ยาน TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) ของ NASA ซึ่งเป็นยานที่ได้รับการขนานนามว่านักล่าดาวเคราะห์นอกระบบในปัจจุบันนั้น นอกจากจะช่วยเราค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบจำนวนนับไม่ถ้วนในเอกภาพของมันแล้ว ยังช่วยเราไขปริศนาอื่น ๆ ของจักรวาลของเราด้วย เร็ว ๆ นี้ ทีมนักดาราศาสตร์ได้วิเคราะห์ข้อมูลจากหอดูดาว Neil Gehrels Swift Observatory ร่วมกับข้อมูลจากยาน TESS ตรวจพบการส่องสว่างแบบเป็นรูปแบบจำนวน 20 ครั้ง ถูกเรียกว่า ASASSN-14ko
ข้อมูลเกี่ยวกับยาน TESS – SpaceX ส่งยาน TESS ของ NASA สู่วงโคจรพิเศษ ไล่ล่าดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ
ซึ่งการค้นพบครั้งนี้ถูกเผยแพร่เป็นครั้งแรกในงาน 237th Meeting of the American Astronomical Society และกำลังรอการตีพิมพ์ลงวารสารทางวิทยาศาสตร์เร็ว ๆ นี้ – ASASSN-14ko is a Periodic Nuclear Transient in ESO 253-G003
นิวเคลียสดาราจักรกัมมันต์คืออะไร
นิวเคลียสดาราจักรกัมมันต์ หรือ Active Galactic Nucleus (AGN) คือ ใจกลางของกาแล็กซีที่มีความหนาแน่นยิ่งยวด มีกำลังส่องสว่างทางด้านสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าสูงกว่าปกติเป็นอย่างมาก (คลื่นวิทยุ, Infrared, Visible light, Ultraviolet, X-ray, Gamma) และความสว่างเหล่านี้ยังแปรเปลี่ยนได้อย่างรวดเร็วแบบคาดเดาไม่ได้ ซึ่งนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์คาดว่าปริมาณการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สูงดังกล่าวเกิดจากการแผ่รังสีของจากพอกพูนมวล (Accretion Disk) ของหลุมดำมวลยิ่งยวด (Supermassive Black: SMBH) ใจกลางกาแล็กซี
แต่อย่างไรก็ตามการเกิดแสงสว่างจ้าที่เรียกว่าเหตุการณ์ ASASSN-14ko นั้นเป็นการเกิดแบบสามารถคาดเดาได้เพราะมันเกิดในช่วงเวลาเดิม ๆ ตลอดจนเห็นเป็นรูปแบบชัดเจน ซึ่งไม่ใช่คุณลักษณะของแสงจากการแปรแสงของนิวเคลียสดาราจักรกัมมันต์แน่ ๆ แต่ต้องมาจากอย่างอื่นที่ก็มีแสงสว่างเช่นกัน นั่นก็คือดาวฤกษ์
เหตุการณ์ ASASSN-14ko
ASASSN-14ko ถูกค้นพบครั้งแรกเมื่อ 14 พฤศจิกายน 2014 โดยเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์อัตโนมัติ All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN) ประกอบไปด้วยกล้องโทรทรรศน์ระบบอัตโนมัติว่ากว่า 20 ตัว ใช้สำหรับการตรวจจับการเกิดซูเปอร์โนวา การตรวจจับเกิดขึ้นในกาแล็กซี ESO 253-3 (Seyfert 2 Galaxy) ซึ่งเป็นดาราจักรกัมมันต์ (Active Galaxy) ห่างออกไปจากโลก 570 ล้านปีแสงในกลุ่มดาวขาตั้งภาพ (Pictor constellation) ทางซีกโลกใต้ ซึ่งในการค้นพบครั้งแรกซึ่งอยู่ ๆ ก็เป็นการสว่างจ้าขึ้นมาเฉย ๆ ทำให้นักดาราศาสตร์คิดว่ามันคือ Supernova ซึ่งก็คือการระเบิดของดาวที่หมดอายุขัย ซึ่งจะปลดปล่อยเนื้อสารของมวล คลื่น Electromagnetic wave และแสงสว่างจ้าออกมาอย่างรุนแรง
อย่างไรก็ตาม 6 ปีต่อมา Graduate Fellow ของ NASA ชื่อ Anna Payne ได้ตรวจสอบฐานข้อมูลที่เก็บข้อมูลความสว่าง (Light Curve) ของกาแล็กซี ESO 253-3 ของ ASAS-SN (ซึ่งข้อมูลเหล่านี้ถูกเก็บไว้แบบอัตโนมัติ เพราะว่า ASAS-SN เป็นกล้องโทรทรรศน์อัตโนมัติ บางครั้งข้อมูลสำคัญอาจถูกมองข้ามไปได้) เธอก็ค้นพบว่ากราฟความสว่างของกาแล็กซีเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลัน ซึ่งสว่างขึ้นอย่างรวดเร็วถึง 17 ครั้งแบ่งเป็นรูปแบบอย่างชัดเจน แต่ละครั้งห่างกัน 114 วัน ความสว่างถึงจุดสูงสุดภายใน 5 วัน จากนั้นก็ค่อย ๆ ลดลงกลับเข้าสู่ Baseline วนไปอย่างงี้
ซึ่งจากชุดข้อมูลดังกล่าวทำให้เธอสามารถคาดการณ์การสว่างอย่างฉับพลันที่เรียกว่า Flare ครั้งต่อไปได้ซึ่งก็คือในวันที่ 17 พฤษภาคม 2020 ทีมนักดาราศาสตร์จึงจัดเตรียมกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินร่วมกับกล้องโทรทรรศน์อวกาศสำหรับการวัดค่าแสงของ ASASSN-14ko โดยเฉพาะ ซึ่งก็เป็นไปตามคาด ASASSN-14ko เกิดขึ้นตรงตามกำหนดเป๊ะ นอกจากนี้ยังเกิดซ้ำตามที่คำนวณไว้คือ 7 กันยายน และ 20 ธันวาคม 2020 เป็นทอด ๆ ในห่วงระยะเวลา 114 วัน
ข้อมูลชุดนี้ถูกเพิ่มเติมโดยข้อมูลรูปถ่ายอย่างละเอียดจากยาน TESS ซึ่งตรวจจับการสว่างอย่างฉับพลันของ ASASSN-14ko ได้ในวันที่ 7 พฤศจิกายน 2018 ขณะที่ TESS ที่กำลัง Scan Sky Sector เดียวกับที่เกิด ASASSN-14ko อยู่พอดี ซึ่งเป็นการสำรวจ Sector กว่า 1 เดือน โดย TESS จะถ่ายรูปทุก ๆ 30 นาที ซึ่งข้อมูลในห่วงระยะห่างเพียง 30 นาทีนี้ ซึ่งถือว่าละเอียดมาก ๆ ทำให้ทีมนักดาราศาสตร์สามารถจับภาพการเกิดการสว่างอย่างฉับพลันและเวลาที่มันเกิดได้อย่างแม่นยำ ซึ่งในกราฟด้านล่างนี้เราจะเห็นได้ว่าข้อมูลความสว่างจากยาน TESS ในถี่ยิบกันเลยทีเดียวเมื่อเทียบกับข้อมูลจาก ASAS-SN
นอกจากนี้อุปกรณ์ Multi Unit Spectroscopic Explorer ของระบบ AMUSING (All-weather MUse Supernova Integral-field of Nearby Galaxies survey) ในหอดูดาวของ ESO ยังสามารถถ่ายรูปกาแล็กซี ESO253-3 ขณะกำลังเกิดการสว่างอย่างฉับพลันได้อีกด้วย
อย่างไรก็ตาม ตอนแรกนักดาราศาสตร์ยังไม่สามารถสรุปได้ว่าการสว่างอย่างฉับพลันดังกล่าวเกิดขึ้นได้อย่างไร การวิเคราะห์ข้อมูลจาก ASAS-SN และ TESS ร่วมกับหอดูดาว Swift ระบบ NuSTAR และ XMM-Newton ของ ESA ทำให้เกิดความเป็นได้ได้ 3 กรณีดังนี้
- กรณีแรก คือ กาแล็กซีอันนี้มีหลุมดำมวลยิ่งยวดสองหลุม ซึ่งทั้งสองหลุมนี้มือจานพอกพูนมวลของใครของมัน มีความเป็นไปได้ที่หลุมดำทั้งสองจะโคจรเข้าใกล้กันจนวัตถุในจานพอกพูนมวลชนกันเกิดเป็นแสงสว่างวาบขึ้น ซึ่งจากการวัดค่าต่าง ๆ ในบริเวณกาแล็กซี ESO 253-3 พบว่ามีวัตถุสองวัตถุในใจกลางกาแล็กซีจริง แต่มันไม่ได้โคจรใกล้กันขนาดที่ทำให้สามารถเกิดการสว่างอย่างฉับพลันได้ จึงน่าจะเป็นกรณีอื่น
- กรณีที่สอง คือ ดาวฤกษ์สักดวงมีวงโคจรทะลุพากผ่านระนาบจานพอกพูนมวลด้วยมุมเอียงทั้งสองฝั่งซึ่งจะทำให้มวลสารในจานพอกพูนมวลถูกชนกระเด็นออกมาเกิดเป็นแสงสว่างได้ แต่ถ้ากรณีนี้เกิดขึ้นจริงมันจะต้องเกิดการสว่างอย่างฉับพลันในทิศทางตรงข้ามกันแต่ละครั้งเนื่องด้วยวงโคจรข้ามจานพอกพูนมวล หมายความว่าเมื่อดาวฤกษ์ทะลุจานด้านนี้ในอีกครึ่งคาบวงโคจรมันก็จะไปทะลุอีกฝั่ง นั่นก็คือแสงที่วัดได้จะต้องสลับด้านกันในแต่ละครั้ง ซึ่งขัดกับข้อมูลที่มีอยู่ที่วัดได้แบบเดิม ๆ ทุกรอบ
- กรณีที่สาม ซึ่งเป็นกรณีที่เป็นไปได้มากที่สุด เรียกว่า Tidal Disruption Event เรียกอีกชื่อว่า Tidal Disruption Flare
Tidal Disruption Event เป็นปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ที่เกิดขึ้นระหว่างดาวฤกษ์และหลุมดำมวลยิ่งยวด เมื่อดาวฤกษ์เคลื่อนตัวเข้าใกล้หลุมดำมวลยิ่งยวดมากเกินไปแรง Tidal ซึ่งเกิดจากแรงโน้มถ่วงยิ่งยวดของหลุมดำจะทำให้เกิดการ Spaghettification ของดาวฤกษ์ขึ้น ซึ่งก็คือการที่มวลสารของดาวฤกษ์ถูกแรง Tidal ของหลุมดำฉีกออกเป็นเส้นยืด ๆ คล้ายสปาเกตตี (เลยเรียกว่า Spaghettification) มวลสารที่ถูกฉีกออกไปจะเข้าไปรวมกับจานพอกพูนมวลของหลุมดำ โดยระหว่างที่มวลสารถูกดึงไปจานพอกพูนมวลนั้น มันจะปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าต่าง ๆ นานา ในหลาย ๆ ช่วงความยาวคลื่นออกมาด้วยซึ่งถูกตรวจจับได้บนโลกในภายหลัง
เนื้อสารส่วนหนึ่งจะถูกดูดเข้าจานพอกพูนมวล อีกส่วนหนึ่งจะถูกเหวี่ยงออกไปนอกอวกาศ ในกรณีของ ESO 253-3 นั้น นักดาราศาสตร์คาดว่าหลุมดำมวลยิ่งยวดมีมวลประมาณ 78 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์ พร้อมกับดาวฤกษ์ดวงหนึ่งที่โคจรรอบหลุมดำด้วยวงโคจรที่มีความรีสูงมาก Apoapsis ไกลจากหลุมดำ Periapsis ใกล้หลุมดำ
ซึ่งหากดาวฤกษ์โคจรแบบนี้ ขาที่มันโคจรเข้าหาหลุมดำมันจะมีความเร็วสูงมาก ๆ และถูกเหวี่ยงออกไปโดยแรงดึงดูดของหลุมดำอย่างรวดเร็ว แรง Tidal จึงมีเวลาไม่พอในการฉีกดาวเป็นเสี่ยง ๆ ทำได้เพียงดึงเนื้อสารบางส่วนออกมาเท่านั้น ดาวฤกษ์ก็เลยยังมีชีวิตรอดอยู่ ส่วนเนื้อสารบางส่วนที่ถูกดึงออกไปก็กระทบเข้ากับจานพอกพูนมวลเกิดเป็นแสงสว่างอย่างฉับพลัน
เคสของ ASASSN-14ko ตรงตามทฤษฎีแบบจำลองของปรากฏการณ์ Tidal Disruption Event นักดาราศาสตร์จึงเชื่อว่า ASASSN-14ko เกิดจากการที่ดาวฤกษ์มีวงโคจรวงรีโคจรเข้าใกล้หลุมดำจนเสียมวลเกิดเป็นแสงสว่างอย่างฉับพลัน จากนั้นก็วนกลับไป Apoapsis แล้วกลับมาใหม่ ทำให้การสว่างเกิดขึ้นเป็น Pattern ที่คาดเดาได้
และมันก็จะวนเช่นนี้ไปเรื่อย ๆ จนกว่ามวลสารของดาวฤกษ์จะถูกหลุมดำมวลยิ่งยวดอันนี้ดูดกลืนจดหมด นักดาราศาสตร์คาดว่าการโคจรผ่านหลุมดำหนึ่งรอบของดาวดวงนี้ มันจะเสียมวลถึง 3 เท่าของมวลดาวพฤหัสเลยทีเดียว ถึงแม้นักดาราศาสตร์จะคาดเดาได้ว่าแต่ละครั้งมันเสียมวลไปเท่าไหร่ แต่ก็ไม่สามารถทราบได้ว่ามวลจริง ๆ ของมันเท่าไหร่กันแน่ และมันจะยังโคจรรอบหลุมดำได้อีกกี่ครั้ง
Payne และทีมนักวิจัยนักดาราศาสตร์กำลังรอคอยการสว่างอย่างฉับพลัน ASASSN-14ko ที่กำลังจะเกิดขึ้นในเดือน เมษายน และ สิงหาคม 2021 ซึ่งจะพึ่งพาการสำรวจจาก TESS ด้วยการถ่าย Snapshot ของ Sky Sector ที่เรต 10 นาทีต่อรูป เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมจาก Tidal Disruption Event อันนี้ที่เราสามารถคาดการณ์เวลาที่มันจะเกิดได้นั่นเอง
เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO
อ้างอิง
NASA Missions Help Investigate an ‘Old Faithful’ Active Galaxy
