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)
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
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
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
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
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
เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO
อ้างอิง
NASA’s Swift Helps Tie Neutrino to Star-shredding Black Hole
