นักศึกษาดาราศาสตร์พบ 'ศิลาโรเซตตา' ไขปริศนาสัญญาณลึกลับจากห้วงอวกาศ

ปริศนาของสัญญาณชีพจร 'เชื่องช้า'

เรื่องราวเริ่มต้นขึ้นในปี พ.ศ. 2565 เมื่อนักดาราศาสตร์ค้นพบสิ่งที่ปัจจุบันเรียกว่า คลื่นวิทยุคาบยาว (Long-Period Radio Transients - LPTs) เป็นครั้งแรก แตกต่างจากพัลซาร์แบบดั้งเดิมซึ่งเป็นดาวนิวตรอนที่หมุนรอบตัวเองเร็วสูงและสามารถเปล่งแสงเป็นร้อยครั้งต่อวินาที แหล่งกำเนิดสัญญาณปริศนาเหล่านี้ส่งคลื่นออกมาอย่างเนิบนาบกว่ามาก ด้วยช่วงเวลาตั้งแต่หลักนาทีไปจนถึงเกือบหนึ่งชั่วโมง คาบเวลาที่ยาวนานเช่นนี้ตัดความเป็นไปได้ที่จะเป็นดาวนิวตรอนทิ้งไป เพราะพวกมันหมุนเร็วเกินกว่าจะอธิบายสัญญาณเช่นนี้ได้ เมื่อไม่มีวัตถุอื่นใดที่เรารู้จักตรงตามคำอธิบายนี้ ต้นกำเนิดของ LPTs จึงเป็นปริศนาอันสมบูรณ์แบบ

ASKAP J1745−5051 คือหนึ่งในวัตถุลึกลับกลุ่มนี้ที่ได้รับการระบุชนิดอย่างแน่ชัดเป็นครั้งแรก "นี่คือการยืนยันชนิดของสิ่งที่นักดาราศาสตร์เรียกว่า 'คลื่นวิทยุคาบยาว' ได้เป็นครั้งแรก" โควี โรส (Kovi Rose) นักศึกษาปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยซิดนีย์และหัวหน้าทีมวิจัยกล่าว ทีมของเขาติดตามสัญญาณกลับไปยังดาวแคระขาวที่กำลังพอกพูนมวลสารจากดาวแคระแดงคู่ของมันอย่างแข็งขัน ชี้ชัดถึงกลไกที่อยู่เบื้องหลังคลื่นระเบิดเป็นจังหวะนั้น

เหตุใดจึงเป็น 'ศิลาโรเซตตา'

เช่นเดียวกับศิลาโรเซตตาของจริงที่ช่วยถอดรหัสอักษรอียิปต์โบราณด้วยการบันทึกข้อความหลายภาษา ASKAP J1745−5051 ช่วยให้นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ถอดรหัสภาษาแห่ง LPTs ได้ เพราะมันรวมเอาคุณลักษณะอันน่าฉงนหลายประการไว้ในระบบเดียว :

• สัญญาณจากหลายช่วงคลื่น: หัวใจสำคัญคือ ระบบนี้ปล่อยไม่เพียงแต่คลื่นวิทยุ แต่ยังปล่อยรังสีเอกซ์เป็นคาบอีกด้วย การตรวจจับได้พร้อมๆ กันจากหอสังเกตการณ์อย่างกล้องโทรทรรศน์วิทยุ ASKAP ของออสเตรเลียและกล้องโทรทรรศน์อวกาศไอน์สไตน์โพรบของจีน ยืนยันว่าคลื่นระเบิดเหล่านี้ได้พลังงานมาจากการพอกพูนมวล หรือการฉีกกระชากสสารด้วยแรงโน้มถ่วง ไม่ใช่แค่การหมุนรอบตัวเองธรรมดาๆ
• กลไก 'นาฬิกา': คาบเวลา 1.4 ชั่วโมง ไม่ใช่การหมุนรอบตัวเองของดาว แต่คือคาบการโคจรของระบบดาวคู่โดยตรง ซึ่งจังหวะเวลานี้สัมพันธ์กับกระบวนการพอกพูนมวล
• กระบวนการแผ่รังสี: การแผ่คลื่นวิทยุน่าจะเกิดจากปรากฏการณ์ อิเล็กตรอน ไซโคลตรอน เมเซอร์ อินสเตบิลิตี (Electron Cyclotron Maser Instability) ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่มีการคาดการณ์ทางทฤษฎีมานานแล้วว่าจะเกิดในสนามแม่เหล็กสุดขั้วของดาวแคระขาว แต่แทบจะไม่เคยมีใครได้เห็นมันทำงานจริง

ห้องทดลองธรรมชาติสำหรับฟิสิกส์สุดขั้ว

นอกเหนือจากการไขปัญหาตัวตนที่แท้จริง ระบบนี้ยังเป็นห้องทดลองธรรมชาติอันหายากสำหรับการศึกษาปรากฏการณ์สุดขั้วแบบเรียลไทม์ มันเป็นดาวแปรแสงชนิดหายนะในระยะ "พรี-โพลาร์" (Pre-polar) ซึ่งหมายความว่าดาวแคระขาวแม่เหล็กยังไม่ได้ล็อกคาบกับคาบการโคจรของเพื่อนบ้านอย่างสมบูรณ์ นี่เป็นช่วงสั้นๆ ในชีวิตของระบบดาวคู่ มอบภาพถ่ายที่หาได้ยากยิ่งว่าระบบเหล่านี้วิวัฒนาการอย่างไร ก่อนที่ดาวแคระขาวจะเข้าล็อกและกลืนกินเพื่อนของมันจนสิ้น

ภายในห้องทดลองแห่งนี้ นักวิจัยสามารถศึกษาได้ถึง:

• การไหลของสสารในสนามแม่เหล็ก: สังเกตโดยตรงว่าสนามแม่เหล็กเข้มข้นควบคุมพลาสมาร้อนยิ่งยวดที่ขโมยมาจากดาวเพื่อนบ้านได้อย่างไร
• กลไกการแผ่รังสีที่สอดคล้องกัน: ทดสอบว่ากระบวนการอิเล็กตรอน ไซโคลตรอน เมเซอร์ ทำงานในสภาพแวดล้อมทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์จริงได้อย่างไร ซึ่งเป็นกลไกที่อาจเกิดขึ้นในชั้นแมกนีโตสเฟียร์ของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะด้วยเช่นกัน
• สภาวะสุดขั้วของสสาร: ศึกษาวัตถุที่มีขนาดเท่าโลกแต่มีความหนาแน่นและสนามแม่เหล็กราวกับดาวแคระขาว ที่กำลังกลืนกินดาวฤกษ์อีกดวงอย่างแข็งขัน

มรดกสำคัญของการค้นพบนี้มีอยู่สองประการ มันไม่เพียงแต่ไขปริศนาความยาวนานถึงสี่ปี ด้วยการระบุต้นกำเนิดของ LPT เป็นครั้งแรก แต่ยังยืนยันทฤษฎีที่มีมาอย่างยาวนานเกี่ยวกับการแผ่รังสีของดาวแคระขาวแม่เหล็กอีกด้วย ยิ่งไปกว่านั้น มันยังพิสูจน์ให้เห็นว่าการประสานงานสังเกตการณ์ทั้งคลื่นวิทยุและรังสีเอกซ์ คือกลยุทธ์ที่จำเป็นอย่างยิ่งในการไขความลึกลับของปรากฏการณ์ชั่วคราวอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกันในอนาคต สัญญาณจากจักรวาลที่ครั้งหนึ่งเคยไร้บ้าน ตอนนี้พวกมันมีที่มาที่ไปแล้ว