จันทราพบซากดาวตาย 'กระพริบ': ซากซูเปอร์โนวาในกาแล็กซี M83 สว่างวาบอย่างคาดไม่ถึง

เป็นเวลาหลายทศวรรษที่การตายของดาวมวลมหาศาลถูกมองว่าเป็นปรากฏการณ์ที่ยิ่งใหญ่แต่สามารถคาดเดาบทสรุปได้ หลังจากการระเบิดซูเปอร์โนวาครั้งแรก กลุ่มเมฆก๊าซร้อนและเศษซากที่หลงเหลือหรือที่เรียกว่า 'ซากซูเปอร์โนวา' (Supernova Remnant) ถูกคาดหมายว่าจะค่อยๆ เย็นตัวลงและหรี่แสงไปตามกาลเวลาหลายศตวรรษ แต่ผลสำรวจล่าสุดที่ใช้เวลายาวนานถึง 14 ปีของกาแล็กซีกังหันที่อยู่ใกล้เคียงอย่าง 'เมสสิเยร์ 83' (M83) หรือ 'กาแล็กซีกังหันใต้' กำลังพลิกโฉมความเชื่อเดิมนั้น

จากการใช้ข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์รังสีเอกซ์จันทราของ NASA ทีมนักวิจัยได้ระบุแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ 22 แหล่งที่เชื่อมโยงกับซากซูเปอร์โนวาใน M83 ผลลัพธ์ที่ได้คือ ประมาณครึ่งหนึ่งของซากเหล่านั้นไม่ได้จางหายไปอย่างเงียบๆ หากแต่กลับกำลัง 'กระพริบ' สว่างวาบและหรี่ลงอย่างน่าทึ่งในช่วงเวลาเพียงไม่กี่ปี

"เราทราบกันดีว่าแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์แต่ละแห่งสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างรุนแรง แต่การได้พบว่ามีซากซูเปอร์โนวาจำนวนมากกำลังทำเช่นนี้เป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจจริงๆ" Andrea Prestwich นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยคาทอลิกแห่งอเมริกา (The Catholic University of America) และหัวหน้าทีมวิจัยกล่าว "ต้องมีบางสิ่งที่ไม่ปกติเกิดขึ้นภายในวัตถุเหล่านี้แน่นอน" การค้นพบนี้ได้รับการนำเสนอในที่ประชุมของสมาคมดาราศาสตร์อเมริกัน (American Astronomical Society) และตีพิมพ์ใน The Astrophysical Journal

ปริศนาของซากดาวที่ไม่ยอมสงบ

โดยปกติแล้ว ซากซูเปอร์โนวามีอายุหลายร้อยหรือหลายพันปี เมื่อคลื่นกระแทกจากการระเบิดครั้งแรกสูญเสียพลังงาน ก๊าซร้อนควรจะปลดปล่อยรังสีเอกซ์ออกมาและหรี่ลงอย่างต่อเนื่อง แต่ประชากรซากดาวใน M83 ซึ่งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 15 ล้านปีแสง กลับไม่ยอมเป็นไปตามแบบแผนนั้น

จากแหล่งรังสีเอกซ์ 22 แห่งที่ถูกวิเคราะห์ในช่วงเวลา 14 ปีที่ทำการสังเกตการณ์ (ตั้งแต่ปี 2000 ถึง 2014) ประมาณครึ่งหนึ่งแสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงของความสว่างที่วัดได้ นี่ไม่ใช่การกะพริบเพียงเล็กน้อย แต่เป็นการเปลี่ยนแปลงที่เด่นชัดพอที่จะมองเห็นได้ในข้อมูล โดยแหล่งกำเนิดบางแห่งสว่างขึ้นและหรี่ลงในปริมาณมากในช่วงเวลาที่ไม่แน่นอน

มีเพียงหนึ่งในซากที่เปลี่ยนแปลงได้ซึ่งมีคำอธิบายอย่างตรงไปตรงมา นั่นคือซากที่มีรหัสว่า SN 1957D ซึ่งถูกสังเกตเห็นว่าเศษซากความเร็วสูงของมันกำลังพุ่งเข้าชนกับกลุ่มก๊าซหนาแน่นโดยรอบ การชนกันนี้ก่อให้เกิดก๊าซที่ถูกทำให้ร้อนจากการกระแทกระลอกใหม่และการปล่อยรังสีเอกซ์เพิ่มเติม ซึ่งอธิบายถึงการลุกวาบของมันได้ แต่สำหรับซากที่กระพริบที่เหลืออีกกว่าสิบแห่ง สาเหตุนั้นยังไม่ชัดเจนนัก

ซอมบี้แห่งจักรวาล: ระบบดาวคู่และการตกกลับของวัตถุ

ทีมวิจัยได้เสนอทฤษฎีหลักๆ ไว้สองข้อสำหรับการกระพริบอย่างน่าพิศวงนี้ โดยทั้งสองข้อบ่งชี้ว่าวัตถุเหล่านี้ไม่ใช่แค่ดาวที่ 'ตายแล้ว' ทว่าเป็นระบบที่ยังคงกลืนกินวัตถุอย่างต่อเนื่อง

สถานการณ์ที่ 1: ดาวข้างเคียงที่รอดชีวิต: ดาวมวลมากหลายดวงถือกำเนิดขึ้นมาในระบบดาวคู่ เมื่อดาวที่มีมวลมากกว่าในสองดวงระเบิดออก มันสามารถทิ้งวัตถุหนาแน่นสูงอย่าง 'ดาวนิวตรอน' หรือ 'หลุมดำ' เอาไว้เบื้องหลัง ในขณะที่ดาวข้างเคียงยังคงอยู่รอด แรงโน้มถ่วงของซากดาวนั้นสามารถดึงวัตถุจากดาวที่ยังเหลืออยู่เข้ามา เมื่อก๊าซนี้หมุนวนเป็นเกลียวเข้าหา มันจะร้อนขึ้นจนถึงหลายล้านองศา เกิดเป็นระบบ 'ดาวคู่รังสีเอกซ์มวลสูง' (High-Mass X-ray Binary) ที่ทรงพลัง อัตราการถ่ายเทวัตถุที่คาดเดาไม่ได้นี้อาจเป็นสาเหตุของการกระพริบที่สังเกตเห็น

สถานการณ์ที่ 2: การตกกลับของวัตถุสู่แกนกลาง: แทนที่จะเป็นดาวผู้บริจาควัตถุ หลุมดำหรือดาวนิวตรอนที่เพิ่งก่อตัวอาจกำลังดึงเอาส่วนหนึ่งของเศษซากที่ถูกพ่นออกไปในการระเบิดซูเปอร์โนวาครั้งแรกกลับคืนมา 'การรีไซเคิลของจักรวาล' นี้ ซึ่งวัตถุบางส่วนไม่สามารถหนีพ้นแรงโน้มถ่วงและตกลงสู่ใจกลางวัตถุได้ จะสร้างการปลดปล่อยรังสีเอกซ์ที่แปรผันได้เช่นเดียวกัน

คำอธิบายทั้งสองนี้ไม่ได้ตัดขาดจากกัน และเป็นไปได้ว่ากระบวนการทั้งสองกำลังเกิดขึ้นกับซากที่แตกต่างกันในกลุ่มตัวอย่างที่ศึกษา หลักฐานสำหรับทฤษฎีดาวคู่ได้รับการสนับสนุนจากตำแหน่งของซากดาวที่กระพริบ ซึ่งถูกพบในพื้นที่ของกาแล็กซี M83 ที่มีความหนาแน่นของดาวมวลมากอายุน้อยสูงกว่า ซึ่งเป็นจุดที่คาดว่าจะพบระบบดาวคู่รังสีเอกซ์มวลสูงได้

ความประหลาดใจที่คล้ายกันในอีกกาแล็กซีหนึ่ง

M83 ไม่ใช่กรณีที่เกิดขึ้นเพียงแห่งเดียว การศึกษาติดตามผลใน 'กาแล็กซีน้ำวน' (Whirlpool Galaxy - M51) ได้เผยให้เห็นประชากรของแหล่งรังสีเอกซ์ที่แปรผันซึ่งเชื่อมโยงกับซากซูเปอร์โนวาในลักษณะเดียวกัน การค้นพบรูปแบบนี้ซ้ำในกาแล็กซีที่มีการก่อตัวของดาวฤกษ์อีกแห่งบ่งชี้ว่า ซากดาวที่กระพริบอาจเป็นระยะปกติของช่วงชีวิตหลังความตายของดาวฤกษ์ในจักรวาล ซึ่งก่อนหน้านี้เราอาจมองข้ามไป

การค้นพบพิเศษ: ซูเปอร์โนวาข้างบ้านหลุมดำยักษ์

ในการค้นพบที่แยกออกมาแต่น่าตื่นเต้นไม่แพ้กัน กล้องโทรทรรศน์จันทราและดาวเทียม XMM-Newton ขององค์การอวกาศยุโรป (ESA) ได้ค้นพบหลักฐานของซากซูเปอร์โนวาในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงที่สุดเท่าที่จะจินตนาการได้ ซากปรักหักพังของดาวถูกพบใกล้กับ Sagittarius A* (Sgr A*) หลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางของกาแล็กซีทางช้างเผือก ห่างจากโลกประมาณ 26,000 ปีแสง

นักดาราศาสตร์ประเมินว่าดาวฤกษ์ที่สร้างซากเศษซากนี้ระเบิดขึ้นเมื่อประมาณ 1,700 ปีก่อน ซึ่งถือว่าไม่นานมานี้ในแง่ของดาราศาสตร์ ซากที่เกิดขึ้นตั้งอยู่ใกล้บริเวณที่เรียกว่า Sagittarius C และกำลังขยายตัวด้วยความเร็วประมาณ 2 ล้านไมล์ต่อชั่วโมง (กว่า 3 ล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมง) หากการระบุนี้ได้รับการยืนยัน มันจะเป็นซากซูเปอร์โนวาที่อยู่ใกล้หลุมดำใจกลางกาแล็กซีของเรามากที่สุดเท่าที่เคยค้นพบ

การค้นพบนี้ซึ่งตีพิมพ์ใน The Astrophysical Journal เช่นกัน ได้วางตำแหน่งการระเบิดของดาวฤกษ์ไว้ในย่านที่เต็มไปด้วยความรุนแรง ซึ่งถูกครอบงำด้วยแรงโน้มถ่วงมหาศาล สนามแม่เหล็กหนาแน่น และกลุ่มเมฆก๊าซที่ถูกเหวี่ยงไปมาด้วยความเร็วสูง การศึกษาซากซูเปอร์โนวาในสภาพแวดล้อมเช่นนี้ทำให้นักดาราศาสตร์มีห้องทดลองเฉพาะทางเพื่อทำความเข้าใจว่าสสารมีพฤติกรรมอย่างไรในสนามแรงโน้มถ่วงที่ทรงพลังที่สุดในเอกภพ