วันที่ 12 มีนาคม 2020 นักดาราศาสตร์ตรวจพบ Magnetar ดวงใหม่ชื่อว่า J1818 ซึ่งยืนยันการตรวจพบโดยกล้องโทรทรรศน์ Neil Gehrels Swift ของ NASA ซึ่ง J1818 ถือเป็น Magnetar อันที่ 31 ที่นักดาราศาสตร์เจอตั้งแต่เคยสำรวจมา อย่างไรก็ตาม Magnetar ดวงนี้ไม่ได้เหมือนดวงก่อน ๆ ที่เคยเจอมาเพราะนักดาราศาสตร์คาดว่ามันน่าจะพึงเกิดได้เร็ว ๆ นี้เท่านั้นเอง
Magnetar คืออะไร
Magnetar คือ ชนิดของดาวนิวตรอน ก่อนอื่นต้องอธิบายคร่าว ๆ ว่าดาวนิวตรอนเกิดขึ้นได้อย่างไร
ดาวนิวตรอนเกิดจากการที่แกนของดาวฤกษ์ไม่มีแรง Thermal pressure จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นมาหักล้างกับแรงโน้มถ่วงของตัวดาวเอง เนื่องจากอุณหภูมิของดาวไม่พอที่จะจุดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นได้ ทำให้เนื้อสารจมลงไปยังแกนกลางทำให้ดาวหดตัวลงเรื่อย ๆ เมื่อถึงจุด ๆ หนึ่ง แกนกลางของดาวถูกเนื้อสารทับลงมาจนมีความหนาแน่นขึ้นจนถึงขีดจำกัดจันทรสิกขา (มวล 1.4 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์) ซึ่งเป็นจุดที่แรง Electron degeneracy ของแกนดาวตามหลักการกีดกันของเพาลี (Pauli exclusion principle) ไม่สามารถรับแรงโน้มถ่วงของตัวมันเองที่กดทำลงมาได้อีกต่อไป ดาวจึงยุบตัวลงแกนกลางต่อ
เมื่อแกนกลางถูกบีบอัดโดยเนื้อสารดาวเรื่อย ๆ พร้อมกับอุณหภูมิที่เพิ่มสูงขึ้นทำให้อิเล็กตรอนและโปรตอนของแกนดาวถูกบีบจนมันรวมตัวกันกลายเป็นนิวตรอนจาก Electron capture แกนดาวยุบตัวลงทันทีกลายเป็นนิวตรอนปลดปล่อยนิวตริโนมหาศาลออกมาภายในดาวทำให้เนื้อสารดาวที่กำลังกดลงมาบนแกนอยู่โดนฟลักซ์ของนิวตริโนมหาศาลที่ปลดปล่อยออกมาเป็น Shockwave ผลักออกจนเกิดการระเบิดเป็น Supernova Type Ib และ Ic ขึ้น
แกนดาวนิวตรอนจะไม่ยุบตัวต่อจากแรง Neutron degeneracy ยกเว้นแต่แรงที่เกิดลงแกนดาวจะต้องไม่เกิน Tolman–Oppenheimer–Volkoff limit ไม่เช่นนั้นแกนดาวจะยุบตัวลงอย่างไม่มีที่สิ้นสุดกลายเป็นหลุมดำนั่นเอง ซึ่งแรง Neutron degeneracy จะเพียงพอต่อการป้องกันไม่ให้ดาวยุบตัวลงไปเป็นหลุมดำที่มวลเริ่มต้นของดาวฤกษ์ประมาณ 10 ถึง 25 เท่าของดวงอาทิตย์
Magnetar ก็คือดาวนิวตรอนดี ๆ ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 20 กิโลเมตร มวลประมาณ 1.4 เท่าของดวงอาทิตย์ ซึ่งที่ขนาดเพียงเท่านี้ความหนาแน่นของเนื้อดาว Mangetar จะสูงมาก มวลของดาว Magnetar หนึ่งช้อนโต๊ะอาจหนักถึง 100 ล้านตัน Magnetar แตกต่างจากดาวนิวตรอนปกติตรงที่มันมีสนามแม่เหล็กที่รุนแรงมาก โดยอาจรุนแรงกว่าดาวนิวตรอนทั่วไปถึง 1,000 เท่า และรุนแรงกว่าสนามแม่เหล็กโลกถึง 100 ล้านเท่า รุนแรงขนาดที่ว่าหากเอา Magnetar มาวางไว้ที่ระยะทาง 1/6 จากโลกไปดวงจันทร์ สนามแม่เหล็กของมันจะทำลายข้อมูลในแถบแม่เหล็กเก็บข้อมูลทุกอย่างบนโลก เช่น บัตรเครดิต
พร้อมกันนี้มันยังหมุนรอบตัวเองช้ากว่าดาวนิวตรอนปกติอีกด้วย Magnetar หมุนรอบตัวเองครบรอบประมาณ 2 ถึง 10 วินาที ในขณะที่ดาวนิวตรอนทั่วไปหมุนครบรอบอาจใช้เวลาน้อยกว่า 1 วินาทีด้วยซ้ำ
Magnetar จะแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าพลังงานสูง (High-energy electromagnetic radiation) อย่าง X-rays และ Gammar rays ออกมาด้วย นอกจากนี้ยังมีบางดวงที่ปลดปล่อย Fast Radio bursts (FRBs) ออกมาอย่างต่อเนื่องด้วย หรือบางดวงก็เป็น Soft Gamma Repeaters (SGRs) ที่ปล่อยรังสีแกมมาอ่อน ๆ ออกมาอย่างต่อเนื่องด้วย อย่างไรก็ตาม Magnetar ดวงใหม่ที่พึ่งค้นพบนี้ นักดาราศาสตร์เชื่อว่ามันแตกต่างจากดวงก่อน ๆ ที่เคยค้นพบมา
Magentar J1818
Magnetar J1818 หรือ J1818.0-1607 ถูกตรวจจับก่อนหน้ากล้องจันทราโดยกล้องโทรทรรศน์ Neil Gehrels Swift ในวันที่ 12 มีนาคม 2020 ต่อมาตำแหน่งที่แน่นอนของ J1818 ถูกระบุโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทราซึ่งเผยให้เห็นถึงการแผ่รังสี X-ray ที่เข้มข้นของ Magnetar ซึ่งการค้นพบนี้ถูกเผยแพร่ลงในจดหมายวารสารฟิสิกส์ดาราศาสตร์ และ arxiv
Chandra observations of the newly discovered magnetar Swift J1818.0-1607
ข้อมูล Wide FOV ในย่านอินฟราเรดจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศของ NASA Spitzer และ WISE (Wide-Field Infrared Survey Explorer) ซึ่งถูกถ่ายก่อนหน้านี้ใน Field เดียวกับที่ J1818 อยู่ (ตอนนั้นยังไม่รู้ว่ามี Magnetar อยู่) เมื่อเปรียบเทียบกับข้อมูล X-ray emission ของกล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทราแล้วพบว่า J1818 มีลักษณะเป็นสีม่วงอยู่ใกล้กับ Plane (จาน) ของกาแล็กซีทางช้างเผือก อยู่ห่างออกไปจากโลก 21,000 ปีแสง
J1818 ถูกตรวจสอบเพิ่มเติมโดยกล้องโทรทรรศน์วิทยุ Karl Jan Sky Very Large Array (VLA) ซึ่งพบว่ามันแผ่คลื่นวิทยุออกมาด้วย และยังมีคุณสมบัติแบบ Pulsar เรียกว่า “rotation-powered pulsar” ซึ่งจะแผ่ลำรังสีออกมาเป็นเมื่อความเร็วในการหมุนมันช้าลงเรื่อย ๆ มีเพียง 5 magnetars ที่เคยเจอเท่านั้นที่มีคุณสมบัติแบบนี้รวม J1818 ด้วย คิดเป็นแค่ 0.2% ของประชากรดาวนิวตรอนทั้งหมด
Rotation-powered pulsar ก็เหมือนมอเตอร์ไฟฟ้าที่กำลังถูกปล่อยให้หมุนด้วยแรงเฉื่อยอยู่และก็ผลิตไฟฟ้าออกมาเรื่อย ๆ เปรียบกับ Magnetar ดวงนี้ก็คือมันกำลังแปลงความเร็วในการหมุนของมันให้เป็นรังสี X-ray ซึ่งจากการวิเคราะห์โดยนักดาราศาสตร์คาดว่า J1818 น่าจะพึ่งเกิดได้เพียง 500 ปีเท่านั้น จากการที่ความเร็วในการหมุนของมันลดลงเร็วมาก ซึ่งก่อนหน้านี้น่าจะหมุนเร็วมาก และน่าจะเป็น Magnetar ที่อายุน้อยที่สุดเท่าที่เคยเจอมาเพราะว่ามันหมุนเร็วกว่าดวงก่อนที่เร็วที่สุดประมาณ 1.4 วินาที
อย่างไรก็ตามจากการวิเคราะห์พบว่า J1818 มีประสิทธิภาพน้อยกว่าในการแปลงความเร็วในการหมุนของมันเป็นรังสี X-ray เมื่อเทียบกับ Rotation-powered pulsars ดวงอื่น ๆ และการที่มันพึ่งเป็น Magnetar ได้เพียง 500 ปีนั้น หมายความว่า Supernova พึ่งจะเกิดได้ไม่นาน และซาก Supernova (Supernova remnant) น่าจะยังอยู่ใกล้ ๆ กับ J1818 แต่จากการค้นห้าโดย Spitzer และ VLA พบว่าซากที่เจอใกล้เคียงนั้นอยู่ห่างออกไปพอสมควรจาก J1818 ซึ่งถ้า J1818 จะกระเด็นออกมาไกลขนาดหมายความว่าแรงระเบิดจะต้องเหวี่ยงมันเร็วมากสมควรขนาดที่ในระยะเวลาเพียง 500 ปีมันเดินทางออกมาไกลจากซากของมันขนาดนี้
จึงทำให้ยังเป็นปริศนาอยู่ว่า J1818 มีอายุเพียง 500 ปีจริงหรือไม่นั่นเอง
เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO
อ้างอิง
