BOAT(Brightest Of All Time) GRB 221009A
การปะทุรังสีแกมมาเป็นการระเบิดพลังที่สว่างที่สุดในเอกภพ และเราได้เรียนรู้เกี่ยวกับการปะทุรุนแรงมากเหล่านี้อย่างมากนับตั้งแต่ที่พบการปะทุเป็นครั้งแรกในปี 1967
การศึกษาแบบมุ่งเป้าชุดใหม่ที่เผยแพร่ใน Astrophysical Journal Letters ได้แสดงผลสรุปที่เกี่ยวข้องกับการปะทุรังสีแกมมา(gamma-ray burst; GRB) 221009A ซึ่งเป็นการปะทุที่สว่างที่สุดเท่าที่เคยเห็นมา
Superlative burst
การปะทุรังสีแกมมาเป็นการลุกจ้าพลังงานสูงที่เกิดเป็นช่วงสั้นๆ คงอยู่ตั้งแต่เสี้ยววินาทีจนถึงหลายชั่วโมง
ภาพรวมประกอบอินฟราเรดจากกล้องฮับเบิลแสดงแสงเรืองไล่หลัง(afterglow) ของ GRB 221009A(ในวงกลม) ซึ่งถ่ายหนึ่งถึงสองเดือน(วันที่ 8 พฤศจิกายน และ 4 ธันวาคม 2022) หลังจากการปะทุเริ่มต้น กาแลคซีต้นสังกัดของการปะทุนี้เป็นแหล่งแผ่แสงสลัวที่อยู่หลังการปะทุ มองเห็นเกือบหันข้าง(edge-on) พอดีเป็นแสงสีเงินทางขวาบนของการปะทุ จากความสว่างของแสงเรืองไล่หลังน่าจะยังคงสำรวจได้ไปอีกหลายปี
การปะทุรังสีแกมมาแบบสั้น(short GRB) เป็นการบอกถึงการชนกันของซากดาวขนาดกะทัดรัดคู่หนึ่งที่เรียกว่า ดาวนิวตรอน และการปะทุแบบยาวคิดกันว่าเกิดขึ้นเมื่อดาวมวลสูงที่หมุนรอบตัวเร็วจี๋ได้ยุบตัวลงกลายเป็นหลุมดำ หลังจากการปะทุรังสีแกมมาเกิดขึ้นแล้ว(เรียกว่า prompt emission) จะมีการเรืองสว่างที่สลัวกว่าที่เรียกว่า แสงเรืองไล่หลัง(afterglow) เกิดขึ้นตามมาหลายวันจนถึงหลายสัปดาห์ตั้งแต่ช่วงคลื่นวิทยุจนถึงรังสีเอกซ์
ในวันที่ 9 ตุลาคม 2022 ดาวเทียม 25 ดวงได้พบ GRB 2210009A ปะทุขึ้นมา โดยดาวเทียมเกือบทั้งหมดไม่ได้ถูกออกแบบมาให้ตรวจจับการปะทุรังสีแกมมาเลย(เช่น ยานวอยยาจเจอร์ 1 และโรเวอร์ดาวอังคารอีก 2 ลำ เป็นต้น) การปะทุยังส่งผลกระทบต่อชั้นบรรยากาศโลก โดยสร้างความปั่นป่วนได้มากพอๆ กับการลุกจ้าของดวงอาทิตย์เหตุการณ์หนึ่ง
เพื่อปะติดปะต่อบริบทเหล่านี้เข้าด้วยกัน ก็หมายความว่าการปะทุที่เกิดขึ้นไกลออกไปราว 2 พันล้านปีแสง จนสามารถส่งผลกระทบต่อชั้นบรรยากาศของเราเหมือนกับการลุกจ้าดวงอาทิตย์ซึ่งอยู่ใกล้กว่ามากกว่า 1 ร้อยล้านล้านเท่า
ภาพอธิบายองค์ประกอบต่างๆ ใน Long GRB ซึ่งเป็นชนิดที่พบได้บ่อยที่สุด แกนกลางของดาวมวลสูง(ซ้าย) ได้ยุบตัวลง ก่อตัวหลุมดำแห่งหนึ่งขึ้นมาซึ่งยิงไอพ่นอนุภาคเคลื่อนผ่านวัสดุสารดาวที่กำลังยุบตัวออกสู่อวกาศด้วยความเร็วเกือบเท่าแสง (ต่อ)
การแผ่รังสีที่พบในหลายช่วงสเปคตรัมมาจากก๊าซร้อนที่แตกตัวเป็นไอออนหรือพลาสมา(plasma) ในละแวกใกล้เคียงกับหลุมดำที่เพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่, การชนระหว่างชั้นก๊าซเคลื่อนที่เร็วต่างๆ ภายในไอพ่น(คลื่นกระแทกภายใน) และจากขอบไอพ่นนำหน้าเมื่อมันกวาดผ่านและมีปฏิสัมพันธ์กับรอบข้าง(คลื่นกระแทกภายนอก)
GRB 221009A across the electromagnetic spectrum
บทความหนึ่งที่นำโดย Maia Williams จากเพนน์สเตท ได้อธิบายการค้นพบเริ่มต้นและคุณสมบัติของการปะทุสว่างสุดขั้วที่คงอยู่ยาวเหตุการณ์นี้ แสงเรืองไล่หลังในช่วงรังสีเอกซ์ของ GRB 221009A นั้นยังสว่างกว่า GRBs อื่นๆ ที่สำรวจโดยดาวเทียมสวิฟท์มากกว่า 10 เท่า และการวิเคราะห์การเปล่งคลื่นก็บอกว่าไอพ่นที่มันสร้างขึ้นมีลำที่แคบมากๆ
อย่างไรก็ตาม ผู้เขียนพบว่าการเปล่งคลื่นแสงเรืองไล่หลังของ GRB 221009A นั้นไม่ได้สอดคล้องด้วยดีกับแบบจำลองมาตรฐานที่อธิบายว่าการเปล่งคลื่นถูกสร้างได้อย่างไร ซึ่งบอกว่าไอพ่นของอนุภาคทรงพลังกำลังมีปฏิสัมพันธ์กับสสารที่อยู่รอบวัตถุ จึงต้องมีการปรับปรุงแบบจำลองเพื่อให้เข้าใจเหตุการณ์นี้
หลังจากการค้นพบเริ่มต้นในระดับพลังงานสูงแล้ว นักดาราศาสตร์ได้จับตาดู GRB 221009A ตลอดช่วงความยาวคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เพื่อให้เข้าใจธรรมชาติของเหตุการณ์นี้ และระบุคุณสมบัติที่ไม่ปกติของมัน Tanmoy Laskar จากมหาวิทยาลัยยูท่าห์และเพื่อนร่วมงานตรวจสอบพฤติกรรมของ GRB 221009A ตั้งแต่คลื่นวิทยุจนถึงรังสีแกมมา ได้พบหลักฐานคลื่นกระแทก(shock) ที่ก่อตัวเมื่อไอพ่นของ GRB ชนกับวัสดุสารรอบข้าง ทีมบอกว่าการเปล่งคลื่นวิทยุน่าจะปรากฏไปนานอีกหลายปี ยิ่งให้โอกาสเพิ่มเติมในการศึกษาเหตุการณ์นี้
การสำรวจ GRB 221009A ในช่วงคลื่นวิทยุ, ช่วงตาเห็น และรังสีเอกซ์ในช่วงเวลาที่แตกต่างกัน กับเวลาการสำรวจแสดงเป็นรหัสสี เส้นทึบบ่งชี้ผลจากแบบจำลองการเปล่งคลื่นที่เกิดจากการกระแทก แบบจำลองไม่สามารถอธิบายคลื่นวิทยุที่สำรวจพบได้
นอกเหนือจากกล้องโทรทรรศน์รังสีแกมมาในอวกาศแล้ว นักวิจัยได้ใช้หอสังเกตการณ์รังสีแกมมาภาคพื้นดินเพื่อศึกษาเหตุการณ์นี้ด้วย เป็นเรื่องโชคดีสำหรับชีวิตบนโลก ที่รังสีแกมมาเกือบทั้งหมดมาไม่ถึงพื้นโลก แต่เราก็ตรวจจับการเรืองสลัวที่เกิดขึ้นเมื่อรังสีแกมมามีปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคในชั้นบรรยากาศ นักวิจัยที่ใช้ HESS ซี่งเป็นชุดของกล้อง 5 ตัวในนามิเบีย เพื่อสำรวจหาการเปล่งคลื่นที่เกี่ยวข้องกับ GRB 221009A แต่ไม่พบอะไรเลย แม้กระนั้นก็ยังช่วยให้ทีม HESS ได้ระบุกลไกการเปล่งคลื่นในการปะทุที่เป็นไปได้
David Kann จากมหาวิทยาลัยเกอเธ่ ฟรังค์ฟวร์ต และเพื่อนร่วมงานได้นำเสนอข้อมูลช่วงตาเห็นและรังสีเอกซ์ตั้งแต่สถานะการปะทุเริ่มต้นจนถึง 60 วันหลังการปะทุเริ่มต้น ทีมใช้การสำรวจเหล่านี้เพื่อศึกษาฝุ่นตามแนวเส้นทางระหว่างการปะทุมาที่โลก และพบว่ากาแลคซีต้นสังกัดของการปะทุนั้นอาจจะเต็มไปด้วยฝุ่นพอสมควร แบบจำลองไอพ่นจากการปะทุได้แสดงจุดน่าสงสัยบางอย่าง เช่น แบบจำลองไอพ่นพื้นๆ ที่สุดไม่สามารถสร้างการสำรวจนี้ซ้ำได้อีก และการเพิ่มโครงสร้างและรายละเอียดอื่นๆ ให้กับไอพ่น ก็ไม่ได้ช่วยอะไรเลย
Supernova or no?
นอกเหนือจากการเปล่งคลื่นช่วงเริ่มต้นและช่วงเรืองไล่หลังแล้ว GRB ก็มักจะเกี่ยวข้องกับซุปเปอร์โนวา ซึ่งได้รับพลังจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ภายในวัสดุสารที่ถูกขับออกมาเมื่อดาวยุบตัวลง เมื่อการเปล่งคลื่นจากการปะทุจางแสงลง การเปล่งคลื่นจากซุปเปอร์โนวาจะสว่างขึ้น ซึ่งสุดท้ายจะสว่างจนโดดออกจากแสงเรืองไล่หลังที่กำลังจางลง แสดงกราฟแสงที่ลงและขึ้น(bump) ไม่กี่วันหรือไม่กี่สัปดาห์
หลังจากเริ่มปะทุ หนึ่งในรายละเอียดที่น่าสนใจเกี่ยวกับวิวัฒนาการของ GRB 221009A ก็คือมันอาจจะไม่ได้แสดงสัญญาณการเปล่งคลื่นซุปเปอร์โนวาใดเลย
กราฟเปรียบเทียบการเปล่งคลื่นฉับพลัน(prompt emission) กับ GRB แบบยาวที่ครองสถิติก่อนหน้านั้น 5 เหตุการณ์ GRB 221009A มีความสว่างอย่างมากจนทำให้เครื่องมือตรวจจับรังสีแกมมาเกือบทั้งหมดที่มีรับไม่ไหว แต่นักวิทยาศาสตร์ก็ยังสามารถรับรู้ความสว่างที่แท้จริงของมันได้จากข้อมูลของเฟอร์มี่
Manisha Shrestha จากมหาวิทยาลัยอริโซนาและเพื่อนร่วมงานได้ตรวจสอบกราฟแสงและสเปคตรัมของ GRB 221009A เพื่อมองหาสัญญาณของซุปเปอร์โนวา แต่ก็ไม่พบสัญญาณซุปเปอร์โนวาที่แน่ชัดในข้อมูลทั้งสองส่วน แบบจำลองของทีมบอกว่า ซุปเปอร์โนวาอาจจะซ่อนอยู่ข้างใต้แสงเรืองไล่หลังที่สว่าง ซึ่งก็ขึ้นอยู่กับว่ามีฝุ่นในกาแลคซีต้นสังกัดที่ปิดบังแสงจากซุปเปอร์โนวาอยู่มากแค่ไหน
Michael Fulton จากมหาวิทยาลัยควีนส์ เบลฟาสต์ และเพื่อนร่วมเขียนจับตาการปะทุในช่วงตาเห็นเมื่อมันสลัวลงในเวลาเกือบสองเดือน ได้พบสิ่งที่อาจเป็น bump ราว 20 วันหลังการปะทุ
Andrew Levan จากมหาวิทยาลัยรัดบาวด์ และเพื่อนร่วมงานได้ใช้กล้องพิเศษสองตัวไปที่การปะทุคือ กล้องฮับเบิลและกล้องเวบบ์ และเก็บสเปคตรัมอินฟราเรดกลางจาก GRB เหตุการณ์หนึ่งได้เป็นครั้งแรก การสำรวจบอกว่าถ้ามีซุปเปอร์โนวาเกี่ยวข้องใน GRB นี้ มันก็ต้องสลัวหรือมีสเปคตรัมจุดที่สูงในช่วงความยาวคลื่นที่ฟ้ากว่าที่กล้องเวบบ์และฮับเบิลสำรวจ
ระดับอิเลคตรอนที่ตรวจจับได้โดยเครื่องตรวจจับหนึ่งในสามตัวของชุดตรวจสอบอนุภาคพลังงานสูง(High-Energy Particle Package; สีดำ) และการนับจำนวนโฟตอนจากเครื่องสำรวจหาการปะทุพลังงานสูง(สีฟ้า)
งานในอนาคตจะช่วยแยกแยะการเปล่งคลื่น(ซุปเปอร์โนวา) ออกจากแสงเรืองไล่หลังของ GRB เพื่อหาซุปเปอร์โนวาที่อาจจะมี และกาแลคซีต้นสังกัดของ GRB เองก็ปรากฏในภาพฮับเบิล ถ้าการปะทุนี้เกิดขึ้นพร้อมกับซุปเปอร์โนวา ก็น่าจะหมายความว่า หลุมดำที่เพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่ได้กลืนเศษซากดาวที่ระเบิดไป หรือไม่ ก็อาจหมายถึงว่า GRB 221009A เกิดขึ้นจากการควบรวมของดาวนิวตรอนสองดวงแทน ซึ่งไม่น่าเป็นไปได้
Polarization, particles and dusty pathways
ทีมที่นำโดย Michela Negro จากมหาวิทยาลัยมารีแลนด์ บัลติมอร์เคาน์ตี้ ได้สำรวจการปะทุด้วย Imaging X-ray Polarimetry Explorer ได้ทำการตรวจสอบการเกิดโพลาไรซ์ของรังสีเอกซ์จากแสงเรืองไล่หลังของ GRB ได้ การสำรวจเผยให้เห็นถึงแกนกลางการเปล่งคลื่นที่สว่าง ล้อมรอบด้วยวงแหวนที่เกิดจากโฟตอนที่กระเจิงออกจากเม็ดฝุ่น
พูดอีกอย่างก็คือ ทีมสามารถศึกษาการเปล่งคลื่นเริ่มต้น(ในรูปของคลื่นที่สะท้อนกลับ; echo) และเรืองไล่หลัง ได้ในคราวเดียวกัน ทีมระบุขีดจำกัดระดับการเกิดโพลาไรซ์ขั้นสูงที่ 13.8% ในแสงเรืองไล่หลัง และระหว่าง 55- 82% ในการเปล่งคลื่นเริ่มต้น
ภาพจาก XMM-Newton บันทึกวงแหวนฝุ่น 20 วง โดยมี 19 วงที่แสดงในภาพสีนี้ ภาพรวมประกอบจากข้อมูลหลังการปะทุเริ่มต้นเกิดขึ้น 2 และ 5 วัน แถบสีมืดบ่งชี้ช่องว่างระหว่างเครื่องตรวจจับ การวิเคราะห์ในรายละเอียดแสดงว่าวงแหวนที่กว้างที่สุดในภาพ เทียบเท่ากับขนาดปรากฏของจันทร์เต็มดวงนั้น มาจากเมฆฝุ่นที่อยู่ไกลออกไป 1300 ปีแสง ส่วนวงแหวนในสุดมาจากฝุ่นที่อยู่ไกลออกไป 61000 ปีแสงที่อีกด้านของทางช้างเผือก(ต่อ)
GRB 221009A เป็น GRB เหตุการณ์ที่เจ็ดเท่านั้นที่แสดงวงแหวนรังสีเอกซ์นี้ และมีจำนวนวงแหวนมากกว่าที่เคยพบเห็นรอบ GRB อื่น 3 เท่า
การเปล่งคลื่นพลังงานสูงจาก GRB 221009A ได้เพิ่มระดับการแตกตัวเป็นไออน(ionization) ในชั้นบรรยากาศส่วนบนของโลกได้อย่างมาก ไอออนที่เพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่เหล่านี้บางส่วนก็ตรวจจับได้โดยยานอวกาศ ให้อีกหนทางในการศึกษาการปะทุรังสีแกมมา Robert Battison จากมหาวิทยาลัยเทรนโต และเพื่อนร่วมงานได้เสนอข้อมูลจากชุดทดลอง High-Energy Particle Package บนดาวเทียม Seismo-Electromagnetic ของจีน ซึ่งแสดงการเพิ่มอนุภาคมีประจุอย่างฉับพลันในช่วงเวลาที่เกิดการปะทุรังสีแกมมา
กลุ่มความร่วมมือไอซ์คิวบ์เองก็สำรวจหาอนุภาคที่เกี่ยวข้องกับการปะทุ แต่กลับไม่พบนิวตริโน(neutrino) ซึ่งเป็นอนุภาคที่ไร้ประจุ และแทบจะไร้มวล ที่เกิดในปรากฏการณ์ประหลาดต่างๆ ในทางดาราศาสตร์พลังงานสูง มีทฤษฎีว่าด้วยความเชื่อมโยงระหว่างนิวตริโนกับ GRBs แต่ยังไม่เคยได้รับการพิสูจน์ และทีมก็ตรวจไม่พบนิวตริโนจากเหตุการณ์นี้ ไอซ์คิวบ์ซึ่งมีแผนจะอัพเกรด น่าจะช่วยให้เราตรวจพบนิวตริโนได้(ถ้ามีอยู่) จากการปะทุรังสีแกมมาในอนาคต
กราฟแสงช่วงตาเห็นและอินฟราเรดใกล้ของ GRB 221009A
เพื่อเดินทางมาถึงโลก การเปล่งคลื่นจาก GRB 221009A จะต้องแผ้วถางทางผ่านทางช้างเผือกเข้ามา เมื่อลำคลื่นแคบๆ เจาะกาแลคซีของเรา มันจะทำให้เมฆฝุ่นตามเส้นทางส่องสว่างเหมือนกับลำของแสงไฟฉาย เพราะสิ่งนี้ นักวิจัยจึงสำรวจวงแหวนการเปล่งรังสีเอกซ์ที่ขยับตำแหน่งได้หลายสัปดาห์หลังจากการปะทุ ซึ่งแสดงตำแหน่งที่รังสีเอกซ์กระเจิงออกจากเมฆฝุ่นภายในทางช้างเผือก
Andrea Tiengo IUSS อิตาลี และเพื่อนร่วมงานรายงานวงแหวนลักษณะนี้ 20 วง ซึ่งดูเหมือนจะสะท้อนกลับออกจากเมฆฝุ่นซึ่งอยู่ไกลจากโลกตั้งแต่ 1000 ถึง 61000 ปีแสงจากโลก
Brightest of all time….so far
นับตั้งแต่ที่ถูกพบ GRB 221009A ก็ถูกเรียกว่า BOAT(Brightest Of All Time) ในบทความมุ่งเป้าชิ้นสุดท้ายที่เผยแพร่ Eric Burns จากมหาวิทยาลัยลุยเซียนาสเตท และเพื่อนร่วมงานได้สำรวจว่ามันเหมาะกับชื่อนี้จริงหรือไม่ ด้วยการเปรียบเทียบการสำรวจ GRBs ตลอดหลายทศวรรษ ทีมพบว่าแท้ที่จริงแล้ว GRB 221009A มีจุดพีคที่สูงที่สุดในบรรดา GRB ใดๆ ที่เคยตรวจสอบมา และมันก็อยู่บนสุดในรายชื่อที่สองจากสามที่ตรวจสอบความสว่าง
เมื่อพิจารณาคุณสมบัติของเหตุการณ์เหล่านี้ที่สำรวจในช่วง 50 ปีที่ผ่านมาให้ลึกซึ้งมากขึ้น ทีมประเมินว่า GRB 221009A น่าจะเป็นเหตุการณ์แบบหนึ่งในหมื่นปี ดังนั้น ในขณะที่ GRB 221009A ไม่ได้เป็น GRB ที่สว่างที่สุดในประวัติศาสตร์และในอนาคตในเอกภพ มันอาจจะสว่างที่สุดในประวัติความเป็นมาของมนุษยชาติ และความหายากของมันก็บอกว่าเราโชคดีที่เกิดเหตุการณ์ขึ้นในขณะที่เรามีกล้องโทรทรรศน์รังสีแกมมาที่ยังทำงานอยู่
ในช่วงไม่กี่สัปดาห์ที่ผ่านมา GRB 221009A ถูกซ่อนไว้เมื่ออยู่หลังดวงอาทิตย์ และเมื่อมันโผล่ออกมาอีกครั้งจะช่วยให้นักวิจัยมีโอกาสในการศึกษามันต่อไปและหวังว่าจะได้ไขปริศนาที่ยังค้างคาบางประการเกี่ยวกับวิวัฒนาการของมัน
แหล่งข่าว skyandtelscope.com : focusing on the brightest gamma-ray burst of all time
- 2
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
