ถ้าเรามองซากซูเปอร์โนวาเหมือน “ซากปรักหักพังของโรงงานผลิตธาตุแห่งเอกภพ” การค้นพบล่าสุดจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศ XRISM ก็คือการเดินเข้าไปเปิดห้องเก็บของลับที่ไม่เคยมีใครเปิดได้มาก่อน ทีมนักดาราศาสตร์สามารถตรวจพบ คลอรีน (Chlorine) และ โพแทสเซียม (Potassium) ในซากซูเปอร์โนวา Cassiopeia A ได้เป็นครั้งแรก และที่น่าสนใจกว่านั้นคือ “มันมีปริมาณมากกว่าที่แบบจำลองทำนายไว้อย่างมีนัยสำคัญ”
ซากซูเปอร์โนวาที่เป็นเป้าหมายของการสังเกตครั้งนี้คือ Cassiopeia A หนึ่งในซากดาวระเบิดที่ถูกศึกษามากที่สุดในทางดาราศาสตร์ เพราะมันอยู่ค่อนข้างใกล้ในระดับจักรวาล และยังอายุน้อยในเชิงดาราศาสตร์ เพียงราว 300–350 ปี ผลการสังเกตจาก XRISM ไม่ได้แค่บอกว่า “เราเจอธาตุใหม่” แต่กำลังชี้ไปถึง โครงสร้างภายในและความวุ่นวายของดาวฤกษ์ต้นกำเนิดก่อนมันจะตาย งานวิจัยนี้มีชื่อว่า Chlorine and potassium enrichment in the Cassiopeia A supernova remnant
XRISM เป็นโครงการร่วมระหว่าง JAXA และ NASA ถูกออกแบบมาเพื่อสังเกตจักรวาลในย่าน Soft X-ray โดยเฉพาะ เพื่อเจาะเข้าไปดูพลวัตของสสารร้อนระดับหลายล้านองศา ทั้งในซากซูเปอร์โนวา กระจุกกาแล็กซี และสสารระหว่างดวงดาว โดยเราเคยเล่าเรื่องนี้อย่างละเอียดไปใน กล้องโทรทรรศน์ XRISM กล้องรังสีเอกซ์ที่น่าสนใจที่สุดเวลานี้ ก่อนหน้านี้ XRISM ก็เคยสร้างผลงานสำคัญ เช่น การตรวจพบ กำมะถันในห้วงสสารระหว่างดวงดาว หรือ Interstellar Medium มาแล้ว
ในภาพใหญ่ของจักรวาล ธาตุเกือบทั้งหมดที่หนักกว่าฮีเลียมไม่ได้ถือกำเนิดขึ้นตั้งแต่ Big Bang แต่มาจาก Nuclear Fusion ภายในดาวฤกษ์ ดาวฤกษ์จะค่อย ๆ หลอมไฮโดรเจนเป็นฮีเลียม หลอมฮีเลียมเป็นคาร์บอน ค่อย ๆ ไต่ระดับขึ้นไปเป็นนีออน ซิลิกอน และไปจบที่เหล็กในแกนกลาง
ตรงนี้ถ้าเปรียบง่าย ๆ ดาวฤกษ์ก็เหมือนโรงงานอุตสาหกรรมที่ “อัปเกรดวัตถุดิบเบาให้กลายเป็นของหนักขึ้นเรื่อย ๆ” แต่ปัญหาคือ เมื่อถึงเหล็กแล้ว กระบวนการฟิวชันจะไม่ให้พลังงานกลับมาอีกต่อไป โรงงานก็เริ่มล่ม ระบบพลังงานพัง และนั่นคือจุดตั้งต้นของ Supernova Explosion ที่ปล่อยทั้งพลังงานและธาตุชุดใหม่ออกสู่เอกภพ ซากที่หลงเหลืออยู่หลังการระเบิดจึงเปรียบเหมือน “ฟอสซิลทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์” ที่เก็บร่องรอยของกระบวนการสุดขีดนี้ไว้ครบถ้วน ว่าดาวดวงนั้นเคยผลิตอะไรไว้บ้างก่อนตาย
ทำไมคลอรีนกับโพแทสเซียมถึงสำคัญ ทั้งที่เราเจอมันทุกวันบนโลก
ออกซิเจน คาร์บอน นีออน เป็นธาตุที่ค่อนข้างตรวจจับได้ง่ายในซากซูเปอร์โนวา เพราะมันมีเส้นสเปกตรัมที่เด่นชัด แต่ คลอรีนและโพแทสเซียมเป็นธาตุแถวกลางของตารางธาตุที่ตรวจจับยากกว่าอย่างมาก เส้นสเปกตรัมของมันเบาและซ้อนทับกับธาตุอื่นได้ง่าย ต้องอาศัย ความละเอียดเชิงพลังงานระดับสูงมาก
นี่จึงเป็นเหตุผลว่าทำไมกว่าเราจะ “เห็น” สองธาตุนี้ในซากซูเปอร์โนวาจริง ๆ ต้องรอเทคโนโลยีรุ่นใหม่อย่าง XRISM เข้ามา ถ้ามองในเชิงเปรียบเทียบ นี่เหมือนการเปลี่ยนจากกล้องถ่ายรูปแบบเบลอ ๆ มาเป็นกล้องที่แยกสีได้เป็นพันเฉด จนเราเริ่มเห็นรายละเอียดที่ไม่เคยเห็นมาก่อนในโครงสร้างจักรวาล
การตรวจพบครั้งนี้อาศัยเครื่องมือชื่อ Resolve ซึ่งเป็น X-ray Magnesium Microcalorimeter Spectrometer หรือพูดให้เข้าใจง่ายกว่านั้นคือ เครื่องมือที่วัดพลังงานของโฟตอนรังสีเอกซ์ได้ละเอียดมากระดับที่งานก่อนหน้านี้ยังไปไม่ถึง XRISM ทำการสังเกต Cassiopeia A ในเดือนธันวาคม 2023 และ Resolve สามารถแยกลายเซ็นสเปกตรัมของคลอรีนและโพแทสเซียมออกมาได้อย่างชัดเจน ผลการวิเคราะห์เผยว่าปริมาณของสองธาตุนี้ “สูงเกินกว่าที่แบบจำลองซูเปอร์โนวามาตรฐานทำนายไว้” และยังมีสัญญาณที่อาจเป็น ฟอสฟอรัส ซึ่งเคยถูกตรวจพบจากข้อมูลอินฟราเรดมาก่อนหน้านี้ด้วย
ในเชิงเทคโนโลยี ถ้าเอา XRISM ไปเทียบกับรุ่นพี่อย่าง Chandra X-ray Observatory หรือ XMM-Newton จะเห็นว่าทั้งสองภารกิจรุ่นเก่ายังเน้น “ความคมเชิงพื้นที่” เป็นหลัก แต่ Resolve ของ XRISM ขยับไปเน้น ความคมเชิงพลังงาน ทำให้มันเหมือนเครื่องวิเคราะห์ลายนิ้วมือของอะตอมโดยตรง
อีกประเด็นที่น่าสนใจไม่แพ้กันก็คือ การกระจายตัวของคลอรีนและโพแทสเซียมในซากดาว ไม่ได้สมมาตร นักวิจัยพบว่าธาตุเหล่านี้ไปกระจุกตัวเด่นในบริเวณทิศตะวันออกเฉียงใต้และทิศเหนือของซากซูเปอร์โนวา ภาพแบบนี้กำลังบอกเราว่า ดาวฤกษ์ต้นกำเนิดของ Cassiopeia A ไม่ได้เป็นทรงกลมเนียน ๆ อย่างที่แบบจำลองพื้นฐานมักสมมุติ แต่มีความปั่นป่วน การหมุนวน และการผสมสสารขนาดใหญ่ภายในก่อนการระเบิด ซึ่งสอดคล้องกับงานวิจัยจากกล้องจันทราในอดีตที่เคยชี้ว่าการฟิวชันภายในดาวถูก “รบกวน” ก่อนเกิดซูเปอร์โนวา ถ้าเปรียบกับโลกของไหล นี่ก็เหมือนหม้อซุปที่ไม่ได้ถูกคนแบบสม่ำเสมอ แต่มีจุดที่ร้อนกว่าเดือดกว่า ทำให้ส่วนผสมบางอย่างเกิดขึ้นมากเป็นพิเศษในบางบริเวณ และเมื่อทั้งหม้อระเบิดออกมา สิ่งที่กระจายออกมาก็ไม่เท่ากัน
การตรวจพบคลอรีนและโพแทสเซียมใน Cassiopeia A เป็นเพียงก้าวแรกของภารกิจ XRISM เท่านั้น นักดาราศาสตร์คาดว่าต่อจากนี้ เราจะได้เห็นการทำแผนที่ธาตุในซากดาวฤกษ์หลายแห่งแบบละเอียดกว่าที่เคย ทั้งในทางเชิงองค์ประกอบ เชิงพลังงาน และเชิงโครงสร้างการไหลเวียนของสสาร ท้ายที่สุด สิ่งที่ XRISM กำลังทำ ไม่ได้เป็นแค่การ “นับธาตุในอวกาศ” แต่คือการไล่ย้อนกลับไปถามคำถามพื้นฐานที่สุดข้อหนึ่งของจักรวาลวิทยาอีกครั้งว่า สสารที่เราใช้สร้างโลก สร้างสิ่งมีชีวิต สร้างตัวเราเอง มันถูกปรุงขึ้นมาอย่างไรในหม้อแรงดันระดับจักรวาลของดาวฤกษ์ และครั้งนี้ ดูเหมือนว่าคลอรีนกับโพแทสเซียมจะกำลังเล่าเรื่องที่ลึกกว่านั้นให้เราฟังแล้วจริง ๆ
เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co
