ข้อมูลจากจันทราเผยแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์พลังงานต่ำพิเศษ 84 แห่ง

นักดาราศาสตร์ที่นำโดยมุสตาฟา มูฮิบุลลาห์ (Mustafa Muhibullah) ตรวจพบแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์สว่างแบบจุด 84 แห่ง ซึ่งการสำรวจตามปกติแทบมองข้ามไป วัตถุเหล่านี้ถูกเรียกว่า แหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ไฮเปอร์ซอฟต์ (hypersoft X-ray sources หรือ HSSs) เพราะการแผ่รังสีส่วนใหญ่อยู่ในย่านพลังงานต่ำมาก โดยหลักต่ำกว่า 0.3 กิโลอิเล็กตรอนโวลต์ (keV) การค้นพบเกิดจากการวิเคราะห์ข้อมูลสาธารณะของหอสังเกตการณ์รังสีเอกซ์จันทรา (Chandra) ของนาซาอีกครั้ง 3

ตัวอย่างที่พบครอบคลุมกาแล็กซีแบบกังหัน M31 หรือแอนโดรเมดา และ M101 หรือพินวีล รวมถึงกาแล็กซีทรงรีอีก 4 แห่ง อย่างไรก็ตาม HSSs ยังเป็นการจัดกลุ่มตามลักษณะที่สังเกตได้ ไม่ใช่ข้อสรุปว่าวัตถุทุกแห่งมีธรรมชาติทางกายภาพแบบเดียวกัน 3

เหตุใดจึงหลบเลี่ยงการสำรวจมานาน

การสำรวจแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์โดยทั่วไปมักเน้นย่านพลังงานสูงกว่า แต่ HSSs กลับสว่างชัดที่สุดในข้อมูลพลังงานต่ำสุดของจันทรา และจางมากหรือไม่ปรากฏเลยเมื่อมองในภาพรังสีเอกซ์ย่านพลังงานสูงที่ใช้กันเป็นปกติ ทีมวิจัยนิยามกลุ่มนี้จากการที่การแผ่รังสีเด่นต่ำกว่า 0.3 keV โดยมีอัตราส่วนโฟตอนช่วง 0.15–0.3 keV ต่อช่วง 0.3–1.0 keV สูงมาก 3

การตรวจจับจึงยากจากข้อจำกัดสองด้าน

• ความไวของจันทราลดลงเมื่อเข้าใกล้ขอบพลังงานต่ำสุดที่กล้องตรวจวัดได้
• รังสีอัลตราไวโอเลต (UV) ที่คาดว่าจะมีมากจากสเปกตรัมลักษณะนี้ ถูกไฮโดรเจนและฮีเลียมระหว่างดวงดาวดูดกลืนได้ง่ายก่อนเดินทางมาถึงโลก

ข้อจำกัดดังกล่าวทำให้เกิดช่องว่างระหว่างการสังเกตรังสีเอกซ์กับรังสีอัลตราไวโอเลต และอาจเป็นเหตุให้ประชากรของแหล่งกำเนิดสว่างกลุ่มนี้ถูกปิดบังมาหลายปี งานก่อนหน้านี้ของจันทราก็ชี้ว่าแหล่งกำเนิดที่ปล่อยรังสีเฉพาะต่ำกว่า 0.3 keV ส่วนใหญ่ไม่อยู่ในบัญชีแหล่งกำเนิดมาตรฐานและรายชื่อที่ตีพิมพ์ไว้ 6

อะไรอาจเป็นต้นกำเนิดของแสงนี้

คำอธิบายสำคัญข้อหนึ่งคือ HSSs อาจเป็น ระบบดาวคู่ที่กำลังสะสมสสาร กล่าวคือ วัตถุหนาแน่นขนาดเล็กดึงก๊าซจากดาวคู่ของมัน วัตถุที่รับสสารอาจเป็นดาวแคระขาว ดาวนิวตรอน หรือหลุมดำ เมื่อสสารตกลงสู่บริเวณใกล้วัตถุและร้อนขึ้น ระบบอาจปล่อยพลังงานเด่นในย่านอัลตราไวโอเลตรุนแรงและรังสีเอกซ์อ่อนยิ่ง แทนที่จะเป็นรังสีเอกซ์พลังงานสูงแบบที่พบได้บ่อยในระบบดาวคู่รังสีเอกซ์

แบบจำลองจากสเปกตรัมของจันทราประเมินอุณหภูมิไว้ราว 200,000–250,000 องศาเซลเซียส แต่ไม่ใช่การวัดอุณหภูมิโดยตรง เพราะเป็นค่าที่อนุมานจากข้อมูลบริเวณขีดจำกัดพลังงานต่ำของกล้อง จึงขึ้นกับแบบจำลองที่ใช้ ลักษณะไฮเปอร์ซอฟต์แบบเดียวกันอาจเกิดจากวัตถุหนาแน่นต่างชนิดกัน หรือจากสภาวะการสะสมสสารที่ต่างกันได้

เหตุใดจึงสำคัญต่อดาราศาสตร์

หาก HSSs บางส่วนคือดาวแคระขาวที่รับมวลจากดาวคู่ได้อย่างต่อเนื่อง ระบบเหล่านี้อาจช่วยระบุผู้สมัครของระบบตั้งต้นสำหรับซูเปอร์โนวาประเภท Ia ซึ่งเป็นการระเบิดของดาวที่เส้นทางกำเนิดยังเป็นคำถามสำคัญของฟิสิกส์ดาราศาสตร์

รังสีอัลตราไวโอเลตที่อนุมานได้อาจมีผลต่อก๊าซรอบข้างด้วย โฟตอน UV สามารถทำให้ก๊าซระหว่างดวงดาวแตกตัวเป็นไอออน การเปลี่ยนระดับการแตกตัวเป็นไอออนส่งผลต่อเคมีและการเย็นตัวของก๊าซ ซึ่งเกี่ยวข้องกับพฤติกรรมของก๊าซภายในกาแล็กซี นาซาระบุว่าแหล่งกำเนิดที่พบใหม่นี้อาจช่วยศึกษาทั้งระบบตั้งต้นของซูเปอร์โนวา Ia และการแตกตัวเป็นไอออนของก๊าซระหว่างดวงดาว

ฮับเบิลจะช่วยไขปริศนาอย่างไร

ขั้นตอนต่อไปคือทดสอบการแผ่รังสี UV ที่สเปกตรัมจากจันทราชี้ว่าควรมีอยู่ การสังเกตด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลที่วางแผนไว้ จะค้นหาหรือกำหนดข้อจำกัดต่อคู่สังเกตในย่าน UV ของ HSSs ที่คัดเลือกไว้ เพื่อเป็นการตรวจสอบอิสระต่อค่าพลังงานที่อนุมานจากรังสีเอกซ์อ่อนยิ่ง

เมื่อนำข้อมูล UV มาวิเคราะห์ร่วมกับความสว่างและความแปรปรวนในรังสีเอกซ์ สภาพแวดล้อมของแหล่งกำเนิด และหลักฐานของดาวคู่ นักดาราศาสตร์อาจแยกระบบที่มีดาวแคระขาวออกจากระบบที่มีดาวนิวตรอนหรือหลุมดำได้ชัดขึ้น อีกทั้งจะช่วยตอบว่า HSSs เป็นประชากรวัตถุชนิดเดียวจริงหรือเป็นชื่อเรียกรวมของระบบดาวคู่หนาแน่นหลายประเภทที่มีลายเซ็นพลังงานต่ำผิดปกติเหมือนกัน