นักดาราศาสตร์พบวงแหวนในช่วงคลื่น X-ray รอบระบบดาวหลุมดำ V404 Cygni จากการ Echo ของแสง

นักดาราศาสตร์พบวงแหวนในช่วงคลื่น X-ray รอบระบบดาวหลุมดำ V404 Cygni จากการ Echo ของแสง

นักดาราศาสตร์ได้ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศ Chandra ในช่วงคลื่น X-ray และกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินที่ Neil Gehrels Swift Observatory ในการถ่ายรูปวงแหวนรอบระบบดาวหลุมดำ V404 Cygni (Binary System) ซึ่งอยู่ห่างออกไปจากโลกประมาณ 7,800 ปีแสง โดยหลุมดำในระบบนี้นั้นจะคอยดึงมวลสารจากดาวคู่ (Companion Star) ของมันที่มีมวลประมาณครึ่งหนึ่งของดวงอาทิตย์อยู่ตลอดเวลา

โดยมวลสารที่ถูกดูดออกไปจะไม่ตกเข้าไปในหลุมดำทันที แต่จะวนรอบ ๆ จานพอกพูนมวล (Accretion Disk) ของหลุมดำซึ่งทำให้เกิดการเรืองแสงในช่วงคลื่น X-ray ขึ้น นักดาราศาสตร์จึงเรียนระบบแบบนี้ว่า “X-ray binaries”

ภาพจำลองระบบดาวคู่ V404 Cygni ที่มีหลุมดำและดาวฤกษ์อยู่ใกล้เคียงกัน – ที่มา NASA

ในวันที่ 5 มิถุนายน 2015 กล้องโทรทรรศน์ Swift ตรวจพบการปลดปล่อยแสงช่วงคลื่น X-ray (Burst) ออกมาจาก V404 Cygni อย่างรุนแรง เกิดเป็นวงแหวนพลังงานสูงซึ่งเกิดจากการสะท้อนของคลื่นแสง เมื่อคลื่นแสงกระทบกับเมฆฝุ่น (Cosmic Dust) ระหว่างโลกและ V404 Cygni หลักการเดียวกับการเกิดเสียงก้องเมื่อคลื่นเสียงกระทบกับวัตถุอื่น ๆ บนโลก

ภาพ Composite ของภาพช่วงคลื่น X-ray จาก Chandra และภาพช่วงคลื่นแสงที่มองเห็นได้และ Infrared จาก Pan-STARRS – ที่มา X-ray: NASA/CXC/U.Wisc-Madison/S. Heinz et al.; Optical/IR: Pan-STARRS

โดยภาพถ่ายของ V404 Cygni ในช่วงคลื่นแสง X-ray จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Chandra (สีฟ้า) และภาพถ่ายในช่วงคลื่นแสงที่มองเห็นได้และ Infrared จาก Pan-STARRS แสดงให้เห็นวงแหวนจำนวน 8 วงแยกกันซึ่งเกิดจากการปลดปล่อยแสง (Burst) เมื่อปี 2015 โดยแต่ละวงนั้นเกิดจากการสะท้อนโดยเมฆฝุ่นแต่ละครั้งเกิดเป็นวงแหวนแต่ละวงแยกกัน

ภาพแสดงการสะท้อนของวงแหวนในช่วงคลื่น X-ray แต่ละวง – ที่มา NASA

โดยทีมนักวิจัยจาก University of Wisconsin ได้วิเคราะห์การสังเกตการณ์จาก Swift กว่า 50 การสังเกตการณ์ในปี 2015 ระหว่างวันที่ 30 มิถุนายน ถึงวันที่ 25 สิงหาคม ตามมาด้วยการสังเกตการณ์จาก Chandra ระหว่างวันที่ 11 กรกฎาคม ถึงวันที่ 25 กรกฎาคม ปี 2015 ซึ่งตอนนั้นถือเป็นการ Burst ของแสงช่วงคลื่น X-ray ที่รุนแรงมากจนวิศวกรของกล้องต้องตั้งตำแหน่งสังเกตการณ์ V404 Cygni ไว้ระหว่าง Detector แทนที่จะอยู่ตรงกลาง Detector เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดความเสียหายกับอุปกรณ์นั่นเอง เป็นเหตุให้ภาพวงแหวนที่ถ่ายมาได้มันขาดครึ่ง

นักดาราศาสตร์ได้ใช้วงแหวนที่เกิดจากการสะท้อนของเมฆ Cosmic Dust ในการศึกษาพฤติกรรมของหลุมดำและศึกษาพื้นที่ Interstellar space ระหว่างระบบดาว V404 Cygni และโลก เช่น การศึกษาเส้นผ่านศูนย์กลางของวงแหวน X-ray ดังกล่าวจะช่วยให้เราสามารถรู้ระยะทางของชั้นเมฆ Cosmic Dust ที่แสง X-ray สะท้อนมาได้นั่นเอง ยิ่งเมฆ Cosmic Dust ที่แสงสะท้อนมาอยู่ใกล้เรามากเท่าไหร่ วงแหวนก็จะยิ่งดูใหญ่ กลับกันถ้าเมฆ Cosmic Dust อยู่ไกล วงแหวนก็จะมีขนาดเล็กลงนั่นเอง นอกจากนี้การที่วงแหวนมีลักษณะเป็นวงแหวนแคบ ๆ นั้นก็หมายความว่า X-ray burst ที่เกิดขึ้นในปี 2015 นั้นเกิดขึ้นในเวลาสั้น ๆ

ภาพแสดงการสะท้อนของแสงจากจุดกำเนิดระหว่างตัวกลางในระยะห่างที่ต่างกัน – ที่มา NASA

การศึกษาวงแหวน X-ray ยังช่วยให้เราสามารถศึกษาคุณสมบัติของตัวเมฆฝุ่นได้อีกด้วย เนื่องจากส่วนประกอบ ความหนาแน่น และปัจจัยอื่น ๆ อีกมากมายย่อมมีผลต่อการสะท้อนของแสงแน่นอน คล้ายกับที่อากาศและน้ำสะท้อนแสงแตกต่างกันนั่นเอง นอกจากนี้สารบางส่วนในเมฆฝุ่นดูดซับแสง X-ray ได้ไม่เท่ากัน บางส่วนดูดซับจนหมดทำให้เราไม่สามารถมองเห็นได้ บางส่วนไม่ดูดซับและเหลือมาให้ Chandra ตรวจจับได้ การสังเกตการณ์ปัจจัยเหล่านี้จะทำให้เราสามารถศึกษาโครงสร้างของเมฆได้อีกด้วย

หลักการเดียวกันกับที่เครื่อง X-ray ในสนามบินทำงานและเครื่อง X-ray สิ่งมีชีวิต ซึ่งอาศัยการดูดซับคลื่น X-ray ที่แตกต่างกันของสสารในการระบุโครงสร้างและส่วนประกอบของมันนั่นเอง

จากการวิเคราะห์พบว่าเมฆฝุ่นระหว่างโลกและระบบดาว V404 Cygni น่าจะเป็น Graphite และผง Silicate การวิเคราะห์เพิ่มเติมด้วย Chandra ยังพบอีกด้วยว่าความหนาแน่นของเมฆฝุ่นเหล่านี้ไม่ได้สม่ำเสมอกันในทุกทิศทาง

การค้นพบวงแหวนลักษณะนี้ในระบบ V404 Cygni มีลักษณะคล้ายกับวงแหวนที่ค้นพบในระบบดาว Circinus X-1 ที่เป็นระบบดาวคู่เหมือนกันแต่แทนที่หลุมดำด้วยดาวนิวตรอนแทน

ภาพวงแหวนในช่วงคลื่น X-ray ของระบบดาว Circinus X-1 ถ่ายจากกล้อง Chandra (X-ray) และ DSS (Optical) – ที่มา
X-ray: NASA/CXC/Univ. of Wisconsin-Madison/S.Heinz et al; Optical: DSS

ผลการศึกษา V404 Cygni ถูกเผยแพร่เมื่อวันที่ 1 กรกฎาคม 2016 ในวารสาร The Astrophysical Journal และ Arxiv ชื่อ A Joint Chandra and Swift View of the 2015 X-Ray Dust Scattering Echo of V404 Cygni

เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO

อ้างอิง

A Joint Chandra and Swift View of the 2015 X-Ray Dust Scattering Echo of V404 Cygni

V404 Cygni: Huge Rings Around a Black Hole

Circinus X-1: X-ray Echoes Pinpoint Location of Distant Flaring Neutron Star

Huge Rings Around a Black Hole

เราใช้คุกกี้เพื่อพัฒนาประสิทธิภาพ และประสบการณ์ที่ดีในการใช้เว็บไซต์ของคุณ คุณสามารถศึกษารายละเอียดได้ที่ นโยบายความเป็นส่วนตัว และสามารถจัดการความเป็นส่วนตัวเองได้ของคุณได้เองโดยคลิกที่ ตั้งค่า

Privacy Preferences

คุณสามารถเลือกการตั้งค่าคุกกี้โดยเปิด/ปิด คุกกี้ในแต่ละประเภทได้ตามความต้องการ ยกเว้น คุกกี้ที่จำเป็น

Allow All
Manage Consent Preferences
  • Always Active

Save