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”
ในวันที่ 5 มิถุนายน 2015 กล้องโทรทรรศน์ Swift ตรวจพบการปลดปล่อยแสงช่วงคลื่น X-ray (Burst) ออกมาจาก V404 Cygni อย่างรุนแรง เกิดเป็นวงแหวนพลังงานสูงซึ่งเกิดจากการสะท้อนของคลื่นแสง เมื่อคลื่นแสงกระทบกับเมฆฝุ่น (Cosmic Dust) ระหว่างโลกและ V404 Cygni หลักการเดียวกับการเกิดเสียงก้องเมื่อคลื่นเสียงกระทบกับวัตถุอื่น ๆ บนโลก
โดยภาพถ่ายของ V404 Cygni ในช่วงคลื่นแสง X-ray จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Chandra (สีฟ้า) และภาพถ่ายในช่วงคลื่นแสงที่มองเห็นได้และ Infrared จาก Pan-STARRS แสดงให้เห็นวงแหวนจำนวน 8 วงแยกกันซึ่งเกิดจากการปลดปล่อยแสง (Burst) เมื่อปี 2015 โดยแต่ละวงนั้นเกิดจากการสะท้อนโดยเมฆฝุ่นแต่ละครั้งเกิดเป็นวงแหวนแต่ละวงแยกกัน
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
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
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
