ESA ยาน Swift พบว่า Tidal Disruption Event อาจทำให้เกิดอนุภาค Neutrino พลังงานสูง
ยาน Swift พบว่า Tidal Disruption Event อาจทำให้เกิดอนุภาค Neutrino พลังงานสูง

Chottiwatt Jittprasong in Deep Space

ยาน Swift พบว่า Tidal Disruption Event อาจทำให้เกิดอนุภาค Neutrino พลังงานสูง

March 6, 2021

เมื่อเร็ว ๆ นี้นักดาราศาสตร์ค้นพบการปลดปล่อย High-energy neutrino จากนอกกาแล็กซีทางช้างเผือกเป็นครั้งที่สองที่มนุษย์เคยเจอและนักดาราศาสตร์คาดว่ามันน่าจะเกิดจาก Tidal Disruption Event อ้างอิงจากงานวิจัย A tidal disruption event coincident with a high-energy neutrino นำโดย Robert Stein นักศึกษาปริญญาเอกที่ German Electron-Synchroton (DESY) Research Center

Neutrino (นิวตริโน) เป็นอนุภาคพื้นฐานที่มีจำนวนมากที่สุดในเอกภพแต่ทำปฏิกิริยากับสะสารอื่นน้อยมากจึงตรวจจับนิวตริโนได้ยากมาก ส่วน High-energy neutrino นั้นเป็น Neutrino ที่มีพลังงานสูงมากและอาจสูงกว่าพลังงานที่เครื่องเร่งอนุภาคอย่าง Large Hadron Collider (LHC) ทำได้ถึง 1,000 เท่า ซึ่งไม่มีนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์คนไหนทราบว่าอนุภาคพวกนี้เกิดขึ้นมาจากอะไรหรือมีต้นกำเนิดมาจากไหน

สมมติฐานหนึ่งก็คือปรากฏการณ์ที่รุนแรงที่สุดที่มนุษย์รู้จักอย่าง Galactic Outburst ซึ่งเร่งอนุภาคต่าง ๆ จนใกล้ความเร็วแสง เมื่ออนุภาคพวกนี้ไปชนกันอนุภาคอื่นเข้าก็แตกตัวกลายเป็น Neutrino ซึ่งแหล่ง High-energy neutrino ที่มนุษย์รู้จักแห่งแรกถูกค้นพบในปี 2018 เป็นแกนกลางของกาแล็กซีกัมมันต์ (Active Galactic Nuclei: AGN) ที่เรียกว่า Blazar (เบลซาร์)

Active Galactic Nuclei ชนิด Blazar – ที่มา NASA’s Goddard Space Flight Center

Tidal Disruption Event เป็นปรากฏการณ์ระหว่างดาวฤกษ์และหลุมดำมวลยิ่งยวด เมื่อดาวฤกษ์ใด ๆ ก็ตามโคจรเข้าใกล้หลุมดำมวลยิ่งยวดระยะหนึ่ง แรง Tidal อันมหาศาลของหลุมดำจะเริ่มดึงเนื้อสารของดาวออกเป็นชิ้น ๆ แต่ดาวฤกษ์นั้นมีขนาดใหญ่พอสมควรจึงทำให้ด้านที่หันเข้าหากับด้านที่หันหลังให้หลุมดำได้รับแรงดึงดูดไม่เท่ากันโดยด้านที่หันหน้าเข้าหาหลุมดำจะโดนแรงดึงดูดเยอะกว่า

ทำให้เกิดปรากฏการณ์ควบคู่ที่เรียกว่า Spaghettification หรือการยืดออกของเนื้อสารดาวเนื่องจากเนื้อสารข้างหน้าโดนแรงดึงดูดมากกว่า เนื้อสารที่ถูกดูดไปจะไม่พุ่งเข้าหลุมดำทันทีแต่จะโคจรหรือวนรอบหลุมดำในบริเวณที่เรียกว่าจานพอกพูนมวล (Accretion disk) ก่อนที่จะถูกหลุมดำดูดไป กลายเป็นส่วนหนึ่งของจานพอกพูนมวลหรือถูกเหวี่ยงออกไปจากหลุมดำ

ระหว่างที่มวลเนื้อสารของดาววนอยู่ในจานพอกพูนมวล เนื้อสารของดาวจะเสียดสีกับสสารที่อยู่ในจานพอกพูนมวลก่อนหน้านี้อยู่แล้วเกิดเป็นความร้อนฉับพลันขึ้นทำให้เกิดการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอย่าง X-ray ออกมา นอกจากนี้นักวิทยาศาสตร์ยังคาดว่า Tidal Disruption Event อาจทำให้เกิด Neutrino อีกด้วยโดยเฉพาะช่วงที่เกิดการเสียดสีกับจานพอกพูนมวลมากที่สุดซึ่งจะทำให้เกิดแสงสว่างวาบขึ้น

อ่านรายละเอียดเกี่ยวกับ Tidal Disruption Event – ยาน TESS ไขปริศนาแสงวาบจากดาราจักรอันไกลโพ้น พบว่าเป็น Tidal Disruption Event

ภาพจำลองปรากฏการณ์ Tidal Disruption Event ที่มา NASA/CXC/M. Weiss.

AT2019dsg ถูกค้นพบในวันที่ 9 เมษายน 2019 โดยกล้องโทรทรรศน์ Zwicky Transient Facility (ZTF) ในหอดูดาว Palomar ที่ Caltech โดย AT2019dsg เป็นชื่อเรียกของเหตุการณ์ Tidal Disruption Event ที่เกิดขึ้นห่างออกไปจากโลกประมาณ 690 ล้านปีแสงในกาแล็กซี 2MASX J20570298+1412165 ในกลุ่มดาวโลมา (Delphinus Constellation)

หลังจากการค้นพบ Tidal Disruption Event ปกติแล้วจะมีการ Follow-up ด้วยกล้องโทรทรรศน์ต่าง ๆ Robert Stein ผู้นำการค้นพบครั้งนี้และทีมวิจัยของเขาได้ขอใช้กล้องโทรทรรศน์ Swift ในช่วงคลื่นแสงที่มองเห็นได้ Ultraviolet และ X-ray นอกจากนี้ยังใช้ดาวเทียม XMM-Newton ของ ESA ในการวัดค่าการปล่อย X-ray ร่วมกับกล้องโทรทรรศน์วิทยุอย่าง Karl G. Jan Sky VLA กับกล้อง MeerKATอีกด้วย

แสงสว่างวาบที่สว่างที่สุดเกิดขึ้นในช่วง พฤษภาคม 2019 แต่ไม่พบการปล่อยลำเจ็ตของพลังงานเกิดขึ้น จึงทำให้นักดาราศาสตร์คิดว่า AT2019dsg ไม่น่าจะทำให้เกิด Neutrino ได้

ภาพจำลอง Tidal Disruption Event – ที่มา NASA’s Goddard Space Flight Center

แต่แล้วในวันที่ 1 ตุลาคม 2019 IceCube Neutrino Observatory ของ NSF ก็ตรวจจับ High-energy neutrino ชื่อว่า IC191001A ได้ หลังจากการ Backtrack วิถีของมันพบว่ามันมาจากน่านฟ้าบริเวณ AT2019dsg ซึ่งปกติแล้ว Tidal Disruption Event ทุก ๆ ครั้งจะต้องเกิด Neutrino มีเพียง 1 ใน 500 เท่านั้นที่ไม่เกิด แต่ว่า High-energy neutrino ครั้งนี้มันเกิดขึ้นช้าถึง 5 เดือนหลังจากจุดที่ AT2019dsg มีค่าความสว่างสูงสุด ทำให้เกิดคำถามขึ้นว่า Neutrino สรุปมันเกิดตอนไหนกันแน่และเกิดอย่างไร

Tidal Disruption Event จะเกิดขึ้นทุก ๆ 10,000 ถึง 100,000 ปีเท่านั้นในกาแล็กซีขนาดใหญ่ มนุษย์เรามีโอกาสได้สังเกตการณ์เพียงแค่ไม่กี่ 10 ครั้งเท่านั้น การที่ AT2019dsg อยู่ ๆ ก็ปล่อย High-energy neutrino ออกมาทำให้มันเป็นจุดสนใจอย่างมากเพราะมันไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน นอกจากนี้การแผ่รังสีต่าง ๆ อย่างช่วงคลื่นแสงที่มองเห็นได้และ UV ใน AT2019dsg ยังสูงขึ้นอย่างรวดเร็วจากนั้นก็ต่ำลงจนกลับมาที่ Baseline ทั้งทั้งที่ปกติแล้วแสงเหล่านี้จะไม่อยู่ ๆ ก็สูงขึ้นทันทีแต่ค่อย ๆ สูงขึ้นภายใน 1 ถึง 2 ปี

AT2019dsg ยังแผ่รังสี X-ray จากการเกิด Tidal disruption อีกด้วย เป็นเพียงไม่กี่แหล่งเท่านั้นที่มนุษย์รู้จัก ซึ่งน่าจะมาจากจานพอกพูนมวลชั้นในหรือ High-speed particle jet ของหลุมดำ อย่างไรก็ตามการแผ่รังสี X-ray ของ AT2019dsg ลดลงเหลือถึง 98% ภายในเวลาเพียงแค่ 160 วันเท่านั้น

แหล่งที่เป็นไปได้ของการเกิดอนุภาค Neutrino – ที่มา NASA’s Goddard Space Flight Center

โดยนักดาราศาสตร์คาดว่าการลดลงของการแผ่รังสี X-ray น่าจะเกิดจากการเย็นตัวอย่างฉับพลันของจานพอกพูนมวล อย่างไรก็ตามมีงานวิจัยเผยแพร่ออกมาหักล้างว่าการลดลงของ X-ray น่าจะเกิดขึ้นจากมีเมฆฝุ่นมาบังทำให้การแผ่รังสีจ้างลงมากกว่าอ้างอิงจากงานวิจัย A concordance scenario for the observed neutrino from a tidal disruption event

จากการสำรวจเพิ่มเติมพบว่ามีการแผ่คลื่นวิทยุเกิดขึ้น ซึ่งน่าจะเกิดจากการที่หลุมดำมวลยิ่งยวดเร่งอนุภาครอบ ๆ ข้างของมัน นอกจากนี้ยังพบว่าการแผ่คลื่นวิทยุดังกล่าวยังค่อย ๆ เพิ่มขึ้นเป็นเวลาหลายเดือนอีกด้วย ไม่ได้ลดลงอย่างรวดเร็วตามรังสี X-ray ที่ลดลงอย่างรวดเร็วและไม่ได้ลดลงตามแสงสว่างในช่วงคลื่น UV และช่วงคลื่นที่มองเห็นได้ที่ก็ค่อย ๆ ลดลงหลังจาก Peak เช่นกัน

กราฟความสว่างในช่วงคลื่นที่มองเห็นได้และช่วงคลื่น Ultraviolet (บนซ้าย) กราฟการแผ่รังสีช่วงคลื่น X-ray (ล่างซ้าย) กราฟการแผ่คลื่นวิทยุ (ขวา) – ที่มา NASA’s Goddard Space Flight Center

ซึ่งข้อมูลเหล่านี้ทำให้นักดาราศาสตร์ต้องมานั่งคิดกันใหม่ว่า Neutrino เกิดขึ้นได้อย่างไร เนื่องจากคลื่นวิทยุที่จริง ๆ แล้วเกิดจากการเร่งอนุภาคในลำเจ็ทของหลุมดำ แต่ก็ยังเกิดขึ้นได้ใน AT2019dsg ที่ไม่มีลำเจ็ทดังกล่าว และก็ยังคงสูงขึ้นเรื่อย ๆ แม้ความสว่างช่วง UV และ Visible จะค่อย ๆ ลดลง

โดยทีมนักดาราศาสตร์คาดว่า Neutrino น่าจะเกิดจากการเสียดสีของเนื้อสารดาวจาก Tidal Disruption ในส่วนของจานพอกพูนมวลของหลุมดำชั้นนอกที่เป็นช่วง UV เพราะว่าจากอันนี้สร้างพลังงานได้รุนแรงกว่าเครื่องเร่งอนุภาคบนโลกถึง 10 เท่า อย่างไรก็ตามยังไม่มีข้อสรุปที่แน่ชัดเกี่ยวกับการเกิดขึ้นของ Neutrino

ที่มา NASA’s Goddard Space Flight Center

เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO

อ้างอิง

NASA’s Swift Helps Tie Neutrino to Star-shredding Black Hole





MORE