มินิบิ๊กแบงในเหตุการณ์ดาวนิวตรอนควบรวมกัน
ในวันที่ 17 สิงหาคม 2017 มนุษยชาติได้เห็นสิ่งที่มหัศจรรย์ เป็นครั้งแรกที่เราได้เห็นดาวนิวตรอนสองดวงกำลังชนกัน เป็นเหตุการณ์ที่กล้องโทรทรรศน์ทั่วโลกสามารถสำรวจได้ โดยได้รับสัญญาณเตือนจากระลอกในกาลอวกาศเมื่อวัตถุทั้งสองหมุนวนเข้าหากันและกัน และควบรวมกันก่อตัวเป็นหลุมดำแห่งหนึ่งขึ้นมาเกิดขึ้นห่างออกไปราว 130 ล้านปีแสงในกาแลคซี NGC 4993
แม้ในเวลาดังกล่าว เราทราบว่าเหตุการณ์นี้ ซึ่งเป็นการระเบิดแสงที่เรียกว่า กิโลโนวา(kilonova) AT 2017gfo น่าจะให้ข้อมูลทางวิทยาศาสตร์แก่เราอย่างเพียงพอที่จะต้องกลั่นกรองไปนานหลายปี และก็เป็นเช่นนั้นจริงๆ กิโลโนวาขยายตัวด้วยความเร็วเกือบเท่าแสง และในเวลาไม่กี่วันต่อมามันก็มีกำลังสว่างถึงหลายร้อยล้านเท่าดวงอาทิตย์ เนื่องจากการเปล่งรังสีของการสลายตัวของไอโซโทปกัมมันตรังสีธาตุหนักอายุสั้นมากที่ก่อตัวในกิโลโนวา
การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง พร้อมกับการพบสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในเวลาใกล้เคียงกันในตำแหน่งใกล้เคียงกันในวันที่ 17 สิงหาคม 2017 กลายเป็นการถือกำเนิด ดาราศาสตร์ผู้สื่อสารหลายทาง(multi-messenger astronomy)
แต่ขณะนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ปะติดปะต่อข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์ทั้งหลายเพื่อค้นหาสภาพความเป็นไปหลังจากกิโลโนวาเกิดขึ้นแล้ว และลูกไฟที่ขยายตัวอย่างรุนแรงก็ให้กำเนิดธาตุหนักมากในปริมาณมหาศาล ทีมวิจัยหนึ่งที่นำโดย Albert Sneppen นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ นักศึกษาปริญญาเอกจากสถาบันนีล บอร์ มหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกน บอกว่า เหตุการณ์ที่พัฒนาต่อไปคล้ายกับที่เกิดในบิ๊กแบงอย่างมาก โดยมีซุปอนุภาคที่ร้อนซึ่งเย็นตัวลงและเกาะกันกลายเป็นสสาร
การระเบิดทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์เหตุการณ์นี้พัฒนาอย่างรุนแรงแบบชั่วโมงต่อชั่วโมง ดังนั้นจึงไม่มีกล้องเดี่ยวๆ ตัวใดที่สามารถติดตามเรื่องราวได้ตลอดทั้งหมด มุมมองจากกล้องแต่ละตัวถูกบังไว้บางส่วนจากการหมุนรอบตัวของโลก Steppen อธิบาย แต่เมื่อรวมการตรวจสอบที่มีอยู่จากออสเตรเลีย, อาฟริกาใต้ และกล้องฮับเบิล เราก็สามารถตามรอยการพัฒนาในรายละเอียดสูงสุด ซึ่งได้แสดงว่าเหตุการณ์ทั้งหมดนี้มีอะไรมากกว่าที่ข้อมูลเดี่ยวๆ แต่ละชุดเอามารวมกันซะอีก
สิ่งที่น่าอัศจรรย์อย่างหนึ่งก็คือ การสำรวจ AT 2017gfo ได้แสดงถึงการสร้างธาตุหนัก มีธาตุจำนวนมากที่หลอมขึ้นภายในดาวฤกษ์ที่เกิดนิวเคลียร์ฟิวชั่น ชนอะตอมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างธาตุที่หนักขึ้น แต่นิวเคลียร์ฟิวชั่นก็ยังมีจุดตัน กล่าวคือ ดาวไม่สามารถหลอมธาตุที่หนักกว่าเหล็กขึ้นมาได้ เนื่องจากพลังงานที่ต้องใช้เพื่อหลอมเหล็กนั้น สูงกว่าพลังงานที่ผลิตได้จากฟิวชั่น ซึ่งจะต้องใช้เหตุการณ์ที่ให้พลังงานอย่างมหาศาลเพื่อสร้างธาตุที่หนักกว่านั้น อย่างเช่น ในซุปเปอร์โนวา
AT 2017gfo ได้แสดงว่ากิโลโนวาของดาวนิวตรอนเองก็เป็นโรงงานผลิตธาตุหนักที่มีประสิทธิผล ในแสงจากการระเบิด นักดาราศาสตร์ได้พบสัญญาณของ
สตรอนเทียม(strontium)
Steppen และเพื่อนร่วมงานได้ทำการวิเคราะห์ต่อไป ด้วยการศึกษาชุดข้อมูลต่างๆ อย่างระมัดระวัง ก็สามารถสำรวจวิวัฒนาการกิโลโนวาแบบรายชั่วโมงต่อชั่วโมงได้ และการก่อตัวของธาตุหนักชนิดที่เรียกว่า ธาตุอาร์โปรเซส(r-process elements) ซึ่งเป็นธาตุที่เกิดจากการจับนิวตรอนอย่างรวดเร็ว(rapid neutron capture process; r-process) ในกิโลโนวาได้
เมื่อดาวนิวตรอนสองดวงควบรวมกัน กิโลโนวาที่ถูกสร้างขึ้นมาจะมีอุณหภูมิที่ร้อนอย่างสุดขั้วถึงหลายพันล้านองศา เทียบได้กับความร้อนของบิ๊กแบง ในสภาพแวดล้อมพลาสมาที่ร้อนยิ่งยวดแบบนั้น อนุภาคมูลฐานอย่างอิเลคตรอนจะวิ่งอย่างเป็นอิสระ
เมื่อกิโลโนวาขยายตัวและเย็นตัวลง อนุภาคจะดึงดูดซึ่งกันและกันและกลายเป็นอะตอม ซึ่งนักวิจัยบอกว่าคล้ายกับในช่วงเวลาต้นๆ ของความเป็นมาของเอกภพที่เรียกว่า ยุคแห่งการรวมตัวใหม่(epoch of recombination) ซึ่งเมื่อราว 380000 ปีหลังจากบิ๊กแบง เอกภพเย็นตัวลงมากพอจนอนุภาคที่มีในซุปพลาสมาสามารถรวมตัวกลายเป็นอะตอมได้ ซุปพลาสมาที่ทำให้แสงกระเจิง จึงยอมให้แสงเดินทางออกมาได้
และยุคการรวมตัวใหม่นี้ก็หมายความว่าในที่สุด แสงก็วิ่งไปทั่วเอกภพได้ กลายเป็นแสงที่เรียกว่า การแผ่รังสีพื้นหลังของเอกภพ(cosmic background radiation) ซึ่งปัจจุบันสำรวจได้ในช่วงแสงไมโครเวฟแล้ว
ประวัติความเป็นมาของเอกภพ และสถานะในยุคต่างๆ ของเอกภพ
กระบวนการการรวมตัวที่สำรวจพบในกิโลโนวาของดาวนิวตรอนนั้นคล้ายอย่างมากกับสิ่งที่เราทราบว่าเกิดขึ้นในยุคแห่งการรวมตัวใหม่ ซึ่งบอกว่ากิโลโนวาน่าจะเป็นห้องทดลองในการพิสูจน์วิวัฒนาการของเอกภพยุคต้นในแบบย่อส่วน นักวิจัยยังสามารถยืนยันการมีอยู่ของสตรอนเทียมและอิตเทรียม(yttrium) ในกิโลโนวาที่เกิดวิวัฒน์ ซึ่งตรวจจับได้ง่าย ยิ่งเน้นว่าการระเบิดกิโลโนวาเป็นแหล่งสร้างธาตุหนักในเอกภพ และยังมีความเป็นไปได้ที่จะมีธาตุหนักอื่นๆ ถูกสร้างขึ้นด้วย
ขณะนี้ เรามองเห็นช่วงเวลาที่นิวเคลียสอะตอมกับอิเลคตรอนมารวมกันในแสงเรืองไล่หลัง(afterglow) Rasmus Damgaard นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่สถาบัน นีล บอร์ กล่าว เป็นครั้งแรกที่เราได้เห็นการสร้างอะตอม เราสามารถตรวจสอบอุณหภูมิของสสารและมองเห็นฟิสิกส์แบบจุลภาคในการระเบิดนี้ เราได้เห็นทั้งก่อน, ระหว่าง และหลังจากการกำเนิดของอะตอม แต่ครั้งนี้เป็นธาตุโลหะ
Kasper Heintz ผู้เขียนร่วมและผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่สถาบันนีล บอร์ กล่าวต่อว่า สสารขยายตัวเร็วมากและขยายขนาดเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วมากจนแสงต้องใช้เวลาหลายชั่วโมงเพื่อเดินทางข้ามกิโลโนวานี้ นี่จึงเป็นเหตุผลว่า เพียงแค่สำรวจที่ปลายที่ไกลของกิโลโนวา เราก็ได้มองย้อนเวลาความเป็นมาของการระเบิดนี้แล้ว
เมื่อกลับเข้ามาใกล้เราอีกหน่อย อิเลคตรอนรวมอยู่กับนิวเคลียสอะตอม แต่ที่อีกด้านหนึ่งที่ด้านไกลของหลุมดำที่เพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่ การรวมตัวยังไม่เกิดขึ้น งานวิจัยนี้เผยแพร่ใน Astronomy & Astrophysics
แหล่งข่าว sciencealert.com : when neutron stars collide, they explode like a mini big bang
phys.org : astrophysicists measure “dance” of electrons in the glow from exploding neutron stars
space.com : Hubble watches neutron stars collide and explode to create black hole and “birth atoms”
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
