สมาคมดาราศาสตร์ไทย

ไขปัญหาซูเปอร์โนวาชนิด 1 เอ

ไขปัญหาซูเปอร์โนวาชนิด 1 เอ

14 ก.พ. 2547
รายงานโดย: วิมุติ วสะหลาย (wimut@hotmail.com)
ซูเปอร์โนวาชนิด เอ เป็นวัตถุท้องฟ้าที่มีประโยชน์ต่อวงการดาราศาสตร์อย่างมาก นักดาราศาสตร์ได้ใช้ซูเปอร์โนวาชนิดนี้เป็นดวงไฟมาตรฐานในการหาระยะทางของดาราจักรที่อยู่ห่างไกลหลายพันล้านปีแสง ทำให้ทราบอัตราขยายและการเปลี่ยนแปลงอัตราขยายของเอกภพ เมื่อ ปีก่อน ซูเปอร์โนวาชนิด เอนี้ก็มีบทบาทสำคัญในการค้นพบว่าเอกภพกำลังขยายด้วยอัตราเร่ง ไม่ใช่อัตราหน่วงอย่างที่เคยคิด นำมาสู่แนวคิดของพลังงานมืดอันลืนลั่น แต่ถึงอย่างนั้น นักดาราศาสตร์ก็ยังไม่เข้าใจวัตถุชนิดดีนัก

ซูเปอร์โนวาชนิด เอ คืออะไรกันแน่? นักวิทยาศาสตร์บางคนเชื่อว่าเกิดจากดาวแคระขาวได้รับมวลจากดาวฤกษ์สหายมากขึ้น ทำให้ความหนาแน่นและอุณหภูมิค่อย ๆ สูงขึ้นจนถึงจุดหนึ่ง นิวเคลียสของคาร์บอนจึงหลอมเป็นนิกเกิลกับเหล็ก เป็นปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ที่รุนแรงจนดาวทั้งดวงระเบิดกระจายออกไปจนหมด

แนวคิดนี้แม้จะฟังดูเข้าท่าแต่ก็มีปัญหา เพราะเมื่อไฮโดรเจนไหลลงมาสู่ผิวของดาวแคระขาว สิ่งที่น่าจะเกิดขึ้นคือปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ที่จุดนั้นทันที ส่องแสงสว่างจ้าเป็นที่รู้จักกันในชื่อ โนวาแบบฉบับ (classical nova) ซึ่งทำให้ไฮโดรเจนที่ไหลเข้ามาหายไปและอาจรวมถึงมวลของดาวแคระขาวบริเวณที่อยู่ใต้พื้นผิวบริเวณนั้นด้วย ในสถานการณ์เช่นนี้ ดาวแคระขาวน่าจะสูญเสียมวลมากกว่าที่จะได้สะสมมวล

ซัมเนอร์ สตารร์ฟีลด์จากมหาวิทยาลัยแอริโซนาสเตต มีคำอธิบายสำหรับเรื่องนี้ เมื่อต้นเดือนมกราคมนี้ สตาร์ฟิลด์ได้เสนอรายงานวิจัยของเขาต่อที่ประชุมสมาคมดาราศาสตร์อเมริกันที่แอตแลนตาว่า ดาวชนิดที่จะทำให้เกิดซูเปอร์โนวาชนิด เอจะต้องเป็นดาวคู่ชนิดพิเศษที่เรียกว่า แหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์อ่อนพิเศษ (supersoft X-ray source) 

ดาวแคระขาวในแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์อ่อนพิเศษจะร้อนมาก มีอุณหภูมิราว 500,000-700,000 องศาเซลเซียส ซึ่งแผ่รังสีเอกซ์ออกมามาก แต่ก็เป็นรังสีเอกซ์พลังงานต่ำ อันเป็นที่มาของชื่อวัตถุชนิดนี้ เมื่อดาวแคระขาวในแหล่งนี้มีอุณหภูมิสูงถึงระดับหนึ่ง จะสามารถหลอมไฮโดรเจนที่ไหลเข้ามาถึงผิวดาวแคระขาวให้กลายเป็นฮีเลียมได้อย่างต่อเนื่อง แทนที่จะปล่อยให้ไฮโดรเจนลอยสะสมอยู่บนผิวดาวจนลุกจ้าแบบโนวา

จากการสร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ สตารร์ฟิลด์ได้สร้างดาวแคระขาวที่อยู่ในช่วงที่ใกล้ระเบิดเป็นซูเปอร์โนวามากแล้วเฝ้ามองความเปลี่ยนแปลงพบว่าไม่เพียงแต่ไฮโดรเจนหลอมเป็นฮีเลียมที่บริเวณผิว (ลึกไม่เกิน กิโลเมตร) ของดาวแคระขาวเท่านั้น แต่ฮีเลียมยังมีการหลอมไปเป็นคาร์บอนและธาตุหนักอื่น ๆ ต่อไปอีก กระบวนการเช่นนี้ยังช่วยอธิบายปริศนาซูเปอร์โนวาชนิด เออีกข้อหนึ่ง เนื่องจากสสารเกือบทั้งหมดในเอกภพคือไฮโดรเจน รวมถึงสสารที่ไหลลงสู่ผิวดาวแคระขาวนี้ด้วย แต่สเปกตรัมของซูเปอร์โวาชนิด เอที่พบมาแทบไม่พบสเปกตรัมของไฮโดรเจนหรือฮีเลียม นั่นแสดงว่าไฮโดรเจนและฮีเลียมหลอมไปเป็นธาตุอื่นทันทีที่สัมผัสผิวดาวแคระขาว

ซูเปอร์โนวา (จุดทางซ้ายล่าง) 1994D เกิดขึ้นในดาราจักรเอ็นจีซี 4526 เกิดขึ้นจากดาวแคระขาวระเบิด มีความสว่างมากกว่าดาราจักรทั้งดาราจักร (ภาพจาก NASA)

ซูเปอร์โนวา (จุดทางซ้ายล่าง) 1994D เกิดขึ้นในดาราจักรเอ็นจีซี 4526 เกิดขึ้นจากดาวแคระขาวระเบิด มีความสว่างมากกว่าดาราจักรทั้งดาราจักร (ภาพจาก NASA)

แผนภาพแสดงขั้นตอนการเกิดซูเปอร์โนวาชนิด 1 เอ เมื่อดาวดวงหนึ่งในระบบดาวคู่มวลต่ำกลายเป็นดาวแคระขาว และดาวสหายอยู่ใกล้มาก มวลของดาวสหายจะถูกดาวแคระขาวดึงเอาไป เมื่อมวลของดาวแคระขาวมากขึ้นจนถึงจุด ๆ หนึ่งจะเกิดปฏิกิริยาหลอมนิวเคลียสที่แกนจนเป็นซูเปอร์โนวา (ภาพจาก S&T/Gregg Dinderman)

แผนภาพแสดงขั้นตอนการเกิดซูเปอร์โนวาชนิด 1 เอ เมื่อดาวดวงหนึ่งในระบบดาวคู่มวลต่ำกลายเป็นดาวแคระขาว และดาวสหายอยู่ใกล้มาก มวลของดาวสหายจะถูกดาวแคระขาวดึงเอาไป เมื่อมวลของดาวแคระขาวมากขึ้นจนถึงจุด ๆ หนึ่งจะเกิดปฏิกิริยาหลอมนิวเคลียสที่แกนจนเป็นซูเปอร์โนวา (ภาพจาก S&T/Gregg Dinderman)

ที่มา: