สมาคมดาราศาสตร์ไทย

ไขความลับ "ซูเปอร์โนวา" ที่สว่างที่สุด

24 ธ.ค. 2559
รายงานโดย: วิมุติ วสะหลาย (wimut@hotmail.com)
เป็นข่าวได้อย่างต่อเนื่องจริง ๆ สำหรับแหล่งกำเนิดแสงลึกลับที่ชื่อว่า อัสแซสซิน-15 แอลเอช (ASASSN-15lh)

นักดาราศาสตร์ค้นพบอัสแซสซิน-15 แอลเอชเมื่อปีที่แล้ว และพบว่าวัตถุดวงนี้มีความสว่างมาก จนจัดว่าเป็นซูเปอร์โนวาที่สว่างที่สุดเท่าที่เคยพบเห็น สว่างมากเสียจนถึงกับต้องจัดเป็นซูเปอร์โนวาประเภทใหม่ เรียกว่า ซูเปอร์โนวาสว่างยิ่งยวด (superluminous supernova) มันมีความสว่างมากกว่าซูเปอร์โนวาที่ครองตำแหน่งสว่างที่สุดเดิมถึงสองเท่า และสว่างมากกว่าดาวทุกดวงในดาราจักรทางช้างเผือกรวมกันถึงยี่สิบเท่า

เรื่องที่นักดาราศาสตร์ให้ความสนใจมากกว่าเรื่องการจัดอันดับแชมป์ก็คือ วัตถุนี้ส่องสว่างมากถึงขนาดนี้ได้อย่างไร ด้วยกลไกการระเบิดแบบซูเปอร์โนวาเท่าที่นักดาราศาสตร์รู้จักก็ไม่น่าจะให้แสงสว่างได้ถึงระดับนี้

นักดาราศาสตร์คณะหนึ่งที่นำโดย จิออร์กอส เลโลอูดัส จากสถาบันวิทยาศาสตร์ไวซ์มันน์ อิสราเอล และศูนย์เอกภพวิทยามืด ประเทศเดนมาร์ก อาจพบคำตอบแล้ว

ชื่อที่น่าหวาดกลัวของวัตถุนี้มาจากชื่อย่อโครงการ อัสแซสซิน (ASAS-SN -- All Sky Automated Survey for SuperNovae) ซึ่งเป็นโครงการสำรวจซูเปอร์โนวาโดยใช้กล้องโทรทรรศน์ที่ควบคุมด้วยหุ่นยนต์หลายแห่งวางอยู่รอบโลก โครงการนี้สามารถถ่ายภาพท้องฟ้าได้ครบทั้งฟ้าภายในเวลาสองวัน นับจนถึงเดือนพฤศจิกายน 2559  โครงการนี้พบซูเปอร์โนวาใหม่แล้วไม่น้อยกว่า 400 ดวง

นักวิจัยคณะนี้ได้เฝ้าสังเกตแสงจากวัตถุนี้เป็นเวลาราวสิบเดือน โดยใช้ข้อมูลจากกล้องวีแอลทีจากหอสังเกตการณ์ปารานัลของอีเอสโอ กล้องเอ็นทีทีจากหอสังเกตการณ์ลาซียาของอีเอสโอ และกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล พบหลักฐานหลายอย่างที่บ่งชี้ว่าปรากฏการณ์นี้ไม่น่าจะเป็นซูเปอร์โนวาดังที่เคยคิดกันตั้งแต่ต้น เช่นพบว่าแหล่งกำเนิดแสงมาจากดาราจักรขนาดใหญ่สีแดงที่ค่อนข้างเงียบเหงา เป็นสิ่งแรกสนับสนุนว่าแหล่งกำเนิดแสงนี้ไม่น่าจะเป็นซูเปอร์โนวา เนื่องจากซูเปอร์โนวาระดับใหญ่มักเกิดในดาราจักรแคระสีน้ำเงินที่มีการกำเนิดดาวคึกคักมากกว่าที่จะเกิดในดาราจักรที่เงียบเหงาเช่นนี้ นอกจากนี้ยังพบว่าอุณหภูมิและความสว่างของแสงในย่านความถี่อัลตราไวโอเลตกลับมาเพิ่มสูงขึ้นในช่วงเวลาหนึ่ง ซึ่งยิ่งลดความน่าจะเป็นที่จะเป็นซูเปอร์โนวาลงไปอีก 

นักวิจัยคณะเดียวกันนี้เชื่อว่า อัสแซสซิน-15 แอลเอช ดูคล้ายกับปรากฏการณ์ ทำลายโดยแรงน้ำขึ้นลง (tidal disruption) มากกว่า ทฤษฎีใหม่นี้อธิบายว่า ที่ใจกลางดาราจักรต้นกำเนิดซึ่งอยู่ห่างจากโลกสี่พันล้านปีแสงนี้ มีหลุมดำยักษ์อยู่ เป็นหลุมดำที่มีมวลสูงมากซึ่งพบอยู่ตามใจกลางของดาราจักรขนาดใหญ่ทั่วไป เมื่อมีดาวฤกษ์เข้าไปใกล้ จะถูกแรงน้ำขึ้นลงของหลุมดำฉีกทึ้งจนยืดยาวเป็นเส้นพันรอบหลุมดำ ก่อนที่จะถูกดูดเข้าไปจนหมด กระบวนการนี้ทำให้แผ่ความร้อนและความสว่างออกมาอย่างฉับพลันคล้ายซูเปอร์โนวา แต่แน่นอนว่านี่ไม่ใช่ซูเปอร์โนวา เพราะดาวฤกษ์ดวงนั้นมีมวลน้อยเกินไป

ทฤษฎีนี้มีหลักฐานสนับสนุนหลายข้อ เช่นตำแหน่งของแสงที่อยู่ใกล้ใจกลางดาราจักรมาก และสเปกตรัมของแสงยังแสดงว่ามีไอออนที่เกิดขึ้นได้ในสภาพที่ร้อนจัดเท่านั้น เช่นไนโตรเจนที่เสียอิเล็กตรอนไปสี่ตัว ออกซิเจนที่เสียอิเล็กตรอนไปห้าตัว ไอออนเหล่านี้มักพบเมื่อหลุมดำยักษ์กลางดาราจักรกำลังกลืนแก๊สเข้าไป และเคยมีการพบไอออนจำพวกนี้ในปรากฏการณ์ทำลายโดยแรงน้ำขึ้นลงที่อื่นมาก่อน นอกจากนี้ยังพบว่าเส้นสเปกตรัมของไฮโดรเจนแผ่กว้างมาก ซึ่งแสดงถึงการเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วถึง 2,500 กิโลเมตรต่อวินาที ยิ่งเป็นการสนับสนุนทฤษฎีหลุมดำฉีกดาว

อย่างไรก็ตาม แม้นักวิจัยจะเชื่อว่าแหล่งกำเนิดแสงนี้ไม่ใช่ซูเปอร์โนวา แต่ก็ยอมรับว่าปรากฏการณ์ทำลายโดยแรงน้ำขึ้นลงธรรมดาก็ไม่อาจอธิบายปรากฏการณ์ระดับเหนือธรรมดาเช่นนี้ได้ทั้งหมด

มวลของดาราจักรที่เป็นต้นกำเนิดแสงนี้บ่งชี้ว่าหลุมดำยักษ์ที่ใจกลางของมันมีมวลไม่น้อยกว่า 100 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์ หลุมดำมวลระดับนี้แต่จะกลืนดาวเข้าไปแบบฮุบเดียวเข้าไปทันทีโดยไม่มีเวลามาฉีกให้ดาวได้เปล่งแสงวาบอะไรออกมา  

อย่างไรก็ตาม หากหลุมดำนี้หมุนรอบตัวเองอย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นหลุมดำชนิดพิเศษที่เรียกว่า หลุมดำเคอร์ (Kerr black hole) การฉีกดาวก็จะเป็นไปได้ เพราะเมื่อหลุมดำหมุนอย่างรวดเร็ว จะทำให้กลืนดาวได้ช้าลง เปิดโอกาสให้เกิดขั้นตอนของการฉีกดาวให้ดาวได้ส่องแสงจ้าออกมาก่อนที่จะถูกดูดเข้าไป

ปรากฏการณ์ที่หลุมดำดูดกลืนดาวฤกษ์เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดได้ยากมาก จนถึงปัจจุบันมีการสำรวจพบเพียงสิบครั้งเท่านั้น

"แม้เราไม่อาจยืนยันได้ว่าปรากฏการณ์นี้เกิดจากการทำลายโดยแรงน้ำขึ้นลงจริง แต่ก็ถือว่านี่เป็นทฤษฎีที่เป็นไปได้มากที่สุดในขณะนี้" เลโลอูดัสกล่าวทิ้งท้ายให้คิด

ภาพจำลองปรากฏการณ์ทำลายโดยแรงน้ำขึ้นลง

ภาพวาดตามจินตนาการของศิลปิน แสดงถึงดาวฤกษ์มวลระดับดวงอาทิตย์ดวงหนึ่งเข้ามาใกล้หลุมดำยักษ์ที่หมุนรอบตัวเองอย่างรวดเร็ว ความโน้มถ่วงของหลุมดำยักษ์ที่มีมวลระดับ 100 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์ได้ฉีกดาวฤกษ์นั้นจนยืดออกเป็นสาย แรงอัดและความร้อนที่เกิดขึ้นในเนื้อดาวฤกษ์ได้ทำให้เกิดแสงสว่างเจิดจ้าเป็นปรากฏการณ์อัสแซสซิน-15 แอลเอช (ASASSN-15lh)

ภาพวาดตามจินตนาการของศิลปิน แสดงถึงดาวฤกษ์มวลระดับดวงอาทิตย์ดวงหนึ่งเข้ามาใกล้หลุมดำยักษ์ที่หมุนรอบตัวเองอย่างรวดเร็ว ความโน้มถ่วงของหลุมดำยักษ์ที่มีมวลระดับ 100 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์ได้ฉีกดาวฤกษ์นั้นจนยืดออกเป็นสาย แรงอัดและความร้อนที่เกิดขึ้นในเนื้อดาวฤกษ์ได้ทำให้เกิดแสงสว่างเจิดจ้าเป็นปรากฏการณ์อัสแซสซิน-15 แอลเอช (ASASSN-15lh) (จาก ESO, ESA/Hubble, M. Kornmesser)

ตำแหน่งบนท้องฟ้าของ <wbr>อัสแซสซิน-15 <wbr>แอลเอช <wbr>ซึ่งได้ส่องสว่างขึ้นจนถึงอันดับ <wbr>17 <wbr>ในปลายเดือนพฤษภาคม <wbr>2558 <wbr><br />

ตำแหน่งบนท้องฟ้าของ อัสแซสซิน-15 แอลเอช ซึ่งได้ส่องสว่างขึ้นจนถึงอันดับ 17 ในปลายเดือนพฤษภาคม 2558 
(จาก Sky & Telescope diagram; source: Stellarium)

กราฟความสว่างของอัสแซสซิน-15 แอลเอช วงสีเขียวแสดงความสว่างของแสงขาว สีฟ้า แดง และเหลือง แสดงความสว่างของรังสีอัลตราไวโอเลต พบว่าขณะที่ความสว่างโดยรวมลดลงอย่างต่อเนื่อง กลับมาส่องสว่างมากขึ้นในย่านแสงอัลตราไวโอเลตที่ราววันที่ 90 นับจากวันที่สว่างสูงสุด

กราฟความสว่างของอัสแซสซิน-15 แอลเอช วงสีเขียวแสดงความสว่างของแสงขาว สีฟ้า แดง และเหลือง แสดงความสว่างของรังสีอัลตราไวโอเลต พบว่าขณะที่ความสว่างโดยรวมลดลงอย่างต่อเนื่อง กลับมาส่องสว่างมากขึ้นในย่านแสงอัลตราไวโอเลตที่ราววันที่ 90 นับจากวันที่สว่างสูงสุด (จาก Godoy-Rivera et al. 2016)