นักดาราศาสตร์จับภาพการกำเนิด “แมกนีตาร์” ไขปริศนาแหล่งพลังงานของซูเปอร์โนวาที่สว่างที่สุดในจักรวาล

เป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ที่นักดาราศาสตร์สามารถสังเกตการณ์การกำเนิดของ "แมกนีตาร์" (Magnetar) หรือดาวนิวตรอนที่หมุนรอบตัวเองอย่างรวดเร็วและมีสนามแม่เหล็กกำลังสูงมาก การค้นพบครั้งนี้ช่วยยืนยันว่าดาวมฤตยูเหล่านี้คือแหล่งพลังงานเบื้องหลังการระเบิดของดาวฤกษ์ หรือที่เรียกว่าซูเปอร์โนวา (Supernova) ซึ่งมีความสว่างมากที่สุดบางดวงในเอกภพ งานวิจัยดังกล่าวได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature เมื่อวันที่ 11 มีนาคม พ.ศ. 2569 โดยเป็นการตอกย้ำทฤษฎีที่นักฟิสิกส์เคยเสนอไว้เมื่อ 16 ปีก่อน พร้อมทั้งเปิดเผยให้เห็นปรากฏการณ์ใหม่ของการระเบิดที่มีลักษณะกราฟแสงกระพริบถี่ขึ้นคล้ายเสียงนกร้อง ซึ่งสามารถอธิบายได้อย่างสมบูรณ์ด้วยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

นับตั้งแต่มีการค้นพบในช่วงต้นทศวรรษ 2540 ซูเปอร์โนวาที่มีความสว่างยิ่งยวด (Superluminous supernova) ซึ่งสว่างกว่าซูเปอร์โนวาทั่วไปถึงสิบเท่าหรือมากกว่านั้น ได้สร้างความประหลาดใจให้กับวงการดาราศาสตร์มาโดยตลอด เดิมทีเชื่อกันว่าปรากฏการณ์นี้เกิดจากการระเบิดของดาวฤกษ์มวลมากราว 25 เท่าของดวงอาทิตย์ แต่แสงสว่างกลับคงอยู่ยาวนานกว่าที่ควรจะเป็นเมื่อเทียบกับวงจรปกติที่แก่นเหล็กของดาวฤกษ์ยุบตัวและชั้นบรรยากาศผิวนอกถูกเป่าหลุดออกไป

จนกระทั่งในปี พ.ศ. 2553 แดน คาเซน นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์เชิงทฤษฎีจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ ได้เสนอแนวคิดเป็นคนแรกว่า แหล่งพลังงานที่ทำให้แสงสว่างคงอยู่ยาวนานนั้นมาจากแมกนีตาร์ ทฤษฎีนี้ระบุว่าเมื่อดาวฤกษ์มวลมากสิ้นอายุขัยและยุบตัวลง มวลส่วนใหญ่จะถูกบีบอัดจนกลายเป็นดาวนิวตรอนที่มีความหนาแน่นสูงมาก ซึ่งเป็นสภาวะที่เกือบจะกลายไปเป็นหลุมดำ หากดาวฤกษ์ดวงเดิมมีสนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่งมาก สนามแม่เหล็กนั้นจะถูกขยายกำลังขึ้นมหาศาลระหว่างการก่อตัวของแมกนีตาร์ ส่งผลให้มีสนามแม่เหล็กแรงกว่าดาวนิวตรอนปกติหรือพัลซาร์ (Pulsar) ถึง 100 ถึง 1,000 เท่า แมกนีตาร์ที่เพิ่งเกิดใหม่นี้อาจมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียงประมาณ 16 กิโลเมตร แต่สามารถหมุนรอบตัวเองได้เร็วกว่า 1,000 รอบต่อวินาที การหมุนอย่างบ้าคลั่งนี้จะเร่งอนุภาคที่มีประจุให้พุ่งชนกับเศษซากที่กำลังขยายตัวจากซูเปอร์โนวา ทำให้ความสว่างของมันเพิ่มขึ้นอย่างมหาศาล

ข้อพิสูจน์ที่ชัดเจนที่สุดของทฤษฎีนี้ปรากฏขึ้นเมื่อ โจเซฟ ฟาราห์ นักศึกษาจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตาบาร์บารา และหอดูดาวลาส คุมเบรส ได้วิเคราะห์ข้อมูลของซูเปอร์โนวาชื่อ SN 2024afav ซึ่งถูกค้นพบเมื่อเดือนธันวาคม พ.ศ. 2567 ซูเปอร์โนวาดวงนี้อยู่ห่างจากโลกประมาณหนึ่งพันล้านปีแสง และได้รับการติดตามการเปลี่ยนแปลงของความสว่างอย่างต่อเนื่องยาวนานกว่า 200 วัน สิ่งที่ฟาราห์พบคือ หลังจากความสว่างพุ่งขึ้นสู่จุดสูงสุดในวันที่ 50 แสงกลับไม่ได้จางหายไปแบบเรียบเนียนตามปกติ แต่กลับมีความสว่างแกว่งตัวลดลงอย่างช้า ๆ โดยมีรอบการแกว่งตัวที่สั้นลงเรื่อย ๆ ทำให้เกิดความสว่างนูนขึ้นบนกราฟแสงถึงสี่ครั้ง ลักษณะคล้ายกับความถี่ของเสียงนกร้องที่ค่อย ๆ แหลมสูงขึ้น

ฟาราห์และทีมงานได้อธิบายกลไกนี้ด้วยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป โดยอธิบายว่าสสารบางส่วนจากการระเบิดได้ร่วงกลับลงมาหาแมกนีตาร์และก่อตัวเป็นจานพอกพูนมวล (Accretion disk) เนื่องจากสสารเหล่านี้ไม่ได้เรียงตัวอย่างสมมาตร แกนการหมุนของจานพอกพูนมวลจึงเอียงทำมุมกับแกนการหมุนของดาวนิวตรอน เมื่อมวลมหาศาลที่กำลังหมุนทำการลากปริภูมิ-เวลา (Space-time) ไปพร้อมกันตามหลักการของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป จึงเกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการหมุนควงแบบเลนส์-ทิร์ริง (Lense-Thirring precession) ส่งผลให้จานสสารเกิดการส่าย การส่ายนี้จะบดบังและสะท้อนแสงจากแมกนีตาร์เป็นระยะ คล้ายกับประภาคารอวกาศที่กระพริบแสงสลับไปมา และเมื่อจานสสารหดเล็กลงเข้าหาศูนย์กลางดาว มันจะส่ายเร็วขึ้น ทำให้แสงกระพริบถี่ขึ้นจนเกิดเป็นลวดลายกราฟแสงแบบเสียงนกร้องที่นักดาราศาสตร์สังเกตพบ

จากการวิเคราะห์ข้อมูลอย่างละเอียด นักดาราศาสตร์ประเมินว่าดาวนิวตรอนดวงนี้มีคาบการหมุนรอบตัวเองที่ 4.2 มิลลิวินาที และมีสนามแม่เหล็กแรงกว่าโลกถึง 300 ล้านล้านเท่า ซึ่งล้วนเป็นคุณสมบัติเด่นของแมกนีตาร์ อเล็กซ์ ฟิลิปเพนโก ศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ เน้นย้ำว่านี่คือหลักฐานชิ้นสำคัญที่ยืนยันว่าแมกนีตาร์ก่อตัวขึ้นจริง ณ ใจกลางของการระเบิด แม้จะไม่ได้หมายความว่าซูเปอร์โนวาที่มีความสว่างยิ่งยวดทุกดวงต้องเกิดจากแมกนีตาร์เสมอไป เพราะอาจมีสาเหตุอื่นร่วมด้วย เช่น คลื่นกระแทกชนกับสสารรอบดาวฤกษ์ หรือบางกรณีอาจเป็นการก่อตัวของหลุมดำ แต่การค้นพบนี้ก็สามารถอธิบายซูเปอร์โนวาสว่างยิ่งยวดส่วนหนึ่งได้อย่างชัดเจน

การค้นพบครั้งนี้นับเป็นครั้งแรกที่มีการนำทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปมาใช้อธิบายกลไกทางกลศาสตร์ของซูเปอร์โนวา ในอนาคตเมื่อหอดูดาวเวรา ซี. รูบิน (Vera C. Rubin Observatory) เริ่มเปิดใช้งานเต็มรูปแบบเพื่อสำรวจท้องฟ้ายามค่ำคืนอย่างครอบคลุมที่สุด นักดาราศาสตร์คาดหวังว่าจะค้นพบซูเปอร์โนวาที่มีลักษณะการกระพริบแสงเช่นนี้เพิ่มอีกหลายสิบดวง ซึ่งจะช่วยตอกย้ำว่าเอกภพยังมีกลไกอันน่าทึ่งอีกมากมายที่รอให้เราค้นหาคำตอบ

ข้อมูลอ้างอิง: UC Berkeley News

• Astronomers capture birth of a magnetar, confirming link to some of universe’s brightest exploding stars