สมาคมดาราศาสตร์ไทย

พบดาวฤกษ์ "ตายลัด" กลายเป็นหลุมดำโดยไม่ระเบิด

13 มิ.ย. 2560
รายงานโดย: วิมุติ วสะหลาย (wimut@hotmail.com)
วิวัฒนาการของดาวฤกษ์ดูเหมือนจะซับซ้อนกว่าที่นักดาราศาสตร์เคยคาดคิด เมื่อพบว่าดาวฤกษ์ดวงหนึ่งประพฤติตัวต่างไปจากที่เคยเข้าใจกัน

นักสำรวจคณะหนึ่ง นำโดย สก็อตต์ แอดัมส์ จากคาลเทคและมหาวิทยาลัยโอไฮโอสเตต คริสโตเฟอร์ โคชาเนกจิล เจอร์กี จากมหาวิทยาลัยโอไฮโอสเตตและคณะ ได้สำรวจดาวฤกษ์อายุมากจำนวนราวหนึ่งล้านดวงตามดาราจักรใกล้เคียง 27 ดาราจักรโดยใช้กล้องแอลบีทีในแอริโซนา เป็นกล้องโทรทรรศน์คู่ข้างละขนาด 8.4 เมตร โดยหวังว่าจะได้เห็นการเกิดซูเปอร์โนวา 

เมื่อดาวฤกษ์ที่มีมวลสูงมากใช้เชื้อเพลิงไปจนหมด จะยุบตัวลงจากความโน้มถ่วงของตัวเอง คลื่นกระแทกที่เกิดจากการยุบจะสะท้อนออกมาเป็นการระเบิดที่รุนแรงสว่างไสว เรียกว่า ซูเปอร์โนวา 

แรงระเบิดจะสาดเนื้อดาวกระจายออกไปโดยรอบ ส่วนแก่นดาวที่เหลือรอดจากการระเบิด จะยุบตัวต่อไปกลายเป็นดาวนิวตรอนหรือหากเหลือมวลมากก็จะกลายเป็นหลุมดำ

ไม่ว่าบั้นปลายชีวิตของดาวฤกษ์มวลสูงจะเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ ก็จะต้องผ่านการเป็นซูเปอร์โนวาก่อนเสมอ 

หรือว่าไม่?

นักสำรวจคณะดังกล่าวพบดาวมวลสูงสิ้นอายุขัยถึง ดวงในปี 2559 ในจำนวนนี้ หกดวงได้กลายเป็นซูเปอร์โนวาตามแบบฉบับ เรียกว่า ซูเปอร์โนวาแก่นยุบ แต่อีกดวงหนึ่งกลับดับไปเฉย ๆ โดยไม่ระเบิด 

ดาวฤกษ์ดวงนี้มีชื่อว่า เอ็น 6946-บีเอช 1 (N6946-BH1) มีมวล 25 มวลสุริยะ อยู่ห่างออกไป 22 ล้านปีแสงในดาราจักรเอ็นจีซี 6946 หรือที่มีชื่อว่า ดาราจักรดอกไม้ไฟ ชื่อของดาราจักรมาจากการที่มีซูเปอร์โนวาเกิดขึ้นบ่อยมาก

จากการติดตามสำรวจอย่างต่อเนื่องและการศึกษาข้อมูลย้อนหลังจากคลังข้อมูลของกล้องแอลบีทีพบว่า ดาวดวงนี้มีความสว่างค่อนข้างคงที่เป็นเวลากว่าสิบปีก่อนที่จะสว่างขึ้นอย่างกระทันหันในปี 2552 โดยมีกำลังส่องสว่างมากกว่าดวงอาทิตย์ราวหนึ่งล้านเท่าและคงความสว่างอย่างนั้นเป็นเวลาหลายเดือนก่อนที่ดับวับไป การสำรวจสนับสนุนโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลก็ยืนยันว่าดาวดวงนี้หายไปแล้วจริง

ระดับความสว่างที่เพิ่มขึ้นอาจฟังดูเหมือนจะเป็นซูเปอร์โนวาแต่ความจริงแล้วไม่ใช่ การระเบิดซูเปอร์โนวาให้ความสว่างได้รุนแรงกว่านี้อย่างเทียบกันไม่ติด นี่จึงไม่ใช่ซูเปอร์โนวา

แต่กล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์พบว่ายังมีรังสีอินฟราเรดแผ่ออกมาจากบริเวณที่ดาวดวงนั้นเคยอยู่ นักวิทยาศาสตร์คณะนี้สันนิษฐานว่ารังสีนี้อาจแผ่มาจากเศษซากของดาวเองกำลังไหลกลับลงสู่แก่นกลางที่กลายเป็นหลุมดำไปแล้ว 

นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างแบบจำลองการเกิดซูเปอร์โนวาด้วยคอมพิวเตอร์มาหลายแบบเพื่อศึกษากระบวนการที่เกิดขึ้น พบว่าในดาวฤกษ์มวลสูงที่มีมวลแน่นมาก คลื่นกระแทกที่สะท้อนกลับจากแก่นดาวถูกต้านโดยสสารที่ไหลลงสู่แกนกลาง ทำให้ดาวไม่ระเบิดออก ปัจจัยสำคัญที่บ่งชี้ว่าดาวดวงไหนจะระเบิดหรือไม่ ดูเหมือนจะขึ้นกับความหนาแน่นของชั้นเนื้อดาวที่อยู่ถัดจากแก่นเหล็กขึ้นมา 

อย่างไรก็ตาม ถึงขณะนี้ยังตัดความเป็นไปได้อื่นไม่ได้ทั้งหมด บางทีดาวนั้นอาจยังอยู่ แต่ถูกห้อมล้อมด้วยชั้นฝุ่นหนาทึบจนแสงลอดออกมาไม่ได้ รังสีอินฟราเรดที่สปิตเซอร์ตรวจวัดได้อาจแผ่ออกมาจากฝุ่นที่ล้อมอยู่นั่นเอง 

นักสำรวจคณะนี้มีแผนจะติดตามดาวหรือซากดาวดวงนี้ต่อไปด้วยกล้องฮับเบิลและกล้องสปิตเซอร์โดยสำรวจในย่านอินฟราเรด หากดาวกลับสว่างขึ้นมาอีก ก็แสดงว่าดาวยังคงอยู่ เหตุแสงที่หายไปเป็นเพราะม่านฝุ่นหนาทึบบดบังไปจริง 

แต่ถ้าหากรังสีอินฟราเรดหรี่ลงไปเรื่อย ๆ ก็เป็นไปได้ว่าดาวได้กลายไปเป็นหลุมดำไปแล้ว เป็นการยืนยันว่าดาวฤกษ์มวลสูงสามารถ "ตายลัด" ไปเป็นหลุมดำได้โดยตรงจริง ๆ นี่อาจตอบคำถามได้ว่าเหตุใดนักดาราศาสตร์แทบไม่เคยเห็นซูเปอร์โนวาที่เกิดจากดาวฤกษ์มวลสูงมาก ๆ เลย และยังจะอธิบายว่าหลุมดำมวลสูงมากระดับหลายสิบเท่าของดวงอาทิตย์ที่ไลโกค้นพบเกิดขึ้นมาอย่างไรได้ด้วย

ภาพถ่ายท้องฟ้าบริเวณเดียวกันสองภาพต่างเวลากัน <wbr>ถ่ายโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล <wbr>ภาพซ้ายถ่ายในปี <wbr>2551 <wbr>ยังปรากฏดาวเอ็น <wbr>6946-บีเอช <wbr>1อยู่ <wbr>ดาวดวงนี้มีมวลมากถึง <wbr>25 <wbr>มวลสุริยะ <wbr>ภาพขวาถ่ายในปี <wbr>2558 <wbr>ดาวดวงนั้นกลับหายไป <wbr>เหลือเพียงรังสีอินฟราเรดเลือนลาง <wbr>นักดาราศาสตร์สันนิษฐานว่าดาวดวงนั้นได้กลายไปเป็นหลุมดำโดยไม่ผ่านการระเบิดเป็นซูเปอร์โนวา<br />

ภาพถ่ายท้องฟ้าบริเวณเดียวกันสองภาพต่างเวลากัน ถ่ายโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ภาพซ้ายถ่ายในปี 2551 ยังปรากฏดาวเอ็น 6946-บีเอช 1อยู่ ดาวดวงนี้มีมวลมากถึง 25 มวลสุริยะ ภาพขวาถ่ายในปี 2558 ดาวดวงนั้นกลับหายไป เหลือเพียงรังสีอินฟราเรดเลือนลาง นักดาราศาสตร์สันนิษฐานว่าดาวดวงนั้นได้กลายไปเป็นหลุมดำโดยไม่ผ่านการระเบิดเป็นซูเปอร์โนวา
(จาก NASA / ESA / C. Kochanek (OSU))

ลำดับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในช่วงท้ายของดาวฤกษ์มวลสูงในแบบที่ไม่เกิดซูเปอร์โนวา <wbr>จากซ้ายมาขวา <wbr>ดาวได้วิวัฒน์เข้าสู่การเป็นดาวยักษ์ใหญ่แดง <wbr>บรรยากาศชั้นนอกของดาวถูกผลักออกไปรอบด้าน <wbr>แก่นกลางก็ยุบลงไปเป็นหลุมดำ <wbr>สสารที่หลงเหลือภายนอกอาจไหลกลับลงสู่หลุมดำ <wbr><br />

ลำดับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในช่วงท้ายของดาวฤกษ์มวลสูงในแบบที่ไม่เกิดซูเปอร์โนวา จากซ้ายมาขวา ดาวได้วิวัฒน์เข้าสู่การเป็นดาวยักษ์ใหญ่แดง บรรยากาศชั้นนอกของดาวถูกผลักออกไปรอบด้าน แก่นกลางก็ยุบลงไปเป็นหลุมดำ สสารที่หลงเหลือภายนอกอาจไหลกลับลงสู่หลุมดำ 
(จาก NASA / ESA / P. Jeffries (STScI))