบการระเบิดที่แปลกประหลาดและหายากประมาณ 12 ครั้ง พวกมันอาจเป็นสัญญาณของหลุมดำชนิดพิเศษหรือไม่ ?

นักดาราศาสตร์ไม่เคยเห็นอะไรแบบนี้มาก่อน เมื่อบางสิ่งบางอย่างที่กว้างใหญ่ในส่วนลึกของอวกาศเกิดระเบิดขึ้น ส่งผลให้ในปี 2018 กล้องโทรทัศน์บนโลกจับการระเบิดที่สว่างและผิดปกติได้อย่างน่ามหัศจรรย์ ขณะเฝ้าดูการระเบิดที่อยู่ห่างออกไปราว 200 ล้านปีแสง

การระเบิดดังกล่าวสว่างขึ้นอย่างรวดเร็วและเจิดจ้ามากกว่าการระเบิดของดาวทั่วไปอย่างซูเปอร์โนวา ก่อนที่มันจะหายไป ทำให้ได้รับฉายาว่า เอที 2018 คาว (AT2018cow) ซึ่งต่อมาเป็นที่รู้จักกันในชื่อเล่นว่า เดอะ คาว (the Cow หรือวัวในภาษาไทย) โดยการระเบิดที่ดูแปลกประหลาดนี้มีขนาดใกล้เคียงกับระบบสุริยะของเรา

นับตั้งแต่เกิดเหตุการณ์นั้น นักดาราศาสตร์สามารถตรวจจับการระเบิดที่คล้ายคลึงกันได้อีกจำนวนหนึ่งทั่วจักรวาล ทั้งหมดมีลักษณะเหมือนกัน คือ เป็นปรากฏการณ์แสงสีฟ้าสว่างจ้าที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วแบบชั่วคราว (luminous fast blue optical transients -LFBots)

แอนนา โฮ นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยคอร์แนลในนิวยอร์ก ประเทศสหรัฐฯ กล่าวว่า "พวกมันมีความสว่างมาก" ซึ่งเป็นที่มาของตัวอักษร L ในชื่อย่อ LFBots ส่วนตัวอักษร B สื่อถึงสีอันเป็นผลมาจากอุณหภูมิของการระเบิดที่สูงมากถึง 40,000 องศาเซลเซียส ซึ่งทำให้เกิดแสงสเปกตรัมสีฟ้า ส่วนตัวอักษรสุดท้ายในตัวย่อ O และ T มาจากข้อเท็จจริงที่ว่าเหตุการณ์เหล่านั้นปรากฏในสเปกตรัมแสงที่มองเห็นได้ (optical) และมีอายุสั้นหรือเพียงชั่วคราว (transient)

ในตอนแรก นักวิทยาศาสตร์คิดว่า LFBots อาจเป็นซูเปอร์โนวาที่ล้มเหลว คือดาวฤกษ์ที่พยายามจะระเบิด แต่กลับยุบตัวลงแทน ทำให้เกิดหลุมดำที่ใจกลาง แล้วหลุมดำนั้นก็ค่อย ๆ กลืนกินดาวจากด้านในออกมา

อย่างไรก็ตาม มีอีกทฤษฎีหนึ่งที่กำลังได้รับความสนใจมากขึ้น โดยบอกว่าเปลวไฟของ เดอะ คาว ปะทุขึ้นจากหลุมดำมวลปานกลางที่ยังไม่ถูกค้นพบ ซึ่งมันมักจะกลืนกินดาวที่หลงทางเข้าไปใกล้พวกมันมากเกินไป โดยรายงานวิจัยที่ตีพิมพ์เมื่อเดือน พ.ย. ปีที่แล้ว ได้อธิบายหลักฐานใหม่สำหรับแนวคิดนี้และชี้ให้เห็นว่ามันอาจเป็นคำอธิบายที่เหมาะสมกว่า

"ความรู้สึกทั่วไปกำลังเปลี่ยนแปลงไปในทิศทางนี้" แดเนียล เพอร์ลีย์ นักดาราศาสตร์จาก ม.ลิเวอร์พูล จอห์น มัวร์ส กล่าว

หากนี่เป็นเรื่องที่ถูกต้อง มันอาจเป็นหลักฐานสำคัญที่ยืนยันการมีอยู่ของหลุมดำประเภทลึกลับนี้ ซึ่งเป็นจุดเชื่อมที่หายไประหว่างหลุมดำที่เล็กที่สุดและใหญ่ที่สุดในจักรวาล และยังเป็นเบาะแสสำคัญของหนึ่งในปริศนาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของจักรวาล นั่นคือ สสารมืด (dark matter)

เดิมทีเปลวไฟของเดอะ คาว ในปี 2018 ถูกตรวจพบโดยการสำรวจท้องฟ้าด้วยหุ่นยนต์ใช้กล้องโทรทรรศน์บนพื้นโลกที่เรียกว่า แอตลาส (Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System-Atlas) โดยระบบนี้จับภาพการระเบิดที่เกิดขึ้นในกาแล็กซีที่อยู่ห่างจากโลกประมาณ 200 ล้านปีแสง

เห็นได้ชัดว่ามันสว่างกว่าซูเปอร์โนวาทั่วไปถึง 100 เท่า และมันก็หายไปภายในเวลาไม่กี่วัน ทั้งที่ปกติแล้วซูเปอร์โนวามักใช้เวลาหลายวัน หลายสัปดาห์ หรือหลายเดือนก่อนจะหายไป และการระเบิดครั้งนี้ยังมีโครงสร้างที่แบนราบและแปลกประหลาด จากการสังเกตของนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเชฟฟิลด์ในสหราชอาณาจักร

นับตั้งแต่นั้น นักดาราศาสตร์สามารถระบุเหตุการณ์ที่คล้ายคลึงกันประมาณ 12 ครั้ง ซึ่งส่วนใหญ่เป็นที่รู้จักกันในชื่อเล่นที่ตั้งเป็นชื่อสัตว์ต่าง ๆ ตามตัวอักษรที่พวกเขาใช้สุ่มเรียกการค้นพบทางดาราศาสตร์ เช่น ZTF18abvkwla ที่ถูกตรวจพบในปี 2018 มีชื่อเล่นว่าโคอาลา (Koala)

ขณะที่ ZTF20acigmel ซึ่งถูกค้นพบเจอในปี 2022 รู้จักกันในชื่อว่า คาเมล (Camel หรืออูฐในภาษาไทย) AT2022tsd ที่เจอในปี 2022 มีชื่อเล่นว่าแทสแมเนียนเดวิล (Tasmanian devil) และ AT2023fhn ซึ่งพบในปี 2023 มีชื่อเรียกว่านกฟินช์ (Finch) หรือลูกกวาง (Fawn)

นักดาราศาสตร์ค้นหาปรากฏการณ์นี้โดยใช้กล้องโทรทรรศน์สำรวจและศึกษาพื้นที่ท้องฟ้าขนาดใหญ่มากขึ้นเรื่อย ๆ และเมื่อปรากฏการณ์ดังกล่าวเกิดขึ้น พวกเขาก็สามารถส่งสัญญาณเตือนไปยังนักดาราศาสตร์คนอื่น ๆ ผ่านบริการต่าง ๆ เช่น Astronomert's telegram ซึ่งเป็นกระดานข้อความออนไลน์สำหรับเหตุการณ์ด้านดาราศาสตร์

สัญญาณเตือนดังกล่าวมีจุดมุ่งหมายเพื่อกระตุ้นให้กล้องโทรทรรศน์อื่น ๆ หันกล้องไปทางนั้นและจับภาพไว้ ด้วยความหวังว่าจะสามารถสังเกตปรากฏการณ์ดังกล่าวได้อย่างละเอียดก่อนที่มันจะหายไปจากสายตา

โฮและเพอร์ลีเพิ่งค้นพบปรากฏการณ์ LFBots อีกครั้งหนึ่งเมื่อเดือน พ.ย. ที่ผ่านมา ซึ่งมีชื่อว่า AT2024wpp แต่ยังไม่มีชื่อเล่น

"เรากำลังคิดถึง เดอะ วอซพ์ (The Wasp หรือ ตัวต่อ ในภาษาไทย)" โฮ กล่าว และบอกว่าการระเบิดครั้งนี้สว่างที่สุดนับตั้งแต่สังเกต เดอะ คาว ได้ และมันยังถูกค้นพบในช่วงต้นที่เกิดความสว่างขึ้น ซึ่งหมายความว่านักดาราศาสตร์ต่าง ๆ สามารถร่วมกันใช้กล้องโทรทรรศน์จับภาพมันไว้ได้ รวมถึงกล้องโทรทัศน์อวกาศฮับเบิล เพื่อศึกษาเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้

"มันเป็นสิ่งที่ดีที่สุดนับตั้งแต่เจอ เดอะ คาว" เพอร์ลี บอก

การสังเกตการณ์เบื้องต้นบอกเป็นนัยว่า เดอะ วอซพ์ ไม่ได้เกิดจากซูเปอร์โนวาที่ล้มเหลว โดยในทางทฤษฎีนั้นดวงดาวจะแตกสลายไปเองขณะที่มันกำลังอยู่ในกระบวนการระเบิด โดยมีหลุมดำหรือดาวนิวตรอนมวลหนาแน่นก่อตัวขึ้นอยู่ภายในเปลือกของดาวฤกษ์ และระเบิดรังสีผ่านเปลือกของดาวฤกษ์ออกมา ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า "เครื่องยนต์กลาง (central engine)" ซึ่งช่วยอธิบายได้ว่าเหตุใดจึงเห็นเปลวไฟของ เดอะ คาว ได้ในระยะสั้น ๆ บนโลก

แต่เพอร์ลีบอกว่า เดอะ วอซพ์ ดูเหมือนจะไม่มีสัญญาณของวัตถุใด ๆ ที่ไหลออกมาจากการระเบิด ซึ่งนักวิทยาศาสตร์คาดว่าจะได้เห็นจากปรากฏการณ์ดังกล่าว

อย่างไรก็ตาม เขาตั้งข้อสังเกตว่าการค้นพบปัจจุบันอาจเป็นแค่ข้อมูลเบื้องต้นเท่านั้น

"เรายังต้องวิเคราะห์ข้อมูลต่อ" เขากล่าว

เมื่อเดือน ก.ย. 2024 เจิ้ง เฉา จากสถาบันวิจัยอวกาศเนเธอแลนด์และเพื่อนร่วมงานได้ตรวจสอบ LFBots ที่ตรวจพบได้ครั้งแรกอีกครั้ง และพบหลักฐานที่ท้าทายทฤษฎีซูเปอร์โนวาที่ล้มเหลว

จากการศึกษาการสังเกตการณ์ด้วยรังสีเอ็กซ์ของปรากฏการณ์ดังกล่าว พวกเขาพบสิ่งที่ดูเหมือนเป็นแผ่นจานของสสารล้อมรอบการระเบิดนั้นไว้ หลังจากสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ของแผ่นจาน พวกเขาพบว่ามันมีลักษณะคล้ายกับเศษซากของดาวฤกษ์ที่กำลังถูกกลืนกินโดยหลุมดำมวลปานกลาง ซึ่งมีมวลประมาณ 100-100,000 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ของเรา ส่วนหลุมดำที่มีขนาดใหญ่กว่านั้นอาจมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์เป็นล้านหรือแม้กระทั่งพันล้านเท่า

เมื่อดาวฤกษ์ถูกกินเข้าไป บางครั้งมันจะทำให้หลุมดำสว่างขึ้นกะทันหันจากชิ้นส่วนขนาดใหญ่ของดาวฤกษ์ที่ถูกกลืนเข้าไป ทำให้เกิดเปลวไฟ เดอะ คาว เหมือนกับที่นักดาราศาสตร์เห็นจากโลก

"ผมเชื่อว่าการศึกษาของเราสนับสนุนว่า หลุมดำมวลปานกลางคือธรรมชาติที่แท้จริงของ AT2018cow และวัตถุ LFBots อื่น ๆ ที่คล้ายกัน" เฉา กล่าว

แนวคิดอีกประการหนึ่งคือ LFBots อาจเป็นกลุ่มของดาวฤกษ์ขนาดยักษ์ที่เรียกว่า ดาววูล์ฟ–ราเยต์ (Wolf-Rayet stars) กำลังถูกฉีกทำลายโดยหลุมดำขนาดเล็กกว่ามากซึ่งมีมวลเพียง 10-100 เท่าของดวงอาทิตย์ของเรา

ด้าน ไบรอัน เมตซ์เกอร์ นักดาราฟิสิกส์ทฤษฎีจากมหาวิทยาลัยโคลัมเบียในนิวยอร์ก คือหนึ่งในผู้ที่สนับสนุนแนวคิดนี้ โดยเขากล่าวว่าปรากฏการณ์นี้อาจเกิดขึ้นในลักษณะคล้ายกับการเกิดหลุมดำคู่ ซึ่งสามารถตรวจจับได้จากคลื่นความโน้มถ่วงที่พวกมันสร้างขึ้น เว้นแต่ว่าในกรณีนี้ มีเพียงดาวฤกษ์ดวงเดียวเท่านั้นที่กลายเป็นหลุมดำ

บางทีหลุมดำมวลปานกลางอาจเป็นแนวคิดที่มีเสน่ห์และเป็นที่ชื่นชอบมากที่สุดในขณะนี้ หากมันถูกต้อง นั่นหมายความว่า LFBots เป็นโอกาสพิเศษที่เอื้อให้เราสามารถศึกษาหลุมดำขนาดกลางอันลึกลับนี้ได้ ขณะที่นักดาราศาสตร์มีความมั่นใจพอสมควรว่ามีหลุมดำมวลปานกลางอยู่ในจักรวาล แต่ยังไม่มีใครพบหลักฐานที่ชัดเจน

นอกจากนี้ พวกมันอาจมีความสำคัญอย่างยิ่ง เพราะทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมที่ขาดหายไประหว่างหลุมดำที่เล็กที่สุดในจักรวาลกับหลุมดำมวลมหาศาลที่ใหญ่ที่สุด เช่น หลุมดำที่ใจกลางกาแล็กซีของเรา เนื่องจากปรากฎการณ์ LFBots สามารถเปิดเผยตำแหน่งของหลุมดำมวลปานกลาง และจำนวนหลุมดำเหล่านั้นได้

"แบบจำลองหลุมดำมวลปานกลางนั้นน่าตื่นเต้นมากที่สุด" เพอร์ลี กล่าว "มันยังคงเป็นเรื่องถกเถียงกันในชุมชนว่าหลุมดำมวลปานกลางมีอยู่จริงหรือไม่ เนื่องจากมีหลักฐานอยู่น้อยมาก"

หากต้องการรู้แน่ชัดว่าปรากฏการณ์ LFBots คืออะไร เราจำเป็นต้องมีตัวอย่างของมันมากกว่านี้อีกมาก

"น่าเสียดายที่มันหายากมาก" เพอร์ลีย์ กล่าว และเสริมว่าหากมีข้อมูลของ LFBots ประมาณ 100 กรณี มันก็จะทำให้การค้นคว้ารุดหน้าต่อไปได้

เราอาจเข้าใกล้ตัวเลขนั้นมากขึ้นในปีหน้า เมื่อกล้องโทรทรรศน์ในวงโคจรของอิสราเอลที่ชื่อว่า อัลตราแซท (Ultraviolet Transient Astronomy Satellite-Ultrasat) เตรียมถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศ โดยคาดว่ากล้องนี้จะค้นพบ LFBots ได้มากขึ้นในบรรดาปรากฏการณ์ชั่วคราวอื่น ๆ ในจักรวาล เนื่องจากมีมุมมองกว้างมากถึง 204 ตารางองศา ซึ่งเทียบเท่ากับการมองเห็นดวงจันทร์เต็มดวง 1,000 ดวง พร้อมกันบนท้องฟ้า

ขณะเดียวกัน กล้องโทรทรรศน์อวกาศอื่น ๆ เช่น กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เว็บบ์ (JWST) ก็สามารถรวบรวมข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับปรากฏการณ์ LFBots เอกพจน์ได้ ตราบเท่าที่พวกเขาสามารถฝึกฝนให้มันหันไปในทิศทางที่เกิดการระเบิดขึ้นและยังเกิดแสงสว่างจ้า

"กล้อง JWST จะสมบูรณ์แบบขึ้นมาก" เมตซ์เกอร์ กล่าว

อย่างไรก็ตาม อย่างไรก็ตาม การขอเวลาบนกล้องโทรทรรศน์เพื่อทำการสังเกตการณ์แบบนี้กลับเป็นเรื่องยาก

"ฉันเสนอเรื่องนี้ไปสองครั้งแล้ว" โฮ กล่าว แต่ก็ยังไม่ประสบความสำเร็จ "ฉันจะลองใหม่อีกครั้งในปีนี้"

จนกว่าจะมีข้อมูลเพิ่มเติม ความลึกลับของการระเบิดที่แปลกประหลาดเหล่านี้จะยังคงมีอยู่ สิ่งที่ชัดเจนคือปรากฏการณ์ LFBots ได้พิสูจน์แล้วว่าแปลกประหลาดกว่าที่ใคร ๆ คาดไว้มาก

"ผมนึกว่ามันจะเป็นโปรเจกต์เล็ก ๆ สนุก ๆ ทำครั้งเดียวจบ" เพอร์ลีย์ กล่าว "แต่มันกลับกลายเป็นปรากฏการณ์อีกประเภทหนึ่งโดยสิ้นเชิง และยิ่งนานก็ยิ่งน่าสนใจขึ้นเรื่อย ๆ"