เมื่อดาวนิวตรอนชนกัน พวกมันก็สร้าง 'มินิบิ๊กแบง'
เมื่อดาวนิวตรอนชนกัน พวกมันก็ได้สร้าง ‘มินิบิ๊กแบง’ พร้อมกับให้กำเนิดนอะตอมจนนักวิทยาศาสตร์ต้องอ้าปากค้าง “นี่เป็นครั้งแรกที่เราได้เห็นการสร้างอะตอม เราสามารถวัดอุณหภูมิของสสาร และมองเห็นไมโครฟิสิกส์ในระเบิดอันห่างไกลนี้ได้”
ในเดือนสิงหาคม 2017 กล้องโทรทรรศน์ทั่วโลกไม่ว่าจะอวกาศหรือภาคพื้นดิน พร้อมกับสถานีตรวจจับแรงโน้มถ่วงได้สังเกตเห็นความโดดเด่นบางอย่างในข้อมูล มันเป็นคลื่นความโน้มถ่วงที่โหมกระหน่ำโลกซึ่งเเกิดจากวัตถุสุดขั้ว 2 อย่างรวมกันเป็นหนึ่งและกลายเป็นหลุมดำ
เหตุการณ์ดังกล่าวถูกขนานนามในวงการว่า AT2017gfo หรือที่คนทั่วไปรู้จักในชื่อ กิโลโนวา (Kilonova) มันคือเหตุการณ์ที่ดาวนิวตรอน 2 ดวงชนกันและสร้างระเบิดที่ทรงพลังซึ่งพัดพาเศษซากที่อยู่รอบ ๆ ไปด้วยความเร็วเกือบเท่าแสงพร้อมกับส่องสว่างราวกับดวงอาทิตย์หลายร้อยล้านดวงพร้อมกัน
“การระเบิดทางดาราศาสตร์นี้เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วทุกชั่วโมง ดังนั้นกล้องโทรทรรศน์ตัวเดียวจึงไม่สามารถติดตามเหตุการณ์ทั้งหมดได้ มุมมองจากกล้องโทรทรรศน์แต่ละตัวต่อเหตุการณ์นั้นถูกบดบังด้วยการหมุนของโลก” Albert Steppen นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์จากสถาบันนีลส์ โบร์ ของมหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกน กล่าว
“แต่ด้วยการรวบรวมการวัดข้อมูลที่มีอยู่จากออสเตรเลีย แอฟริกาใต้ และกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลเข้าด้วยกัน ทำให้เราสามารถติดตามพัฒนาการอย่างอย่างละเอียดได้” เขาเสริม นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างเหตุการณ์นั้นขึ้นมาอีกครั้งเพื่อดูว่าเกิดอะไรขึ้นบ้าง
ดาวนิวตรอนนั้นเกิดขึ้นจากดาวฤกษ์ที่มีมวลอย่างน้อย ๆ 8 เท่าของดวงอาทิตย์หมดเชื้อเพลิงสำหรับปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันไป ทำให้มันไม่สามารถต้านทานแรงโน้มถ่วงของตัวเองได้อีกต่อไป ชั้นนอกของดาวฤกษ์เหล่านั้นจะระเบิดออกไปเป็นซูเปอร์โนวา จนเหลือแค่เพียงเศษซากที่หนาแน่นอย่างมาก
มันหนาแน่อนมากอย่างไม่น่าเชื่อ หากดาวนิวตรอนมีขนาดเท่ากับน้ำตาล 1 ก้อนมันจะมีน้ำหนักมากถึง 1 พันล้านตันหากอยู่บนโลก แต่โดยส่วนใหญ่แล้วดาวนิวตรอนเหล่านี้ไม่ได้อยู่อย่างโดดเดี่ยว พวกมันมักจะจับคู่กับดาวฤกษ์อีกดวงที่ยังมีชีวิตอยู่ (เผาไหม้อยู่) ซึ่งท้ายที่สุดแล้วหากตรงกับเงื่อนไข มันก็จะกลายเป็นดาวนิวตรอนด้วยเช่นกัน
ผลลัพธ์ก็คือ ดาวนิวตรอนสองดวงที่โคจรรอบกันซึ่งพวกมันจะดึงดูดเข้าหากันมากขึ้น โดยจะหมุนรอบกันเร็วมากขึ้นเรื่อย ๆ จนในที่สุดพวกมันก็ชนกันและรวมตัวเข้าด้วยกัน แต่สิ่งที่เกิดตามมาทีหลังนั้นยังถือว่าเป็นปริศนาที่นักวิทยาศาสตร์ได้แต่คาดเดาตามทฤษฏีว่ามันน่าจะสร้างสสารใหม่ ๆ ขึ้นมาได้
แต่ด้วยการรวบรวมข้อมูลใหม่นี้ทำให้นักวิจัยได้ภาพคร่าว ๆ ของสิ่งที่เกิดขึ้นในกิโลโนวา “ตอนนี้เราสามารถมองเห็นช่วงเวลาที่นิวเคลียสอะตอมและอิเล็กตรอนรวมตัวกันภายหลังแสงที่เรืองรองได้” Rasmus Damgaard นักวิจัยจากศูนย์ Cosmic DAWN กล่าว “นี่เป็นครั้งแรกที่เราได้เห็นการสร้างอะตอม เราสามารถวัดอุณหภูมิของสสาร และมองเห็นไมโครฟิสิกส์ในระเบิดอันห่างไกลนี้ได้”
“มันเหมือนกับการได้มองดูรังสีพื้นหลังของจักรวาลทั้งสามมิติที่โอบล้อมเราจากทุกทิศทุกทาง แต่ที่นี่ เราได้เห็นทุกอย่างจากภายนอก เราเห็นก่อน ระหว่าง และหลังช่วงเวลาที่อะตอมถือกำเนิด”
สิ่งที่เกิดขึ้นคือ อนุภาคที่ถูกขับออกมา เช่น อิเล็กตรอนและนิวตรอนของอะตอม ปั่นป่วนไปรอบ ๆ วัตถุที่ เกิดจากดาวนิวตรอนชนกัน ซึ่งมันจะยุบตัวอย่างรวดเร็วจนกลายเป็นหลุมดำในหมอกพลาสมาที่จะเย็นตัวลงในอีกไม่กี่วันข้างหน้า
อะตอมในเมฆพลาสมาเหล่านี้จะจับนิวตรอนที่หลุดออกมาอย่างรวดเร็วผ่านกระบวนการที่เรียกว่า rapid neutron capture process (r-process) พร้อมกับดักจับอิเล็กตรอนด้วยเช่นกัน กระบวนการนี้จะสร้างอนุภาคที่มีน้ำหนักมากแต่ไม่เสถียร ซึ่งหมายความว่ามันจะสลายตัวอย่างรวดเร็ว และปล่อยแสงที่นักดาราศาสตร์มองเห็นเป็น กิโลโนวา ออกมา
พร้อมกันนั้นมันยังสร้างธาตุอย่างทองคำ เงิน และยูเรเนียมออกมาอีกด้วย ทีมวิจัยได้เห็นแสงที่ส่องออกมาจากอนุภาคในกระบวนการสร้างธาตุหนักเช่น ตรอนเซียมและอิตเทรียม โดยคาดว่าธาตุหนักอื่น ๆ ก็ถูกสร้างขึ้นอย่างไม่ต้องสงสัยแน่นอนในตอนที่ดาวนิวตรอนชนกันนี้
“สสารขยายตัวอย่างรวดเร็ว และมีขนาดใหญ่ขึ้นอย่างรวดเร็ว จนแสงต้องใช้เวลาหลายชั่วโมงในการข้ามการระเบิด” Kasper Heintz นักวิจัยจากสถาบันนีลส์ โบร์ กล่าว “นี่คือเหตุผลที่ว่าทำไมเราจึงสามารถมองเห็นเหตุการณ์ในอดีตของการระเบิดได้ไกลออกไป”
“เพียงแค่สังเกตปลายด้านไกลของลูกไฟ (การระเบิด) เราก็สามารถมองย้อนกลับไปในประวัติศาสตร์ของการระเบิดได้ ยิ่งใกล้เรามากขึ้นเท่าไหร่ เราก็จะเห็นอิเล็กตรอนก็จะยึดติดกับนิวเคลียสของอะตอม แต่ในอีกด้านหนึ่งที่ด้านไกลของหลุมดำที่เพิ่งเกิดใหม่นั้น 'ปัจจุบัน' (ที่เราเห็น) ยังคงเป็นเพียงอนาคต(ที่ยังมาไม่ถึง)"
ที่มา
https://www.aanda.org/…/2024/10/aa50317-24/aa50317-24.html
https://www.sciencealert.com/when-neutron-stars-collide…
https://nbi.ku.dk/…/dance-of-electrons-measured-in-the…
https://www.universetoday.com/…/the-aftermath-of-a…/
https://www.space.com/electrons-dance-black-hole…
Photo: O.S. SALAFIA, G. GHIRLANDA, CXC/NASA, GSFC, B. WILLIAMS ET AL