การชนกันของดาวนิวตรอนอาจปล่อยคลื่นวิทยุออกมาอย่างรวดเร็ว
คลื่นความโน้มถ่วงจากการชนกันมาจากส่วนเดียวกันของท้องฟ้าในเวลาเดียวกัน
การรวมตัวกันของดาวนิวตรอนอาจปล่อยสัญญาณคอสมิกออกมาสองแบบ: ระลอกคลื่นในกาลอวกาศที่เรียกว่าคลื่นความโน้มถ่วง และคลื่นพลังงานสั้นๆ ที่เรียกว่าระเบิดคลื่นวิทยุอย่างรวดเร็ว
หนึ่งในสามเครื่องตรวจจับที่ประกอบกันเป็นหอดูดาวคลื่นความโน้มถ่วง LIGO รับสัญญาณจากการชนกันของจักรวาลเมื่อวันที่ 25 เมษายน 2019 ประมาณ 2.5 ชั่วโมงต่อมา เครื่องตรวจจับระเบิดคลื่นวิทยุแบบเร็วก็รับสัญญาณจากบริเวณเดียวกันบนท้องฟ้า นักวิจัยรายงาน 27 มีนาคม ดาราศาสตร์ธรรมชาติ
หากเสริมด้วยการสังเกตเพิ่มเติม การค้นพบนี้อาจสนับสนุนทฤษฎีที่ว่าการระเบิดของคลื่นวิทยุอย่างรวดเร็วลึกลับมีต้นกำเนิดหลายจุด และการรวมตัวของดาวนิวตรอนก็เป็นหนึ่งในนั้น
“เรามั่นใจ 99.5 เปอร์เซ็นต์” สัญญาณทั้งสองมาจากเหตุการณ์เดียวกัน อเล็กซานดรา โมโรอานู นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ผู้พบเห็นการควบรวมกิจการและผลที่ตามมาขณะอยู่ที่มหาวิทยาลัยเวสเทิร์นออสเตรเลียในเพิร์ทกล่าว “เราต้องการความมั่นใจ 99.999 เปอร์เซ็นต์”
น่าเสียดายที่เครื่องตรวจจับอีกสองตัวของ LIGO ไม่สามารถจับสัญญาณได้ ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะระบุตำแหน่งของมันได้อย่างแม่นยำ “แม้ว่าจะไม่ใช่ข้อสังเกตที่เป็นรูปธรรมสำหรับบางสิ่งที่ได้รับการตั้งทฤษฎีมาเป็นทศวรรษ แต่ก็เป็นหลักฐานแรกที่เรามี” Moroianu กล่าว “ถ้าเป็นเรื่องจริง… วิทยาศาสตร์วิทยุระเบิดจะเฟื่องฟูอย่างรวดเร็ว”
วิทยุลึกลับระเบิด
นักดาราศาสตร์พบการระเบิดคลื่นวิทยุหรือ FRB มากกว่า 600 ครั้งตั้งแต่ปี 2550 แม้จะมีความถี่ แต่สาเหตุยังคงเป็นปริศนา ตัวเต็งหนึ่งคือดาวนิวตรอนที่มีแม่เหล็กสูงที่เรียกว่าแมกนีทาร์ ซึ่งอาจถูกทิ้งไว้หลังจากการระเบิดของดาวมวลมาก (SN: 6/4/20) แต่ FRB บางรายการดูเหมือนจะเกิดขึ้นซ้ำ ในขณะที่บางรายการดูเหมือนจะเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นครั้งเดียว ซึ่งบ่งชี้ว่ามีมากกว่าหนึ่งวิธีในการสร้างสิ่งเหล่านี้
นักทฤษฎีสงสัยว่าการชนกันระหว่างดาวนิวตรอนสองดวงอาจจุดประกาย FRB เอกพจน์ได้หรือไม่ ก่อนที่ซากปรักหักพังจากการชนจะก่อให้เกิดหลุมดำ การชนกันเช่นนี้ควรปล่อยคลื่นความโน้มถ่วงออกมาด้วย
Moroianu และเพื่อนร่วมงานค้นหาข้อมูลที่เก็บถาวรจาก LIGO และ Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment หรือ CHIME ซึ่งเป็นเครื่องตรวจจับการระเบิดด้วยคลื่นวิทยุแบบเร็วในบริติชโคลัมเบีย เพื่อดูว่ามีสัญญาณใดๆ ตรงกันหรือไม่ ทีมพบการจับคู่ผู้สมัครหนึ่งราย: GW190425 และ FRB20190425A
แม้ว่าคลื่นความโน้มถ่วงจะถูกตรวจจับโดยเครื่องตรวจจับ LIGO ในเมืองลิฟวิงสตัน รัฐลาเท่านั้น ทีมงานก็พบสัญญาณบ่งชี้อื่น ๆ ที่บ่งชี้ว่าสัญญาณเกี่ยวข้องกัน FRB และคลื่นความโน้มถ่วงมาจากระยะทางเดียวกัน คือประมาณ 370 ล้านปีแสงจากโลก คลื่นความโน้มถ่วงมาจากการรวมตัวของดาวนิวตรอน LIGO เพียงดวงเดียวที่ตรวจพบในการวิ่งสังเกตการณ์นั้น และ FRB ก็สว่างมากเป็นพิเศษ อาจมีแม้กระทั่งการระเบิดของรังสีแกมมาในเวลาเดียวกัน ตามข้อมูลจากดาวเทียม ซึ่งเป็นผลพวงจากการรวมตัวของดาวนิวตรอนอีกครั้ง
“ทุกอย่างชี้ให้เห็นถึงการผสมผสานสัญญาณที่น่าสนใจมาก” โมโรอิอานูกล่าว เธอบอกว่ามันเหมือนกับการดูละครอาชญากรรมทางทีวี: “คุณมีหลักฐานมากมายที่ใครก็ตามที่ดูรายการทีวีจะพูดว่า ‘โอ้ ฉันคิดว่าเขาทำจริง’ แต่นั่นยังไม่เพียงพอที่จะทำให้ศาลเชื่อได้”
ความลับของดาวนิวตรอน
อเลสซานดรา คอร์ซี นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยเทกซัสเทคในลับบ็อกกล่าวว่า แม้จะมีความไม่แน่นอน แต่การค้นพบนี้มีนัยยะที่น่าตื่นเต้น หนึ่งคือความเป็นไปได้ที่ดาวนิวตรอนสองดวงจะรวมกันเป็นดาวนิวตรอนมวลมากเป็นพิเศษเพียงดวงเดียวโดยไม่ยุบตัวเป็นหลุมดำในทันที “มีเส้นแบ่งที่คลุมเครือระหว่างสิ่งที่เป็นดาวนิวตรอนและสิ่งที่เป็นหลุมดำ” คอร์ซีผู้ไม่เกี่ยวข้องกับผลงานชิ้นใหม่กล่าว
ในปี 2013 นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ Bing Zhang แห่งมหาวิทยาลัยเนวาดา ลาสเวกัส เสนอว่าการแตกดาวนิวตรอนสามารถสร้างดาวนิวตรอนมวลมากพิเศษที่แกว่งไปมาบนขอบเสถียรภาพเป็นเวลาสองสามชั่วโมงก่อนจะยุบตัวเป็นหลุมดำ ในกรณีนั้น FRB ที่เป็นผลลัพธ์จะล่าช้า เช่นเดียวกับกรณีในปี 2019
ดาวนิวตรอนที่มีมวลมากที่สุดที่สำรวจพบมีมวลประมาณ 2.35 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ แต่นักทฤษฎีคิดว่าพวกมันสามารถเติบโตเป็น 3 เท่าของมวลดวงอาทิตย์โดยไม่ยุบตัว ดาวนิวตรอนที่อาจเกิดจากการชนกันในปี 2562 น่าจะมีมวล 3.4 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ โมโรอิอานูและคณะคำนวณ
Corsi กล่าวว่า “บางอย่างเช่นนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากได้รับการยืนยันจากการสังเกตเพิ่มเติม จะบอกเราบางอย่างเกี่ยวกับพฤติกรรมของสสารนิวตรอน” “สิ่งที่ดีเกี่ยวกับเรื่องนี้คือเราหวังว่าจะได้ทดสอบสิ่งนี้ในอนาคต”
การวิ่ง LIGO ครั้งต่อไปคาดว่าจะเริ่มในเดือนพฤษภาคม คอร์ซีมองในแง่ดีว่าความบังเอิญระหว่างคลื่นความโน้มถ่วงและ FRB จะเกิดขึ้นมากขึ้น ซึ่งตอนนี้นักวิจัยรู้แล้วที่จะมองหาสิ่งเหล่านี้ “ควรมีอนาคตที่สดใสรอเราอยู่” เธอกล่าว
ดาวนิวตรอนที่หนักที่สุดในประวัติศาสตร์มีมวล 2.35 เท่าของดวงอาทิตย์
ผู้ทำลายสถิตินี้ประสบความสำเร็จอย่างมากในการส่งแก๊สออกจากดาวฤกษ์ข้างเคียง
ดาวนิวตรอนที่หมุนรอบตัวเองอย่างรวดเร็วทางตอนใต้ของกลุ่มดาวลีโอถือเป็นดาวที่มีมวลมากที่สุดเท่าที่เคยเห็นมา
ดาวที่ทำลายสถิตินี้มีชื่อว่า PSR J0952-0607 มีน้ำหนักประมาณ 2.35 เท่าของดวงอาทิตย์ นักวิจัยรายงานเมื่อวันที่ 11 กรกฎาคมบน arXiv.org “นั่นคือดาวนิวตรอนที่วัดค่าได้ดีและหนักที่สุดเท่าที่เคยพบมาจนถึงปัจจุบัน” โรเจอร์ โรมานี ผู้เขียนร่วมการศึกษา นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดกล่าว
เจ้าของสถิติก่อนหน้านี้คือดาวนิวตรอนในกลุ่มดาวคาเมโลปาร์ดาลิสทางตอนเหนือชื่อ PSR J0740+6620 ซึ่งมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ประมาณ 2.08 เท่า หากดาวนิวตรอนมีมวลมากเกินไป มันจะยุบตัวลงภายใต้น้ำหนักของมันเองและกลายเป็นหลุมดำ การวัดดาวนิวตรอนขนาดใหญ่เหล่านี้น่าสนใจเพราะไม่มีใครรู้ขอบเขตมวลที่แน่นอนระหว่างดาวนิวตรอนกับหลุมดำ
เส้นแบ่งดังกล่าวผลักดันให้เกิดการค้นหาดาวนิวตรอนที่มีมวลมากที่สุดและกำหนดว่าพวกมันจะมีมวลมากเพียงใด Romani กล่าว “มันกำหนดขอบเขตระหว่างสิ่งที่มองเห็นได้ในจักรวาลกับสิ่งที่ซ่อนอยู่ตลอดกาลจากเราภายในหลุมดำ” เขากล่าว “ดาวนิวตรอนที่อยู่บนขอบขนที่กลายเป็นหลุมดำ – หนักพอที่จะยุบได้ – มีสสารที่หนาแน่นที่สุดที่เราสามารถเข้าถึงได้ในเอกภพที่มองเห็นได้ทั้งหมด”
PSR J0952-0607 อยู่ในกลุ่มดาว Sextans ทางใต้ของราศีสิงห์ อยู่ห่างจากโลก 20,000 ปีแสง อยู่เหนือระนาบดาราจักรในรัศมีทางช้างเผือก ดาวนิวตรอนปล่อยคลื่นวิทยุเป็นพัลส์มาหาเราทุกครั้งที่มันหมุน ดังนั้นนักดาราศาสตร์จึงจัดประเภทของวัตถุเป็นพัลซาร์ด้วย รายงานครั้งแรกในปี 2560 พัลซาร์นี้หมุนทุกๆ 1.41 มิลลิวินาที ซึ่งเร็วกว่าพัลซาร์อื่นทั้งหมดยกเว้นเพียงตัวเดียว
นั่นเป็นเหตุผลที่ Romani และเพื่อนร่วมงานของเขาเลือกที่จะศึกษาเรื่องนี้ — การหมุนอย่างรวดเร็วทำให้พวกเขาสงสัยว่าพัลซาร์อาจหนักผิดปกติ นั่นเป็นเพราะดาวดวงอื่นโคจรรอบพัลซาร์ และเช่นเดียวกับที่น้ำกระเซ็นเหนือวงล้อน้ำหมุนมันขึ้น ก๊าซที่ตกลงมาจากดาวคู่นั้นไปยังพัลซาร์อาจเร่งการหมุนของมันให้เร็วขึ้นในขณะเดียวกันก็เพิ่มมวลของมันด้วย
จากการเฝ้าสังเกตเพื่อนร่วมทาง Romani และเพื่อนร่วมงานของเขาพบว่ามันหมุนรอบพัลซาร์อย่างรวดเร็วด้วยความเร็วประมาณ 380 กิโลเมตรต่อวินาที ด้วยการใช้ความเร็วของดาวคู่หูและคาบการโคจรประมาณหกชั่วโมงครึ่ง ทีมงานจึงคำนวณมวลของพัลซาร์ให้มีมวลมากกว่าสองเท่าของมวลดวงอาทิตย์ ซึ่งหนักกว่าดาวนิวตรอนทั่วไปมาก ซึ่งมีมวลเพียง 1.4 เท่าของดวงอาทิตย์
Emmanuel Fonseca นักดาราศาสตร์วิทยุแห่งมหาวิทยาลัยเวสต์เวอร์จิเนียในมอร์แกนทาวน์กล่าวว่า “เป็นการศึกษาที่ยอดเยี่ยมมาก” ซึ่งเป็นผู้วัดมวลของเจ้าของสถิติเดิมแต่ไม่ได้มีส่วนร่วมในผลงานชิ้นใหม่นี้ “มันช่วยให้นักฟิสิกส์นิวเคลียร์สามารถจำกัดธรรมชาติของสสารในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเหล่านี้ได้”
สามารถอัพเดตข่าวสารเรื่องราวต่างๆได้ที่ hudsonaudioimports.com