นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบว่าการระเบิดพลังงานลึกลับที่เรียกว่าการระเบิดวิทยุเร็ว (FRB) อาจเกิดขึ้นเมื่อดาวเคราะห์น้อยพุ่งชนดาวฤกษ์ที่ตายแล้วหนาแน่นมากเป็นพิเศษที่เรียกว่าดาวนิวตรอน การปะทะกันดังกล่าวทำให้เกิดพลังงานเพียงพอต่อความต้องการพลังงานของมนุษยชาติเป็นเวลา 100 ล้านปี!
FRBเป็นพัลส์ชั่วคราวของ
คลื่นวิทยุซึ่งสามารถคงอยู่ได้ตั้งแต่เสี้ยววินาทีไปจนถึงไม่กี่วินาที ในช่วงเวลานี้ FRB สามารถปล่อยพลังงานในปริมาณเท่ากันที่จะใช้
ดวงอาทิตย์หลายวันเพื่อเปล่งประกาย
การสังเกต FRB ครั้งแรกในปี 2550 และตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา การระเบิดของพลังงานเหล่านี้ยังคงรักษารัศมีแห่งความลึกลับเอาไว้ เนื่องจากตรวจพบไม่บ่อยนักจนถึงปี 2560 นั่นคือปีที่การทดลองทำแผนที่ความเข้มของไฮโดรเจนของแคนาดา (เสียงระฆัง) ออนไลน์และเริ่มค้นพบ FRB บ่อยครั้ง
"จนถึงขณะนี้ FRB ท้าทายคำอธิบาย โดยมีสมมติฐานที่เป็นไปได้มากกว่า 50 ข้อว่ามาจากไหน - เรานับแล้ว!" หัวหน้าทีมและนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยโตรอนโต ดัง ฟาม กล่าวกับ Space.com
การเชื่อมต่อที่เป็นไปได้ระหว่าง FRB และชนเข้ากับดาวนิวตรอน เคยมีคนแนะนำมาก่อน การวิจัยใหม่นี้โดย Pham และเพื่อนร่วมงานช่วยเสริมความเชื่อมโยงดังกล่าวให้แข็งแกร่งยิ่งขึ้น
“เป็นที่รู้กันมานานหลายปีแล้วว่าดาวเคราะห์น้อยและดาวหางพุ่งชน
ดาวนิวตรอนสามารถทำให้เกิดสัญญาณคล้าย FRB ได้ แต่จนถึงขณะนี้ ยังไม่ชัดเจนว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นบ่อยเพียงพอทั่วทั้งเอกภพหรือไม่ที่จะอธิบายอัตราที่เราสังเกตเห็น FRB เกิดขึ้น" ฟามกล่าว "เราได้แสดงให้เห็นว่าวัตถุระหว่างดวงดาว (ISO) ที่ถูกศึกษาอยู่ ดาวเคราะห์น้อยและดาวหางที่คิดว่ามีอยู่ระหว่างดาวฤกษ์ในกาแล็กซีทั่วทั้งจักรวาล อาจมีมากพอที่จะทำให้การชนกับดาวนิวตรอนสามารถอธิบาย FRB ได้!"
ฟามเสริมว่า การวิจัยของทีมยังแสดงให้เห็นคุณสมบัติอื่นๆ ที่คาดหวังของผลกระทบเหล่านี้ ซึ่งสอดคล้องกับการสังเกต FRB เช่น ระยะเวลา พลังงาน และอัตราที่จะเกิดขึ้นในช่วง
คำถามคือ: แม้ว่าการชนของดาวเคราะห์น้อยสามารถสร้างความเสียหายได้ (ลองถาม
ไดโนเสาร์) พวกมันจะปล่อยพลังงานในปริมาณเท่ากันที่ดาวฤกษ์ใช้เวลาหลายวันในการแผ่รังสีได้อย่างไร
ดาวฤกษ์ที่รุนแรงหมายถึงการระเบิดที่รุนแรง
ดาวนิวตรอนถูกสร้างขึ้นเมื่อดาวมวลมากตายและแกนกลางของพวกมันพังทลายลง ทำให้เกิดวัตถุหนาแน่นที่มีมวลดวงอาทิตย์ ซึ่งอัดแน่นอยู่ในความกว้างไม่ใหญ่กว่าเมืองทั่วไปบนโลก
ผลที่ได้คือเศษซากดาวฤกษ์ที่มีคุณสมบัติสุดขั้ว เช่น สสารที่หนาแน่นที่สุดในจักรวาล (หนึ่งช้อนชาจะหนัก 10 ล้านตันหากนำมาสู่โลก) และสนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่งที่สุดในจักรวาล ซึ่งมีพลังมากกว่าโลกหลายล้านล้านเท่า สนามแม่เหล็ก
“ดาวนิวตรอนเป็นสถานที่สุดขั้ว โดยมีมวลดวงอาทิตย์บีบตัวเป็นทรงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 20 กม. ทำให้พวกมันมีสนามแม่เหล็กและแรงโน้มถ่วงที่แข็งแกร่งที่สุดในจักรวาล” สมาชิกในทีมและนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์มหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ด แมทธิว ฮอปกินส์ บอกกับ Space.com “ซึ่งหมายความว่าพลังงานศักย์จำนวนมหาศาลจะถูกปล่อยออกมาเมื่อดาวเคราะห์น้อยหรือดาวหางตกลงมาสู่ดวงหนึ่ง ในรูปของคลื่นวิทยุที่สว่างพอที่จะมองเห็นได้ทั่วทั้งจักรวาล”
เรากำลังพูดถึงพลังงานเท่าไหร่ที่นี่? เพื่อพิจารณาสิ่งนี้ เรามาเปลี่ยนดาวเคราะห์น้อยเป็นอะไรที่หวานกว่ากัน
ตาม
ศูนย์การบินก็อดดาร์ดของ NASAถ้ามาร์ชแมลโลว์ขนาดปกติถูกทิ้งลงบนพื้นผิวดาวนิวตรอน อิทธิพลแรงโน้มถ่วงของดาวที่ตายแล้วนั้นยิ่งใหญ่มากจนขนมจะเร่งความเร็วเป็นล้านไมล์ต่อชั่วโมง นั่นหมายความว่าเมื่อมาร์ชแมลโลว์ชนดาวนิวตรอน การชนจะปล่อยพลังงานออกมาเทียบเท่ากับการระเบิดของระเบิดไฮโดรเจนนับพันลูกพร้อมกัน!
ปริมาณพลังงานที่ดาวเคราะห์น้อย/ดาวนิวตรอนพุ่งชนกันนั้นขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย
“พลังงานที่ปล่อยออกมานั้นขึ้นอยู่กับขนาดของดาวเคราะห์น้อยและความแรงของสนามแม่เหล็กบนดาวนิวตรอน ซึ่งทั้งสองอย่างนี้สามารถแปรผันได้มากตามขนาดหลายระดับ” ฮอปกินส์กล่าวเสริม “สำหรับก
ดาวเคราะห์น้อยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.62 ไมล์ (1 กม.)และดาวนิวตรอนที่มีความแรงของสนามแม่เหล็กที่พื้นผิวมากกว่าหนึ่งล้านล้านเท่าของความแรงของสนามแม่เหล็กของโลก เราคำนวณพลังงานที่ปล่อยออกมาจะอยู่ที่ประมาณ 10^29 จูล (ซึ่งก็คือ 10 ตามด้วยศูนย์ 28 ตัว)
“นี่เป็นจำนวนมหาศาล ประมาณหนึ่งร้อยล้านเท่าของพลังงานทั้งหมดที่มนุษยชาติใช้ตลอดหนึ่งปี!”
เห็นได้ชัดว่าดาวเคราะห์น้อยที่ชนดาวนิวตรอนสามารถปล่อยพลังงานมากพอที่จะอธิบาย FRB ได้ แต่การชนเหล่านี้เกิดขึ้นบ่อยพอที่จะอธิบายการสังเกตการณ์ของ FRB หรือไม่
ดาวเคราะห์น้อยสามารถ 'โจมตีคอมโบ' ดาวนิวตรอนเพื่อสร้าง FRB ซ้ำได้หรือไม่
นักดาราศาสตร์ได้ตรวจพบ FRB จากทั่วท้องฟ้า โดยนักวิทยาศาสตร์บางคนประมาณการณ์ไว้10,000 FRBอาจเกิดขึ้นได้ตามจุดสุ่มบนท้องฟ้าเหนือโลกในแต่ละวัน หากทีมนี้พูดถูก นั่นแสดงว่ามีการชนกันมากมายระหว่างดาวนิวตรอนและดาวเคราะห์น้อย
หินระหว่างดวงดาวมีมากมายเพียงพอในนั้นอย่างแน่นอนเพื่อพิจารณาอัตรานี้ มีประมาณ 10^27 ตัว (10 ตัวตามด้วยศูนย์ 26 ตัว) ในกาแล็กซีของเราเพียงแห่งเดียว แต่สิ่งเหล่านี้พบดาวนิวตรอนบ่อยแค่ไหน?
“การชนกันระหว่างดาวนิวตรอนหนึ่งดวงกับวัตถุระหว่างดวงดาวนั้นเกิดขึ้นได้ยาก เราประเมินว่ามันจะเกิดการชนกันหนึ่งครั้งทุกๆ 10 ล้านปีใน” ฟามกล่าว “อย่างไรก็ตาม มีดาวนิวตรอนมากมายในกาแลคซี และก็มีกาแลคซีมากมาย! เมื่อนำมารวมกัน เราพบว่าอัตราการชนกันของวัตถุระหว่างดวงดาวและดาวนิวตรอนในจักรวาลเทียบได้กับอัตรา FRB ที่สังเกตได้ในปัจจุบัน"
นอกจากนี้ นักวิจัยยังชี้ให้เห็นว่าจำนวนดาวนิวตรอนและวัตถุระหว่างดวงดาวเพิ่มขึ้นตลอดอายุของจักรวาล นั่นหมายถึงอัตราของดาวนิวตรอนและการชนกันของวัตถุระหว่างดวงดาวควรเพิ่มขึ้นตามเวลาจักรวาลด้วย
“หากแบบจำลองนี้เป็นจริง เราควรสังเกตอัตรา FRB ที่เพิ่มขึ้นเมื่อเอกภพมีอายุมากขึ้น” ฟามกล่าว “นี่ยังคงเป็นคำถามวิจัยแบบเปิดที่อาจได้รับประโยชน์จากการสังเกตเพิ่มเติม!”
แม้ว่าทฤษฎีนี้ถูกต้อง แต่ก็ไม่ได้ตอบทุกอย่างเกี่ยวกับ FRB สาเหตุหลักมาจากมีการระเบิดของคลื่นวิทยุที่มีพลังเหล่านี้อยู่สองประเภท
จนถึงตอนนี้ เราได้พูดถึง FRB ที่เกิดขึ้นครั้งเดียวแล้ว อย่างไรก็ตามยังมีทำซ้ำ FRBที่ดับไปมากกว่าหนึ่งครั้ง การรุกรานของดาวเคราะห์น้อยสามารถอธิบาย FRB ซ้ำได้หรือไม่
"เราพบว่าแบบจำลองนี้ไม่สามารถอธิบาย FRB ซ้ำได้ เนื่องจากดาวนิวตรอนชนกับหินระหว่างดาวเป็นเหตุการณ์สุ่มที่เกิดขึ้นได้ยาก" ฮอปกินส์อธิบาย เป็นเรื่องยากที่ดาวนิวตรอนแต่ละดวงจะชนกับวัตถุระหว่างดวงดาว เมื่อเปรียบเทียบกัน โดยทั่วไปแล้ว FRB ที่เกิดซ้ำจะเกิดขึ้นในอัตราที่เร็วกว่ามาก โดยที่บางดวงสังเกตว่ามีความเร็วถึงสองครั้งต่อชั่วโมง!”
การวิจัยก่อนหน้านี้ได้เสนอแนะว่าหาก FRB ที่เกิดขึ้นครั้งเดียวเกิดจากการชนกันระหว่างดาวนิวตรอนกับดาวเคราะห์น้อย FRB ที่เกิดขึ้นซ้ำอาจเป็นตัวแทนของดาวที่ตายแล้วเหล่านี้ชนกับ แถบดาวเคราะห์น้อยเช่นเดียวกับที่อยู่ในของเราระหว่างและ
“ยังคงมีการถกเถียงกันเกี่ยวกับแนวคิดนี้ โดยเฉพาะเรื่องความหนาแน่นของเศษซากเหล่านี้ สถานการณ์นี้อยู่นอกเหนือสิ่งที่เราพิจารณาในแบบจำลองของเรา ซึ่งก็คือดาวนิวตรอนชนกับวัตถุระหว่างดาว” ฟามกล่าว "จำเป็นต้องมีการสังเกตเพิ่มเติมเพื่อทำความเข้าใจกลไกการปล่อยก๊าซของ FRB และแหล่งที่มา"
ฟามและฮอปกินส์ชี้ให้เห็นว่าอัตราการชนกันของวัตถุดาวนิวตรอนและวัตถุระหว่างดาวจะขึ้นอยู่กับชนิดของกาแลคซี เช่นที่พวกเขาเกิดขึ้น นั่นหมายความว่านักดาราศาสตร์จะต้องสังเกต FRB มากขึ้นและติดตามพวกมันกลับไปยังกาแลคซีต้นสังกัดเพื่อพิจารณาว่ากาแลคซีประเภทใดที่เกี่ยวข้องกับการระเบิดพลังงานเหล่านี้มากที่สุด
"การทำความเข้าใจวิวัฒนาการของอัตรา FRB ในช่วงเวลาจักรวาลสามารถช่วยให้เราเข้าใจโมเดลนี้มากขึ้น" ฟามกล่าวเสริม “การสำรวจ FRB เพิ่มเติมยังอาจวางข้อจำกัดมากขึ้นเกี่ยวกับความคึกคักของเหตุการณ์เหล่านี้ ซึ่งจะแจ้งให้เราทราบว่า FRB ถูกปล่อยออกมาอย่างไร” ทีมวิจัยบอกกับ Space.com ว่าจะดำเนินการนี้กับโครงการสังเกตการณ์ FRB เช่นเสียงระฆัง, หอดูดาวไฮโดรเจนของแคนาดาและเครื่องตรวจจับชั่วคราวด้วยคลื่นวิทยุ (CHORD) และเครื่องค้นหาเส้นทางอาร์เรย์กิโลเมตรของออสเตรเลีย (ASKAP)
“งานเพิ่มเติมเพื่อจำกัดว่ากาแลคซีที่มีประชากรอาศัยอยู่กับวัตถุระหว่างดาวจะให้ข้อมูลที่ดีขึ้นว่าดาวนิวตรอนสามารถชนกับวัตถุเหล่านี้ในจักรวาลได้บ่อยแค่ไหน” ฟามสรุป
ผลงานของทีมได้รับการยอมรับให้ตีพิมพ์ใน Astrophysical Journal เอกสารของทีมฉบับพิมพ์ล่วงหน้ามีอยู่ที่ไซต์พื้นที่เก็บข้อมูลอาร์เอ็กซ์-
โพสต์ครั้งแรกเมื่อสเปซดอทคอม-
