ปริศนาเหตุการณ์วัว หรือมันจะเป็นภาพแรกของการกำเนิดหลุมดำ



นี่คือสิ่งที่เหล่านักดาราศาสตร์รอคอยมาเนินนาน ในเดือนมิถุนายนที่ผ่านมา นักดาราศาสตร์ตรวจพบสว่างจ้าพบเข้ามายังดาวเคราะห์โลกของเรา แสงสว่างจ้าในอวกาศครั้งนี้ไม่เหมือนครั้งอื่นใดเพราะมันมาจากการระเบิดของวัตถุมวลยิ่งยวดในอวกาศเบื้องลึกที่ห่างไกล เหตุการณ์ทางดาราศาสตร์นี้ น้อยครั้งจะสามารถตรวจพบได้ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์จับภาพมันได้เพียงไม่กี่วันก่อนที่แสงสว่างวาบนั้นจะหายไป พร้อมทิ้งร่องรอยปริศนาว่าเหตุการณ์ “วัว” ในครั้งนี้จะเป็นต้นกำเนิดของหลุมดำกันแน่

เหตุการณ์ วัว (นั้นไม่ปกติ)

เหตุการณ์นี้มีชื่อเรียกเล่น ๆ อย่างเป็นทางการว่า วัว (The Cow) นั้นเป็นเหตุการณ์ที่ตรวจจับได้โดยกล้องโทรทรรศน์ ATLAS บนเกาะฮาวายเมื่อวันที่ 16 มิถุนายน 2018 โดยเหตุการณ์แสงสว่างวาบนี้ถูกตั้งชื่อว่า “AT2018cow”

On August 17, 2018, the DEIMOS instrument at the W.M. Keck Observatory took this image of AT2018cow and its host galaxy. PHOTOGRAPHY BY R. MARGUTTI/W.M.KECK OBSERVATORY

ซึ่งเหตุการณ์นี้ไม่ปกติเพราะการปรากฎขึ้นของแสงสว่างวาบนั้น เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและปลดปล่อยรังสีพลังงานสูงในย่านรังสีเอ็กซ์ออกมามากกว่าการระเบิดอย่างซูเปอร์โนวาร์ปกติถึง 10 เท่า มันถึงจุดสว่างสูงสุดของความสว่างจ้าอย่างรวดเร็วมากกว่าการระเบิดของซุเปอร์โนวาร์ปกติ อีกทั้งแฟลชที่สว่างวาบนั้นยังดับลงภายในช่วงเวลาไม่กี่วัน หากเป็นซุเปอร์โนวาร์ปกตินั้นกว่าที่แสงสว่างวาบนั้นจะสลายหายไปใช้เวลาหลายช่วงสัปดาห์

อีกทั้งเหตุการณ์วัวนี้ก็ไม่ปกติอีกด้วยเพราะว่ามันปลดปล่อยรังสีออกมาอย่างผิดแบบแผน เช่นทีมวิจัยของ Margutti ให้กล้องโทรทรรศน์อวกาศรังสีเอ็กซ์ NuSTAR ของ NASA ส่องไปยังบริเวณจุดที่เกิดการสว่างวาบ ข้อมูลจากกล้องนั้นแสดงให้เห็นว่า สัปดาห์หลังจากการระเบิดสิ้นสุดลง มีการเพิ่มขึ้นของรังสีเอ็กซ์อย่างที่ไม่คาดคิด ซึ่งครั้งแรกที่เขาได้รับข้อมูลคิดว่าข้อมูลที่ได้รับมานั้นผิดพลาด

กล้องโทรทรรศน์อวกาศ NuSTAR ของ NASA ที่มา – NASA

หลังจากนั้นในเดือนพฤศิจกายน เหตุการณ์นี้ทำให้นักดาราศาสตร์ผู้ทำการวิจัยแบ่งออกเป็น 2 กลุ่มทฤษฎี โดยกลุ่มแรกคาดการณ์ว่า การระเบิดในครั้งนี้อาจเป็นการก่อกำเนิดของดาวนิวตรอนหรือหลุมดำขอเรียกว่าทีมของ Raffaella Margutti นักดาราศาสตร์อยู่ที่ Northwestern University ส่วนอีกกลุ่มนั้นคาดว่าเกิดจากการที่หลุมดำกลืนกินดาวแคระขาว ขอเรียกว่าทีมของ Amy Lien ซึ่งเป็นนักวิจัยอยู่ที่ University of Maryland และ NASA’s Goddard Space Flight Center

ทฤษฎีกำเนิดหลุมดำ

ทีมของ Margutti ทำการวิเคราะห์ข้อมูลจากหอสังเกตการณ์หลายแห่ง โดยทีมเสนอว่าแสงในย่านที่สายตามองเห็นและอัลตราไวโอเลตจากเหตุการณ์วัวส่งสัญญาณซูเปอร์โนวาและการปล่อยรังสีเอกซ์ที่ตามมาหลังจากการระเบิดเกิดขึ้น เนื่องจากในช่วงเหตุการณ์มีการเปร่งแสงมากที่สุดเราจะมองเห็นแสงสว่างจากเหตุการณ์ได้ทุกช่วงย่านความถี่ แต่เมื่อเหตุการณ์สงบลง ฝุ่นและแก๊สในบริเวณนั้นจะเข้ามามีบทบาททำให้แสงสว่างไม่สามารถหลุดรอดออกมาจากเหล่าฝุ่นและแก๊สเหล่านั้นได้ ส่งผลให้เหตุการณ์มืดลง แต่รังสีเอ็กซ์ยังสามารถที่จะเดินทางทะลุพวกแก๊สและฝุ่นเหล่านี้ได้

อีกทั้งเขายังได้ตรวจหาสเปกตรัมของธาตุในบริเวณที่เกิดเหตุ เขาได้พบธาตุนิกเกิล – 56 ที่เป็นเศษซากจากซูเปอร์โนวาร์ แต่เมื่อคำนวนปริมาณแล้วพบว่าปริมาณของมันมีไม่มากพอที่จะใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับการก่อให้เกิดซุเปอร์โนวาร์ได้ ซึ่งสำหรับดาวฤกษ์ที่จะเกิดซุเปอร์โนวาร์นั้นควรที่จะมีระยะเวลาในการเผาผลาญมากกว่านี้ซึ่งน่าจะก่อให้เกิดกลุ่มธาตุที่มีมวลและปริมาณที่มากกว่านี้

ตัวทฤษฎีนี้นั้นมีการรองรับที่ไม่เพียงพอ แต่ก็มีความเป็นไปได้ที่มันจะเป็นดาวนิวตรอนเนื่องจากในระยะเวลาที่นานหลังจากนั้นหลายสัปดาห์หลังการสิ้นสุดการเปล่งแสงวาบยังคงมีการปลดปล่อยรังสีเอ็กซ์ให้ตัวจับได้อยู่ในปริมาณที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งเขาบอกว่าถ้าไม่ใช่ดาวนิวตรอนแล้วจะเป็นอะไรได้ละ?

ทฤษฎีดาวแคระขาวผู้น่าสงสาร

ทีมของ Lien คิดว่าปรากฏการณ์ที่พบนี้คือ Tidal Disruption Event ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ไทดัลที่เราพบในชีวิตประจำวัน เช่น การที่เกิดน้ำขึ้นน้ำลง การที่ดวงจันทร์หันหน้าเดียวให้กับโลกเสมอ แต่เหตุการณ์นี้ทรงพลังมากกว่า ดาวแคระขาวที่น่าสงสารถูกแตกสลายเป็นกระแสธารก๊าซ หางของลำธารแก๊สพวยพุ่งออกจากเศษซากของกาวแคระขาวแต่ยังถูกความโน้มถ่วงของหลุมดำเหนี่ยวรั้งไว้ได้ ธารแก๊สจึงแกว่งกลับไปรอบ ๆ หลุมดำเกิดเป็นจานล้อมรอบหลุมดำ ซึ่งการอธิบายการเปลี่ยนแปลงโดยทฤษฎีนี้อธิบายพฤติกรรมของเหตุการณ์วัวได้ดีที่สุด

ทางทีมของ Lien นั้นคิดว่าเหตุการณ์วัวนี้นั้นเกิดจากการที่ดาวแคระขาวนั้นถูกหลุมดำฉีกเป็นชิ้น ๆ และดูดกลืนลงไปในหลุมดำอย่างโหดร้ายและเลือดเย็น ซึ่งการถูกฉีกของดาวแคระขาวส่งผลให้เกิดกลุ่มแก๊สเคลื่อนที่เป็นวงรอบตัวหลุมดำซึ่งตัวแก๊สเหล่านี้จะมีอุณหภูมิที่สูงระอุเทียบเท่ากับดวงอาทิตย์ของเราวนรอบหลุมดำก่อนที่สุดท้ายเหล่าแก๊สร้อนเหล่านี้จะตกลงไปในหลุมดำจนหมดสิ้น ซึ่งจากการคำนวนของทีม Lien หลุมดำนี้มีขนาดประมาณ 100,000 ถึง 1 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ ซึ่งนั้นนับว่าใหญ่โตมากเทียบเท่ากับหลุมดำที่อยู่ภายในกาแลกซีทางช้างเผือกของเราและมันเป็นเรื่องผิดปกติที่จะพบหลุมดำที่มีขนาดใหญ่อยู่นอกใจกลางของกาแลกซี่ แต่ก็มีโอกาสเป็นไปได้ที่จะพบภายในกาแลกซี่เทียมที่เต็มไปด้วยดาวที่มีอายุขัยแก่ชราและล้วนแล้วแต่มีอายุขัยที่สิ้นสุดลงแล้ว ซึ่งกาแลกซี่เหล่านี้จะมีสัดส่วนของดาวแคระขาวที่น้อยกว่าสัดส่วนของหลุมดำ

แล้วเหตุการณ์วัวเกิดจากอะไรกันแน่ละ ?

ทั้งสองทฤษฎีนั้นมีความเป็นไปได้ที่จะเป็นสาเหตุของการปลดปล่อยพลังงานของเหตุการณ์วัว ซึ่งดูเหมือนว่าทาง NASA จะโอนเอนเอียงไปทางฝั่งของทีม Lien มากกว่า (เพราะนางอยู่นาซ่าด้วย) แต่ทางทีมของ Margutti ก็ได้ออกมาแย้งว่าทฤษฎีของทีมตนนั้นสมเหตุสมผลกว่าของ Lien เพราะว่ามีการปลดปล่อยของรังสีเอ็กซ์ออกมาในปริมาณมากหลังจากเหตุการณ์นั้นสงบลงซึ่งสิ่งที่จะปลดปล่อยรังสีเอ็กซ์ออกมาได้ย่อมเป็นดาวฤกษ์หรือดาวนิวตรอนเท่านั้น อีกทั้งหากเป็นหลุมดำจริง การเปร่งแสงที่สว่างวาบจ้านั้นจะมีกราฟความชัดที่น้อยกว่าการตรวจจับได้ของกล้องโทรทรรศน์เป็นอย่างมากและกินระยะเวลาในการเกิดแสงวาบเป็นระยะเวลานานและฝุ่นแก๊สที่หมดเกลียววนรอบหลุมดำยอมใช้ระยะเวลานานเป็นอย่างมาก กว่าที่จะหายไปจากการสังเกตการณ์ ซึ่งมันไม่เป็นเช่นนั้นสำหรับเหตุการณ์วัว

ทฤษฎีของทีม Margutti ยังคงเป็นที่น่าสนใจซึ่งหากทฤษฎีของทีม Margutti นั้นถูกต้อง นี่จะนับว่าเป็นครั้งแรกของมนุษยชาติที่เราสามารถจับภาพช่วงเวลาการก่อกำเนิดของหลุมดำได้ ซึ่งทางทีมของ Margutti กำลังเรียกร้องว่าสภาพแวดล้อมของบริเวณเหล่านั้นเหมาะสมกับการเกิดดาวนิวตรอนหรือหลุมดำเป็นอย่างมาก แต่ทาง Daniel Perley นักดาราศาสตร์ ประจำที่ Liverpool John Moores University ออกมาแย้งว่าเรายังไม่พบและศึกษาหลุมดำใด ๆ ในช่วงมวลที่ทีมของเขาเรียกร้อง ดังนั้นเราจึงไม่สามารถแน่ใจได้ว่าทฤษฎีของเขาจะตรงกับความเป็นจริง อีกทั้งในทฤษฎีปัจจุบันที่ได้รับการยอมรับนั้นระบุว่าบริเวณที่จะก่อกำเนิดหลุมดำได้นั้นควรที่จะอยู่ภายในบริเวณที่มีการกระจุกตัวดาวที่มีแก๊สอยู่ไม่มากนักซึ่งไม่ใช่กับบริเวณที่เกิดเหตุการณ์วัวขึ้นซึ่งเต็มไปด้วยกลุ่มแก๊สขนาบรอบข้าง

ถึงแม้ตอนนี้เราจะยังไม่สามารถสรุปว่าเหตุการณ์วัวนั้นจะเกิดขึ้นจากเหตุผลกลใด หากเหตุการณ์นี้ก่อให้เกิดดาวนิวตรอนขึ้น มันจะปลดปล่อยรังสีเอ็กซ์ออกมาอีกหลายล้านปี และอย่างไรก็ตามหลุมดำก็จะไม่สั่นในลักษณะนี้ สิ่งเดียวที่เราจะรู้ได้ว่าเหตุการณ์นี้เกิดจากอะไรแล้วผลของเหตุการณ์ทำให้เกิดหลุมดำ ดาวนิวตรอน หรือการฉีกขาดของดาวแคระขาวเนื่องด้วยการดูดกลืนของหลุมดำ เราล้วนยังไม่สามารถหาคำตอบของเหตุการณ์นี้ได้อย่างกระจ่างชัดแจ้ง วิธีที่จะศึกษาเหตุการณ์วัวได้ดีที่สุดในตอนนี้คือการส่องสำรวจหาวัตถุที่อาจทำให้เกิดแฟลชขึ้นในอวกาศในลักษณะนี้เพิ่มเติมให้มากขึ้น เพื่อที่จะสามารถเรียนรู้จักรวาลนี้ได้มากยิ่งขึ้น

Brian Metzger ซึ่งหนึ่งในนักดาราศาสตร์ผู้อยู่ในทีมวิจัยเหตุการณ์วัวนี้ได้กล่าวติดตลกว่า “หนึ่งในเรื่องตลกของพวกเรา (นักดาราศาสตร์) คือพวกเรามักจะจำลองวัวให้เป็นทรงกลมซึ่งเราก็เห็นชัดว่าวัวมันไม่ได้เป็นทรงกลม”

 

อ้างอิง

Astronomers may have finally seen a star become a black hole – National Geographic 

Holy Cow! Mysterious Blast Studied with NASA Telescopes – NASA