เมื่อวันที่ 9 ตุลาคม พ.ศ. 2565 หอดูดาวสวิฟต์ที่โคจรอยู่ได้บันทึกการระเบิดรังสีแกมมาสว่างผิดปกติ GRB 221009A เป็นครั้งแรก
ในช่วงหลายเดือนที่ผ่านมา นักวิจัยทั่วโลกได้วิเคราะห์แหล่งที่มาของรังสีแกมมาเพื่อกู้คืนรายละเอียดของเหตุการณ์ทางดาราศาสตร์ที่ผิดปกติและค้นหาแหล่งที่มา
ตำแหน่งของการระเบิดของรังสีแกมมา GRB 221009A กับพื้นหลังของทางช้างเผือก ภาพ: ศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดของ NASA
การระเบิดของรังสีแกมมาคืออะไร?
การระเบิดของรังสีแกมมา (GRB)นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์เรียกว่าการระเบิดในระยะสั้นของรังสีแกมมา ซึ่งเป็นกระแสโฟตอนที่มีความยาวคลื่นสั้นมาก (น้อยกว่า 2⋅10−10 เมตร) และมีพลังงานสูง เหตุการณ์ทางดาราศาสตร์ดังกล่าวแสดงถึงการปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลและตามกฎแล้วบันทึกไว้ในกาแลคซีอันห่างไกล การระเบิดของรังสีแกมมาเป็นหนึ่งในเหตุการณ์ที่สว่างที่สุดในจักรวาล
นักวิจัยได้ค้นพบการระเบิดของรังสีแกมมาค่อนข้างมากเมื่อเร็ว ๆ นี้: ในช่วงทศวรรษที่ 60 ของศตวรรษที่ผ่านมา ในปี 1963 NASA ส่งดาวเทียมทหาร Vela ขึ้นสู่วงโคจร ซึ่งติดตั้งเครื่องตรวจจับนิวตรอน รังสีเอกซ์ และรังสีแกมมา เขาควรจะติดตามการปฏิบัติตามสนธิสัญญาห้ามทดสอบนิวเคลียร์ของสหภาพโซเวียตและประเทศอื่น ๆ เครื่องมือของดาวเทียมไม่ได้ตรวจพบการทดสอบนิวเคลียร์ แต่บังเอิญค้นพบการระเบิดของรังสีแกมมาที่เล็ดลอดออกมาจากห้วงอวกาศ
นักวิจัยแยกแยะการระเบิดของรังสีแกมมาสองประเภทซึ่งแตกต่างกันในระยะเวลา: สั้นและยาว ประเภทแรกประกอบด้วยแสงวาบซึ่งกินเวลาไม่กี่มิลลิวินาทีถึงสองวินาที เชื่อกันว่าแหล่งที่มาของเหตุการณ์ดังกล่าวคือการรวมตัวของดาวนิวตรอนสองดวงกับการก่อตัวของกิโลโนวา หรือการดูดกลืนดาวนิวตรอนโดยหลุมดำ
ประเภทที่สองคือการระเบิดของรังสีแกมมาแบบยาวสามารถอยู่ได้ตั้งแต่ไม่กี่วินาทีจนถึงหลายนาที สมมติฐานหลักเสนอว่าการระเบิดของรังสีแกมมาเป็นเวลานานเกี่ยวข้องกับการระเบิดของซูเปอร์โนวา ซึ่งเป็นขั้นตอนสุดท้ายของวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ ซึ่งมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ 10 เท่าหรือมากกว่านั้น แต่ในปี 2565 นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากหอดูดาวราศีเมถุนรายงานการค้นพบกิโลโนวา ซึ่งก่อตัวขึ้นหลังจากการรวมตัวของดาวนิวตรอน ณ บริเวณที่เกิดการระเบิดของรังสีแกมมาขนาดยาว GRB 211211A ซึ่งบันทึกไว้เมื่อปีก่อนหน้านั้น
ภาพเคลื่อนไหวของการระเบิดรังสีแกมมายาวที่เกี่ยวข้องกับการล่มสลายของดาวมวลมาก แอนิเมชัน: ศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดของ NASA
มีอะไรผิดปกติเกี่ยวกับการระเบิดของรังสีแกมมา GRB 221009A
การระเบิดของรังสีแกมมาของ GRB 221009A กินเวลานานกว่าห้านาที ซึ่งหมายความว่าเป็นการระเบิดที่ยาวนานและน่าจะเกี่ยวข้องกับการยุบตัวของแกนกลางของดาวมวลมากเป็นหลุมดำและการระเบิดของซูเปอร์โนวา น่าแปลกที่เมื่อเวลาผ่านไปนับตั้งแต่การสังเกตการระเบิดของรังสีแกมมาครั้งแรก นักวิจัยไม่สามารถยืนยันการก่อตัวของซูเปอร์โนวา ณ บริเวณที่เกิดการระเบิดหรือหาแหล่งรังสีอื่นได้
นอกจากนี้การสาดน้ำยังสดใสอีกด้วยทำให้เครื่องตรวจจับรังสีแกมมาส่วนใหญ่ตาบอด ดังนั้นพวกเขาจึงไม่สามารถจับความเข้มที่แท้จริงของรังสีได้โดยตรง นักวิจัยใช้ข้อมูลที่รวบรวมโดยกล้องโทรทรรศน์ Fermi และ Cone Gamma Ray Spectrometer เพื่อสร้างข้อมูลนี้ขึ้นใหม่ การวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่า GRB 221009A สว่างกว่าการปะทุของรังสีแกมมาอื่นๆ ถึง 70 เท่า
การเปรียบเทียบ GRB 221009A กับการระเบิดรังสีแกมมาที่ทรงพลังที่สุดทั้งสี่ครั้งที่บันทึกไว้ก่อนหน้านี้ ภาพ: ศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดของ NASA และอดัม โกลด์สตีน (USRA)
การคำนวณดำเนินการโดยนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ของโครงการ"อินทิกรัล" ของ European Space Agency (ESA) แสดงให้เห็นว่าในขณะที่การระเบิดดำเนินไป พลังงานประมาณหนึ่งกิกะวัตต์ได้ตกลงสู่ชั้นบนของชั้นบรรยากาศโลก ซึ่งเทียบเท่ากับพลังของโรงไฟฟ้าภาคพื้นดิน เหตุการณ์นี้สว่างมากจนแม้แต่ในปัจจุบัน แสงระเรื่อที่มีความยาวคลื่นยาวกว่านั้นยังคงมองเห็นได้ แสงระเรื่อ
การวิเคราะห์ตัวอย่าง 7,000GRB ที่บันทึกโดย Fermi และ Cone แสดงให้เห็นว่า GRB ขนาดใหญ่ดังกล่าวควรเกิดขึ้นบ่อยกว่าหนึ่งครั้งทุกๆ 10,000 ปี "GRB 221009A น่าจะเป็นการระเบิดของรังสีเอกซ์และรังสีแกมมาที่สว่างที่สุดตั้งแต่ยุคอารยธรรมมนุษย์เริ่มรุ่ง" Eric Burns นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐลุยเซียนาแห่งแบตันรูชกล่าว
แสงระเรื่อของ GRB 221009A ถ่ายโดยกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิล รูปภาพ: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan (Radboud University); ประมวลภาพ : Gladys Kober
นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ได้เรียนรู้อะไร?
เพื่อสร้างประวัติการระเบิดของรังสีแกมมาใหม่ให้ดีขึ้น นักวิจัยได้ใช้เครื่องมือที่ตรวจจับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ความยาวคลื่นต่างๆ ตั้งแต่คลื่นวิทยุไปจนถึงรังสีแกมมา
ผลลัพธ์ทางวิทยาศาสตร์ชิ้นแรกแสดงให้เห็นว่ารังสีเอกซ์ทำให้เมฆฝุ่นสว่างไสวในทางช้างเผือกขณะที่มันกระจายออกไป นักวิจัยคำนวณว่ารังสีเดินทางผ่านอวกาศระหว่างกาแล็กซี่เป็นเวลาประมาณ 1.9 พันล้านปีก่อนเข้าสู่กาแลคซีของเรา มันชนกับกลุ่มฝุ่นกลุ่มแรกบน "ชานเมือง" ของทางช้างเผือกเมื่อประมาณ 60,000 ปีที่แล้ว และกลุ่มสุดท้าย - ประมาณหนึ่งพัน
ทุกครั้งที่เอ็กซ์เรย์ชนกันด้วยเมฆฝุ่น พวกมันกระจายรังสีบางส่วน สร้างวงแหวนศูนย์กลางที่ดูเหมือนจะขยายออกไปด้านนอก กล้องโทรทรรศน์รังสีเอกซ์อวกาศ XMM-Newton ของ ESA สังเกตเห็นวงแหวนเหล่านี้เป็นเวลาหลายวันหลังจากการระเบิดของรังสีแกมมา นักวิทยาศาสตร์อธิบายว่าเมฆที่อยู่ใกล้เคียงก่อตัวเป็นวงแหวนที่ใหญ่ที่สุดเพียงเพราะพวกมันดูใหญ่ขึ้นในมุมมอง
วงแหวนฝุ่นจาก GRB 221009A สังเกตได้จากกล้องโทรทรรศน์รังสีเอกซ์ รูปภาพ: ESA/XMM-Newton/M. ริโกเซลลี (INAF)
การเดินทางผ่านทางช้างเผือก รังสีเอกซ์ส่องสว่างเมฆฝุ่น 20 ก้อนในกาแลคซีของเราตามลำดับ การวิเคราะห์ด้วยรังสีช่วยคำนวณระยะทางถึงพวกมันและวิเคราะห์คุณสมบัติของอนุภาคที่เป็นส่วนประกอบของพวกมัน
ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา นักวิจัยได้เสนอตัวเลขของทฤษฎีต่างๆ ที่อธิบายคุณสมบัติของเม็ดฝุ่น นักวิจัยได้ซ้อนทับรูปแบบเหล่านี้กับข้อมูลที่รวบรวมได้ พวกเขาพบว่าแบบจำลองที่แนะนำอนุภาคส่วนใหญ่ประกอบด้วยกราไฟต์ ซึ่งเป็นรูปแบบผลึกของคาร์บอน เหมาะกับการสังเกตการณ์มากที่สุด
แหล่งที่มาลึกลับ
แม้จะมีการรวบรวมข้อมูลจำนวนมากมันยังคงเป็นปริศนาว่าอะไรกันแน่ที่ทำให้เกิดการระเบิดของรังสีแกมมาที่สว่างจ้าเช่นนี้ เนื่องจากเวอร์ชันหลักเชื่อมโยงการระเบิดของรังสีแกมมาที่ยาวนานกับการระเบิดของซูเปอร์โนวา นักวิจัยจึงใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์และฮับเบิลเพื่อค้นหาจุดเริ่มต้นของเนบิวลาในอนาคต แต่กล้องโทรทรรศน์ไม่พบสิ่งใดในบริเวณที่มีการระเบิดดังกล่าว
เหตุผลหนึ่งที่เป็นไปได้ก็คือGRB ปรากฏในส่วนหนึ่งของท้องฟ้าที่อยู่เหนือระนาบทางช้างเผือกเพียงไม่กี่องศา ซึ่งเมฆฝุ่นหนาทึบสามารถบดบังแสงที่ตกกระทบได้อย่างมาก ถ้าเป็นเช่นนั้น การสังเกตการณ์เพิ่มเติมอาจช่วยค้นหาเศษซากของซูเปอร์โนวาได้
ภาพประกอบส่วนประกอบหลักยาวๆการระเบิดของรังสีแกมมา ซึ่งเป็นประเภทที่พบบ่อยที่สุด แกนกลางของดาวมวลมาก (ซ้าย) พังทลายลง ก่อตัวเป็นหลุมดำที่ส่งกระแสอนุภาคที่เคลื่อนที่ผ่านสสารของดาวฤกษ์ออกสู่อวกาศด้วยความเร็วเกือบเท่าแสง การปล่อยก๊าซเรือนกระจกทั่วทั้งสเปกตรัมเกิดขึ้นจากก๊าซไอออไนซ์ร้อนใกล้กับหลุมดำแรกเกิด การชนกันระหว่างเปลือกของก๊าซที่เคลื่อนที่เร็วภายในไอพ่น (คลื่นกระแทกภายใน) และจากขอบนำของไอพ่นขณะที่มันกวาดออกไปและมีปฏิกิริยากับสภาพแวดล้อมของมัน (แรงกระแทกภายนอก) ภาพ: ศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดของ NASA
สมมติฐานทางเลือกเสนอว่าดาวฤกษ์มีขนาดใหญ่มากจนหลังจากการระเบิดครั้งแรก มันก่อตัวเป็นหลุมดำทันที ซึ่งกลืนวัสดุทั้งหมดที่อาจก่อตัวเป็นเมฆก๊าซ
นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ยังคงค้นหาซากต่อไปดาวระเบิด ขณะนี้นักวิจัยกำลังมองหาร่องรอยของธาตุหนัก เช่น ทองคำ ซึ่งเชื่อกันว่าก่อตัวขึ้นจากการระเบิดอันทรงพลังที่เกี่ยวข้องกับการล่มสลายของแกนกลางของดาวมวลมาก
นักวิจัยยังตั้งข้อสังเกตว่ามีแนวโน้มว่าพลังที่ผิดปกติของการระเบิดของรังสีแกมมานั้นเกิดจากการที่ไอพ่นพลังงาน (ไอพ่น) พุ่งออกมาในระหว่างการก่อตัวของหลุมดำนั้นพุ่งตรงมายังโลก การวิเคราะห์แสงระเรื่อและโพลาไรซ์ของแสงจากการระเบิดดังกล่าวจะช่วยให้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการเกิดไอพ่น
อ่านเพิ่มเติม:
นักชีววิทยาค้นพบวิธีที่เซลล์มะเร็งหลบเลี่ยงระบบภูมิคุ้มกัน
ในที่สุดทฤษฎีสำคัญของฟิสิกส์ควอนตัมได้รับการพิสูจน์แล้ว หลัก
ชื่อผลิตภัณฑ์ที่ปกป้องสมองจากภาวะสมองเสื่อมและควรใช้เมื่อใด
บนปก: ภาพประกอบเชิงศิลปะของการระเบิดของรังสีแกมมา ภาพ: NASA/Swift/Cruz deWilde