ครั้งแรกในประวัติศาสตร์กับการศึกษา “พัลซาร์” ที่แม่นยำมากที่สุด
การศึกษา “พัลซาร์” ที่แม่นยำมากที่สุดครั้งแรกในประวัติศาสตร์ 12 ธันวาคม 2562 นาซาเผยผลงานวิจัยล่าสุด สามารถวัดขนาดและมวลของ “พัลซาร์” ได้แม่นยำที่สุด และระบุ “จุดร้อน” ที่เกิดขึ้นบนผิวดาวได้เป็นครั้งแรก อาจเปลี่ยนความเข้าใจที่มีต่อหนึ่งในวัตถุที่ลึกลับที่สุดในเอกภพนี้อย่างสิ้นเชิง
“ดาวนิวตรอน” ซากศพของดาวฤกษ์มวลมาก
เมื่อดาวฤกษ์มวลมากใช้ชีวิตมาถึงจุดสิ้นสุด แรงผลักออกจากใจกลางดาวเนื่องจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันที่เคยเป็นแรงคู่ตรงข้ามกับแรงโน้มถ่วงหมดลง ดาวจะยุบตัวลงอย่างรวดเร็วแล้วระเบิดออกอย่างรุนแรง เรียกว่า “ซูเปอร์โนวา” สสารถูกพ่นออกไปในอวกาศอย่างรวดเร็ว ทิ้งแกนกลางของดาวฤกษ์ที่ถูกอัดจนมีความหนาแน่นสูงเอาไว้ เรียกว่า “ดาวนิวตรอน”
ดวงอาทิตย์ที่ถูกบีบอัดให้เหลือเพียง 20 กิโลเมตร
โดยทั่วไป ดาวนิวตรอนมีมวลเฉลี่ย 1.4 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ และมีขนาดประมาณ 20 กิโลเมตร มวลสารดาวนิวตรอนเพียงหนึ่งช้อนชามีมวลได้มากถึง 400 ล้านตัน จึงได้ชื่อว่าเป็นหนึ่งในวัตถุอวกาศที่มีสภาพแวดล้อมรุนแรงที่สุดในเอกภพ
สนามแม่เหล็กที่ตัวดาวสร้างขึ้นมีความรุนแรงสูงมากจนสามารถดึงอนุภาคที่มีประจุออกจากผิวดาวได้ อนุภาคดังกล่าวจะวิ่งเป็นเกลียวตามเส้นสนามแม่เหล็กและปลดปล่อยคลื่นวิทยุออกมาเป็นลำแสงที่คล้ายประภาคารเดินเรือ หมุนวนตามการหมุนรอบตัวเองของดาว เมื่อลำแสงตัดผ่านมาที่โลกจะทำให้ผู้สังเกตตรวจจับสัญญาณได้ มีลักษณะคล้ายกับคลื่นชีพจร (pulse) จึงเรียกดาวนิวตรอนประเภทนี้ว่า “พัลซาร์ (pulsar)” นอกจากนี้อนุภาคบางส่วนจะวิ่งเข้าสู่ขั้วแม่เหล็กแล้วปะทะเข้ากับผิวดาว ทำให้เกิดรังสีเอกซ์ความร้อนสูงขึ้นบริเวณขั้วแม่เหล็กทั้งสองด้าน
แสงโค้งมายังโลก
ด้วยมวลมหาศาลที่อัดแน่นในปริมาตรเล็ก ๆ ทำให้ “กาลอวกาศ (space-time)” โดยรอบของดาวบิดโค้งไป แสงบางส่วนจากด้านหลังของดาวจะเดินทางเป็นเส้นโค้งอ้อมตัวดาวแล้วตรงมาที่โลก หมายความว่าเราจะ “เห็น” บางส่วนของดาวที่อยู่ด้านหลังได้ ปรากฏการณ์นี้ทำให้พัลซาร์มีขนาดใหญ่กว่าที่ควรจะเป็น และเป็นครั้งแรกที่นักดาราศาสตร์สามารถใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์นี้
งานวิจัยครั้งนี้ศึกษาพัลซาร์ “J0030” ที่หมุนรอบตัวเองด้วยความถี่ 205 รอบต่อวินาที ด้วยกล้องโทรทรรศน์รังสีเอกซ์ “Neutron star Interior Composition Explorer” หรือ “NICER” ของนาซาที่ติดตั้งบนสถานีอวกาศนานาชาติ โดยนักวิจัย 2 ทีม นำผลการศึกษามาวิเคราะห์ ได้ผลลัพธ์ที่ใกล้เคียงกันดังนี้
ทีมแรก นำโดยโทมัส ไรลีย์ (Thomas Riley) จากมหาวิทยาลัยอัมสเตอร์ดัม ประเทศเนเธอร์แลนด์ พบว่าพัลซาร์ดวงนี้มีมวล 1.3 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ และมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 25.4 กิโลเมตร พบจุดร้อนบนพื้นผิว 2 จุดมีลักษณะเป็นวงกลมและเส้นโค้งยาว
ทีมที่สอง นำโดยโคล มิลเลอร์ (Cole Miller) จากมหาวิทยาลัยแมรีแลนด์ สหรัฐฯ พบว่าพัลซาร์ดวงนี้มีมวล 1.4 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ และมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 26 กิโลเมตร พบจุดร้อนบนพื้นผิว 2-3 จุด คล้ายกับผลลัพธ์ของทีมแรก
พลิกตำราพัลซาร์
ตามแบบจำลองทางทฤษฎีของพัลซาร์ สิ่งที่นักวิจัยคาดการณ์คือควรจะพบจุดร้อนเป็นวงกลมบริเวณขั้วทั้งสองข้างของดาว แต่ผลลัพธ์ที่ได้กลับพบจุดร้อนบริเวณขั้วใต้ของดาวทั้งหมด และบางจุดยืดยาวออกไม่เป็นวงกลม
แม้จะยังไม่สามารถหาข้อสรุปที่ชัดเจนได้ว่าเกิดอะไรขึ้นกับพัลซาร์ดวงนี้ แต่ที่แน่นอนคือสนามแม่เหล็กของพัลซาร์ไม่ได้เรียบง่ายแบบที่เคยเข้าใจมาตลอดกว่า 50 ปีนับตั้งแต่การค้นพบ
สภาพแวดล้อมที่รุนแรงของดาวนิวตรอนไม่สามารถจำลองให้เกิดขึ้นบนโลกได้ จึงนับเป็นหนึ่งในห้องปฏิบัติการดาราศาสตร์ที่ลึกลับที่สุดแห่งหนึ่งที่มนุษย์พยายามศึกษา โดย NICER เป็นกล้องที่มีวัตถุประสงค์หลักเพื่อวัดมวลและขนาดของดาวนิวตรอนโดยเฉพาะ ข้อมูลเหล่านี้จะสามารถอธิบายได้ว่าแท้จริงแล้วสภาพของดาวนิวตรอนเป็นอย่างไร และอาจพลิกความเข้าใจของเราเกี่ยวกับสสารที่อยู่ในสถานะยิ่งยวดแบบนี้ได้อย่างสิ้นเชิง
เรียบเรียง : ธนกร อังค์วัฒนะ - เจ้าหน้าที่สารสนเทศดาราศาสตร์ สดร.