หลักฐานยืนยันในรอบ 37 ปี ! พบดาวนิวตรอนในซูเปอร์โนวา 1987A

นักวิจัยจากหลายประเทศ ร่วมกันศึกษาภายในซูเปอร์โนวา 1987A อันโด่งดังที่ค้นพบเมื่อ 37 ปีที่แล้ว โดยใช้ข้อมูลที่ได้จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (JWST) ขององค์การนาซา (NASA) และพบหลักฐานยืนยันว่าภายในซูเปอร์โนวานั้นเป็นดาวนิวตรอน

ซูเปอร์โนวา 1987A และอะไรอยู่ในใจกลางของมัน

ทั้งนี้สำหรับซูเปอร์โนวา 1987A คือการระเบิดของดาวฤกษ์ ซึ่งดาวฤกษ์นี้คาดว่าเคยมีมวลประมาณ 8 - 10 เท่าของดวงอาทิตย์ของเรา มันอยู่ห่างจากโลกประมาณ 170,000 ปีแสงในกาแล็กซีแคระที่อยู่ติดกับทางช้างเผือกชื่อเมฆแมกเจลแลนใหญ่ (Large Magellanic Cloud) นักดาราศาสตร์ค้นพบซูเปอร์โนวา 1987A ครั้งแรกเมื่อปี 1987 หรือก็คือเมื่อ 37 ปีที่แล้ว จึงเป็นที่มาชื่อของมัน 

ในตอนที่ซูเปอร์โนวา 1987A ระเบิด มันได้ปล่อยอนุภาคที่เรียกว่า นิวตริโน ออกมา และหลังจากนั้นก็ส่งแสงสว่างเจิดจ้า ทำให้มองเห็นได้ นี่เป็นซูเปอร์โนวาที่ใกล้ที่สุดและสว่างที่สุดที่เห็นในท้องฟ้ายามค่ำคืนเหนือโลกในรอบประมาณ 400 ปี

การระเบิดของซูเปอร์โนวาลักษณะนี้ ทำให้ธาตุต่าง ๆ กระจายออกไปในจักรวาล เหมือนเป็นการเพาะเลี้ยงดวงดาวด้วยธาตุต่าง ๆ เช่น คาร์บอน ออกซิเจน ซิลิคอน และเหล็ก ซึ่งในภายหลัง องค์ประกอบเหล่านี้ก็กลายเป็นองค์ประกอบสำคัญของดวงดาวและดาวเคราะห์รุ่นต่อไป และยังสามารถก่อตัวเป็นโมเลกุลที่อาจกลายเป็นส่วนประกอบสำคัญของชีวิตได้ การระเบิดนี้ยังทำให้เกิดเศษดาวฤกษ์อัดแน่นกลายเป็น “ดาวนิวตรอน” หรือ “หลุมดำ” แต่ในตอนนั้นนักดาราศาสตร์ยังไม่รู้ว่าสิ่งที่ซ่อนอยู่ใจกลางซูเปอร์โนวา 1987A เป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำกันแน่ แม้จะค่อนข้างมั่นใจว่าเป็นดาวนิวตรอน แต่ไม่มีหลักฐานยืนยัน และไม่แน่ใจว่า ดาวนิวตรอนนี้จะสะสมมวลเพิ่มเติมจนกลายเป็นหลุมดำหรือไม่ 

ดาวนิวตรอนเกิดขึ้นได้อย่างไร

ดาวนิวตรอนเกิดขึ้นเมื่อดาวฤกษ์มวลมากเกิดระเบิดขึ้น ชั้นนอกของดาวฤกษ์จะกระจายไปในจักรวาล สิ่งนี้ทำให้ดาวฤกษ์เหมือนกับ “ตาย” สิ่งที่หลงเหลืออยู่ก็คือดวงดาวที่มีความกว้างเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10 - 20 กิโลเมตร แต่มีมวลมหาศาลมาก ๆ คือประมาณ 1 - 2 เท่าของดวงอาทิตย์ ดาวที่เหลืออยู่นี้ประกอบขึ้นด้วยของเหลวที่เต็มไปด้วยอนุภาคนิวตรอน ซึ่งเป็นสสารที่หนาแน่นที่สุดในจักรวาล

ดาวนิวตรอนมีแรงโน้มถ่วงมหาศาลมาก แต่มันก็ไม่สามารถยุบตัวไปมากกว่านี้ได้แล้ว เพราะมีผลกระทบทางควอนตัมที่เกิดขึ้นระหว่างนิวตรอนภายใน ที่เรียกว่า “แรงดันความเสื่อมของนิวตรอน (neutron degeneracy pressure)” ทำให้มันสามารถรักษาโครงสร้างของดาวนิวตรอนเอาไว้ได้ แต่หากมันมีมวลเพิ่มขึ้นจนถึงจุดจุดหนึ่ง มันจะสามารถเอาชนะ neutron degeneracy pressure ได้ ทำให้เกิดการยุบตัวและกลายเป็นหลุมดำได้ในท้ายที่สุด

อุปสรรคที่ทำให้ใช้เวลา 37 ปีเพื่อหาคำตอบว่าอะไรอยู่ใจกลางซูเปอร์โนวา 1987A

สำหรับดาวนิวตรอนดวงนี้ ไม่ได้ถูกค้นพบจนกระทั่งปัจจุบัน เนื่องจากเมื่อเกิดซูเปอร์โนวาในช่วงแรก ๆ มันจะถูกปกคลุมด้วยกลุ่มก๊าซและฝุ่นหนามาก ทำให้นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถค้นพบได้ แต่ล่าสุดนักวิทยาศาสตร์ได้ใช้เครื่องมือที่ติดตั้งบนกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (JWST) มันเป็นเครื่องมือความไวสูงซึ่งออกแบบมาเพื่อตรวจจับแสงอินฟาเรด ทำให้สามารถมองทะลุผ่านม่านฝุ่นที่ปิดบังอยู่ได้ 

หลักฐานยืนยันว่าเป็นดาวนิวตรอน

ผลลัพธ์คือนักวิจัยสามารถเห็นการแผ่รังสีของธาตุอาร์กอนและกำมะถันที่มาจากใจกลางซูเปอร์โนวา 1987A องค์ประกอบเหล่านี้แตกตัวเป็นไอออน ซึ่งหมายความว่าพวกมันมีอิเล็กตรอนหลุดออกจากอะตอม นักวิจัยกล่าวว่าไอออไนซ์นี้เกิดขึ้นจากการแผ่รังสีที่ปล่อยออกมาจากดาวนิวตรอนเท่านั้น และนักวิจัยยังพบอีกว่าความสว่างของดาวนิวตรอนนี้อยู่ที่ประมาณ 1 ใน 10 ของดวงอาทิตย์ของเรา

นับว่าเป็นการไขปริศนาอีกสิ่งหนึ่งของจักรวาลของเรา และมันจะนำไปสู่การทำความเข้าใจจักรวาลที่มากขึ้นของมนุษยชาติ งานวิจัยการค้นพบนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารไซเอนซ์ (Science) เมื่อวันที่ 22 กุมภาพันธ์ 2024 ที่ผ่านมา

ที่มาข้อมูล LiveScience, Science

ที่มารูปภาพ Science, Alex Andrews in Pexels