ค้นพบครั้งใหญ่ วัตถุปริศนา อาจเป็นดาวนิวตรอนขนาดใหญ่ที่สุด หรือหลุมดำขนาดเล็กที่สุด

นักดาราศาสตร์ พบวัตถุปริศนา ที่พยายามตามหามาตลอด อาจเป็นดาวนิวตรอนขนาดใหญ่ที่สุด แหกกฎความเข้าใจดาวนิวตรอน หรือหลุมดำขนาดเล็กที่สุด ช่วยให้เข้าใจทฤษฎีสัมพัทธภาพ

วันนี้ (19 ม.ค.67) เพจเฟซบุ๊ก "NARIT สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ" โพสต์ข้อมูลเกี่ยวกับการค้นพบวัตถุปริศนา ซึ่งอาจเป็นดาวนิวตรอนขนาดใหญ่ที่สุด หรือหลุมดำขนาดเล็กที่สุด โดย ดร.มติพล ตั้งมติธรรม นักวิชาการดาราศาสตร์ ระบุว่า ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติ นำโดยนักดาราศาสตร์จาก Max Planck Institute for Radio Astronomy ใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุ MeerKAT ค้นพบพัลซาร์ในกระจุกดาวทรงกลม NGC 1851 ที่มีวัตถุปริศนาโคจรอยู่รอบพัลซาร์นี้ ซึ่งวัตถุดังกล่าวอาจจะเป็นดาวนิวตรอนที่ใหญ่ที่สุด หรือหลุมดำที่เล็กที่สุดเท่าที่เคยค้นพบมา หรือเคยคาดการณ์กันว่าจะสามารถพบได้ในธรรมชาติ บ่งชี้ให้เห็นถึงความจำเป็นที่จะขยายขอบเขตความเข้าใจของมนุษย์อย่างไม่หยุดยั้ง ผลงานนี้ได้รับการตีพิมพ์ลงในวารสาร Science ในวันนี้ (19 ม.ค.2567 ตามเวลาประเทศไทย)

เมื่อดาวฤกษ์มวลมากสิ้นอายุขัยลง แรงโน้มถ่วงอันมหาศาลของมันจะบีบอัดแกนกลางลงจนปลดปล่อยพลังงานออกมาเป็นซูเปอร์โนวา ซึ่งเป็นหนึ่งในการระเบิดที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในเอกภพ ส่วนแกนกลางที่หลงเหลืออยู่นั้น แรงระเบิดอันมหาศาลจะดันอะตอมทั้งหมดให้ไปอยู่รวมกัน เป็นนิวเคลียสขนาดมหึมาเท่ากับดาวทั้งดวง กลายเป็นวัตถุที่เราเรียกว่า “ดาวนิวตรอน”

บางครั้งดาวนิวตรอนจะแผ่คลื่นวิทยุออกมาจากบริเวณขั้วเหนือ-ขั้วใต้ ซึ่งเราจะสามารถตรวจพบสัญญาณของมันได้ ดาวนิวตรอนที่หมุนอย่างรวดเร็วจะสาดสัญญาณวิทยุนี้แผ่ออกไปโดยรอบ สำหรับบนโลกของเราจะตรวจพบได้เพียงแต่สัญญาณวิทยุที่สว่างขึ้น และหรี่ลงอย่างเป็นจังหวะ เราเรียกสัญญาณในลักษณะนี้ว่า “พัลซาร์” ซึ่งมาจากดาวนิวตรอนนั่นเอง

ดาวนิวตรอนเป็นวัตถุหนึ่งในเอกภพที่มีแรงโน้มถ่วงมหาศาล โดยทฤษฎีแล้ว เราเชื่อว่าดาวนิวตรอนที่มีมวลมากเกินไป จะไม่สามารถทานแรงโน้มถ่วงอันมหาศาลของตัวมันเองได้ และจะยุบตัวลงกลายเป็นหลุมดำไปในที่สุด ตามความเข้าใจปัจจุบัน ดาวฤกษ์ที่มีมวลมากพอที่จะยุบตัวลงเป็นหลุมดำได้ด้วยตัวเอง จะต้องกลายไปเป็นหลุมดำที่มีมวลตั้งแต่ 5 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ขึ้นไป ในขณะเดียวกัน ขอบเขตของดาวนิวตรอนที่ใหญ่ที่สุดที่ยังคงสเถียรภาพเอาไว้ได้ เรียกว่า Tolman–Oppenheimer–Volkoff limit จะมีมวลเพียง 2.2 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ด้วยเหตุนี้จึงทำให้มีช่องโหว่อยู่ระหว่าง 2.2 ถึง 5 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ที่เราเชื่อว่าไม่ควรจะมีดาวนิวตรอน หรือหลุมดำที่พบในธรรมชาติได้

แต่การค้นพบล่าสุด โดยทีมนักวิจัยจาก Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) จากการสังเกตการณ์ด้วยเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุ MeerKAT ที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในทวีปแอฟริกา เพื่อทำการสังเกตการณ์พัลซาร์ที่อยู่ภายในกระจุกดาวทรงกลม NGC 1851 มีอัตราการกระพริบมากกว่า 170 ครั้งในทุกๆ วินาที จัดเป็นพัลซาร์ที่มีอัตราการกระพริบในระดับมิลลิวินาที (millisecond pulsar)

สัญญาณอันสม่ำเสมอที่ถูกปล่อยออกมาจากพัลซาร์ เปรียบได้กับนาฬิกาที่เดินอย่างเที่ยงตรงไม่ผิดเพี้ยน เวลาที่ผิดเพี้ยนไปแม้เพียงเสี้ยวของหนึ่งในพันวินาที จึงบ่งบอกได้ถึงตำแหน่งและกาลอวกาศที่อาจเปลี่ยนไป สืบเนื่องมาจากอิทธิพลของวัตถุอันหนาแน่นอีกวัตถุหนึ่งที่โคจรอยู่รอบๆ พัลซาร์ จึงทำให้เราทราบได้ว่าวัตถุที่โคจรรอบพัลซาร์ที่พบนี้ มีมวลมากน้อยเพียงใด

นักดาราศาสตร์เชื่อว่าระบบดาวนี้ น่าจะเริ่มขึ้นจากดาวคู่ที่เป็นพัลซาร์โคจรไปรอบๆ ดาวแคระขาวธรรมดา จากนั้นด้วยตำแหน่งซึ่งอยู่กลางกระจุกดาวทรงกลมที่เต็มไปด้วยดาวเก่าแก่จำนวนมากอยู่กันอย่างหนาแน่น อาจทำให้วัตถุปริศนาบางอย่างเฉียดเข้ามาใกล้ และส่งอิทธิพลแรงดึงดูดระหว่างวัตถุทั้งสาม ก่อนที่จะดีดดาวแคระขาวออกไปในที่สุด จนกลายเป็นเพียงพัลซาร์ที่โคจรรอบวัตถุปริศนานี้

จากการสังเกตการสัญญาณของพัลซาร์ที่ผิดเพี้ยนไปโดยละเอียด ทำให้เราค้นพบว่าวัตถุปริศนานี้ มีมวลมากกว่าดาวนิวตรอนที่หนักที่สุดที่ควรจะเป็นไปได้ และมีมวลน้อยกว่าหลุมดำที่มีมวลน้อยที่สุดที่เคยมีการค้นพบ จึงเท่ากับเป็นการค้นพบวัตถุที่อาจจะเป็นดาวนิวตรอนที่หนักที่สุด หรือหลุมดำที่เบาที่สุด

หากวัตถุนี้เป็นหลุมดำ จะถือเป็นการค้นพบระบบพัลซาร์ที่โคจรรอบหลุมดำระบบแรก ซึ่งเป็นวัตถุหนึ่งที่นักดาราศาสตร์พยายามตามหามาตลอด เพราะการที่เรามีพัลซาร์โคจรรอบหลุมดำ ก็เท่ากับมีห้องปฏิบัติการที่สามารถส่งสัญญาณอย่างเที่ยงตรงราวกับนาฬิกา ที่จะช่วยให้เราเข้าใจหลุมดำ หรือทฤษฎีสัมพัทธภาพที่บ่งบอกถึงการบิดเบี้ยวของกาลอวกาศรอบหลุมดำได้ หรือหากเป็นเพียงดาวนิวตรอน ก็จะเป็นดาวนิวตรอนที่มีมวลมากที่สุด แหกกฎทั้งปวงที่เราเข้าใจเกี่ยวกับดาวนิวตรอน ซึ่งอาจจะบ่งชี้ให้เห็นถึงความบกพร่องในทฤษฎีที่เรามีอยู่เกี่ยวกับดาวนิวตรอน หรือแม้กระทั่งสถานะใหม่ของสสารภายใต้ความหนาแน่นสูงที่เรายังไม่รู้จัก

ไม่ว่าจะอย่างไรก็ตาม เป็นที่แน่ชัดว่าการค้นพบนี้จะนำไปสู่ความเข้าใจใหม่ๆ อีกมาก และยังบ่งชี้ให้เห็นถึงความจำเป็นของการพัฒนาระบบโครงสร้างที่จะสามารถศึกษาสังเกตการณ์ดาราศาสตร์ในช่วงคลื่นวิทยุ เช่นเดียวกับที่ประเทศไทยเพิ่งจะเริ่มมีกล้องโทรทรรศน์วิทยุขนาด 40 เมตร ณ หอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์วิทยุแห่งชาติ ตั้งอยู่ภายในศูนย์ศึกษาการพัฒนาห้วยฮ่องไคร้ อันเนื่องมาจากพระราชดำริ อ. ดอยสะเก็ด จ. เชียงใหม่ เป็นกล้องโทรทรรศน์วิทยุที่ใหญ่ที่สุดในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ เพื่อที่จะช่วยให้เราเข้าใจเกี่ยวกับเอกภพที่เราอาศัยอยู่มากขึ้นไปอีกได้

ขอบคุณรูป : เพจ NARIT สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ