กล้องโทรทรรศน์รังสีแกมมาแฟร์มีของ NASA ระบุสิ่งที่อาจเป็นสัญญาณแรกที่ได้รับการยืนยันของซูเปอร์โนวาเรืองแสงที่ขับเคลื่อนโดยแมกนีตาร์ ซึ่งเป็นดาวนิวตรอนที่มีสนามแม่เหล็กที่รุนแรงเป็นพิเศษ เหตุการณ์นี้เรียกว่า SN 2017egm เกิดขึ้นห่างออกไป 440 ล้านปีแสง และแสดงถึงความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการทำความเข้าใจการระเบิดที่รุนแรงที่สุดครั้งหนึ่งในจักรวาล การค้นพบนี้ตีพิมพ์ในวารสาร Astronomy & Astrophysics ยุติการค้นหาสัญญาณรังสีแกมมาในข้อมูล Fermi เกือบ 2 ทศวรรษ
ทีมนักวิจัยนานาชาติ นำโดย Fabio Acero จากศูนย์วิจัยวิทยาศาสตร์แห่งชาติฝรั่งเศส (CNRS) และมหาวิทยาลัย Paris-Saclay ได้วิเคราะห์การสำรวจหลายปีเพื่อยืนยันความเชื่อมโยงระหว่างซูเปอร์โนวากับแมกนีตาร์ การค้นพบนี้ถือเป็นการตรวจจับลักษณะนี้ขั้นสุดท้ายเป็นครั้งแรก แม้ว่านักวิจัยจะรายงานเบาะแสก่อนหน้านี้ระหว่างการค้นหาครั้งก่อนๆ ก็ตาม
กลไกการระเบิดในซุปเปอร์โนวาเรืองแสงพิเศษ
ซูเปอร์โนวาของการยุบตัวของแกนกลางเกิดขึ้นเมื่อดาวมวลมากหมดเชื้อเพลิงที่จำเป็นต่อการดำรงแกนกลางของมัน หากไม่มีแหล่งพลังงานนี้ แรงโน้มถ่วงจะทำให้แกนกลางยุบตัวและทำให้เกิดการระเบิดอย่างรุนแรง การยุบตัวอาจทิ้งดาวนิวตรอนหรือหลุมดำไว้ข้างหลัง ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไข ในขณะที่ดาวดวงอื่นๆ ถูกเหวี่ยงออกไปในอวกาศจนกลายเป็นเมฆก๊าซร้อนจัดที่กำลังขยายตัว
ตลอด 20 ปีที่ผ่านมา นักดาราศาสตร์ได้ระบุตัวอย่างที่ทรงพลังผิดปกติประมาณ 400 ตัวอย่างที่เรียกว่าซุปเปอร์โนวาเรืองแสงยิ่งยวด การระเบิดที่หายากเหล่านี้สามารถส่องแสงที่มองเห็นได้สว่างกว่าซุปเปอร์โนวาทั่วไปอย่างน้อย 10 เท่า SN 2017egm ซึ่งสังเกตการณ์ในปี 2560 ปะทุในกาแลคซี NGC 3191 ในกลุ่มดาวหมีใหญ่ แม้จะอยู่ห่างออกไป 440 ล้านปีแสง มันก็ยังคงเป็นซุปเปอร์โนวาเรืองแสงระดับซุปเปอร์โนวาที่อยู่ใกล้ที่สุดที่เคยพบเห็นบนโลก
ในปี 2024 นักวิจัยนำโดย Li Shang จากมหาวิทยาลัย Anhui ในเมืองเหอเฟย ประเทศจีน แนะนำว่ากล้องโทรทรรศน์บริเวณกว้างแฟร์มีสามารถตรวจพบรังสีแกมมาจากเหตุการณ์นี้หลายปีหลังจากการปะทุครั้งแรก การสังเกตการณ์นี้ปูทางไปสู่การวิเคราะห์เชิงลึกเกี่ยวกับข้อมูลที่สะสมโดยอุปกรณ์ตลอดการปฏิบัติงาน
Magnetars: เครื่องยนต์จักรวาลสุดขั้ว
นักวิทยาศาสตร์ถกเถียงกันมานานแล้วว่าอะไรที่ทำให้ซุปเปอร์โนวาเรืองแสงมีความสว่างเป็นพิเศษ คำอธิบายหลักประการหนึ่งเกี่ยวข้องกับแมกนีตาร์ ซึ่งเป็นดาวนิวตรอนที่มีสนามแม่เหล็กแรงที่สุดที่รู้จักในจักรวาล สนามแม่เหล็กของพวกมันมีความเข้มข้นมากกว่าดาวนิวตรอนทั่วไปถึง 1,000 เท่า และมีพลังงานมากกว่าแม่เหล็กติดตู้เย็นประมาณ 10 ล้านล้านเท่า
การวิจัยเกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์โดยละเอียดของทั้งแสงที่มองเห็นและสัญญาณรังสีแกมมาจาก SN 2017egm ข้อมูลถูกนำมาเปรียบเทียบกับแบบจำลองทางทฤษฎีต่างๆ ที่พัฒนาโดยผู้ทำงานร่วมกันระหว่างประเทศ แบบจำลองหนึ่งที่สร้างขึ้นโดย Indrek Vorm จากมหาวิทยาลัย Tartu ในเอสโตเนียและ Brian Metzger จากมหาวิทยาลัยโคลัมเบียในนิวยอร์ก ตรวจสอบว่ารังสีและอนุภาคจากสนามแม่เหล็กที่เพิ่งก่อตัวใหม่เคลื่อนที่ผ่านเศษซากซูเปอร์โนวาที่กำลังขยายตัวได้อย่างไร
นักวิจัยเชื่อว่าแมกนีทาร์ที่เพิ่งสร้างใหม่สามารถหมุนได้หลายร้อยครั้งต่อวินาที ความเร็วอันน่าเหลือเชื่อนี้ทำให้เกิดการไหลเวียนอันทรงพลังของอิเล็กตรอนและโพซิตรอน ซึ่งเป็นเวอร์ชันปฏิสสารของอิเล็กตรอน อนุภาคเหล่านี้ร่วมกันสร้างเมฆขนาดมหึมาของวัสดุพลังงานสูงที่เรียกว่าเนบิวลาลมแมกนีตาร์
การสร้างรังสีแกมมาและกระบวนการหลบหนีของรังสี
ภายในเนบิวลานี้ ปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคสามารถสร้างรังสีแกมมาได้หลายวิธี อิเล็กตรอนและโพซิตรอนสามารถชนกันและกลายเป็นโฟตอนของรังสีแกมมา ในขณะที่รังสีแกมมาเองก็สามารถชนกันและสร้างอนุภาคใหม่ได้ ขณะที่ปฏิกิริยาเหล่านี้ดำเนินต่อไป พลังงานรังสีแกมมาส่วนใหญ่จะติดอยู่ภายในเศษซุปเปอร์โนวาและถูกแปลงเป็นแสงที่มองเห็นได้พลังงานต่ำ ช่วยให้การระเบิดมีความสว่างเป็นพิเศษ
จากข้อมูลของ Acero ประมาณ 3 เดือนหลังจากการล่มสลาย เมื่อเศษซูเปอร์โนวาขยายตัวและเย็นลง รังสีแกมมาก็เริ่มรั่วไหลสู่อวกาศ แบบจำลองแมกนีทาร์จะสร้างความสว่างของซูเปอร์โนวาและเวลาการมาถึงของรังสีแกมมาในช่วงสองสามเดือนแรกได้ดีที่สุด อย่างไรก็ตาม นักวิจัยมองเห็นโอกาสที่จะปรับปรุงได้ในช่วงต่อๆ ไป เมื่อแสงที่มองเห็นหายไปค่อนข้างไม่สม่ำเสมอ
ผลการวิจัยชี้ให้เห็นว่ากระบวนการเพิ่มเติมน่าจะส่งผลต่อซูเปอร์โนวาในช่วงที่ความสว่างลดลงเป็นเวลานาน สิ่งเหล่านี้อาจรวมถึงวัตถุที่ถอยกลับไปหาสนามแม่เหล็กและการชนกันระหว่างคลื่นกระแทกที่ขยายตัวกับสสารที่ดาวฤกษ์พุ่งออกมาหลายศตวรรษก่อนที่มันจะระเบิด
ข้อสังเกตในอนาคตและความร่วมมือระหว่างประเทศ
Guillem Martí-Devesa นักวิจัยที่เคยอยู่ที่มหาวิทยาลัย Trieste ในอิตาลี และปัจจุบันเป็นนักวิจัยที่สถาบันวิทยาศาสตร์อวกาศในบาร์เซโลนา ประเทศสเปน ได้ประสานงานในการค้นหารังสีแกมมาสำหรับซุปเปอร์โนวาซูเปอร์โนวาเรืองแสงที่อยู่ใกล้ที่สุด 6 ดวงที่สังเกตได้ในช่วง 16 ปีแรกของภารกิจ Fermi มีเพียง SN 2017egm เท่านั้นที่แสดงหลักฐานรังสีแกมมา ซึ่งยืนยันข้อเสนอแนะก่อนหน้านี้ว่าซูเปอร์โนวาบางดวงอาจส่องสว่างในรังสีแกมมาพอๆ กับในแสงที่ตามองเห็น
การศึกษานี้สำรวจว่าหอสังเกตการณ์ในอนาคตสามารถตรวจพบเหตุการณ์ที่คล้ายกันได้หรือไม่ นักวิจัยพบว่าหอดูดาว Cerenkov Telescope Array Observatory ที่กำลังจะมีขึ้นน่าจะสามารถตรวจพบซุปเปอร์โนวาเช่น SN 2017egm ในระยะทางประมาณ 500 ล้านปีแสง โดยใช้เวลาในการสังเกตประมาณ 50 ชั่วโมง
- ความสามารถในการตรวจจับ: กล้องโทรทรรศน์เจเนอเรชันหน้าจะตรวจจับซุปเปอร์โนวาในระยะไกลมากขึ้น
- ความเข้มของสนามแม่เหล็ก: สนามแม่เหล็กมีสนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่งกว่าแม่เหล็กทั่วไปถึง 10 ล้านล้านเท่า
- ความสว่างสัมพัทธ์: ซุปเปอร์โนวาเรืองแสงพิเศษ ส่องสว่างมากกว่าซุปเปอร์โนวาธรรมดาถึง 10 เท่า
- ระยะเวลาเรียน: การวิเคราะห์ครอบคลุมการดำเนินงาน 16 ปีแรกของ Fermi
- การค้นพบครั้งก่อน: ซูเปอร์โนวาใกล้เคียงเพียง 1 ใน 6 แห่งแสดงสัญญาณรังสีแกมมาที่ยืนยันแล้ว
ภารกิจแฟร์มีเป็นส่วนหนึ่งของเครือข่ายหอสังเกตการณ์ของ NASA ซึ่งออกแบบมาเพื่อติดตามเหตุการณ์การเปลี่ยนแปลงในจักรวาล และช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจวิธีการทำงานของปรากฏการณ์จักรวาลได้ดีขึ้น ความร่วมมือในอนาคตระหว่างหอดูดาวภาคพื้นดินและกล้องโทรทรรศน์อวกาศของ NASA จะเผยให้เห็นมากยิ่งขึ้นเกี่ยวกับการระเบิดของดวงดาวที่รุนแรงและวัตถุสุดขั้วที่ซ่อนอยู่ภายในนั้น
Judy Racusin รองหัวหน้านักวิทยาศาสตร์ของโครงการ Fermi ที่ศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดของ NASA ในเมืองกรีนเบลต์ รัฐแมริแลนด์ กล่าวว่ากลไกเครื่องยนต์แกนแม่เหล็กที่อธิบายไว้ในการศึกษานี้สร้างขึ้นจากความก้าวหน้าเชิงสังเกตและทางทฤษฎีมากมายในสนามแม่เหล็กในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา การสังเกตรังสีแกมมาจากซูเปอร์โนวาจะเป็นแนวทางใหม่ในการสำรวจกลไกภายในของซุปเปอร์โนวาและเพิ่มพูนความรู้เกี่ยวกับการปรากฎการณ์สุดขั้วของจักรวาล