กาล-อวกาศโค้งงอรอบ "ดาวนิวตรอน" ตาม "ไอน์สไตน์" ทำนาย

นิวไซน์แอนทิสต์/ไซน์เดลี/สเปซด็อทคอม- กาลอวกาศโค้งงอรอบ "ดาวนิวตรอน" เป็นไปตามไอน์สไตน์ทำนาย นักดาราศาสตร์ใช้เป็นห้องแล็บนอกโลกศึกษา "ควาร์ก" และระบุขนาดซากดาวที่ตายแล้ว

สุธิป ภัททาชาริยา (Sudip Bhattacharyya) และคณะจากศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ด (Goddard Space Flight Center) ขององค์การบริหารการบินอวกาศสหรัฐ (นาซา) ได้ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศรังสีเอ็กซ์นิวตัน XMM ขององค์การบริหารการบินอวกาศยุโรป (อีซา) ศึกษาระบบดาวคู่ของเซอร์เปนส์ เอ็กซ์-1 (Serpen X-1) ซึ่งอยู่ไกลออกไป 26,000 ปีแสง

ในระบบดาวคู่ดังกล่าวมีดาวนิวตรอนที่กำลังดูดวัตถุต่างๆ จากดาวรอบข้าง จนเกิดก๊าซร้อนหมุนวนจนกลายเป็นแผ่นจานอยู่รอบๆ และนักวิจัยสามารถวัดสเปกตรัมของอะตอมเหล็กได้ดีกว่าที่เคยวัดได้ โดยอะตอมเหล็กเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 40% ของความเร็วแสงซึ่งเพียงพอให้กล้องนิวตัน XMM ที่โคจรอยู่นอกโลกตรวจวัดได้ ซึ่งจากการทำนายโดยอาศัยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป วัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงสัมพัทธ์กับผู้สังเกตจะแพร่กระจายความเข้มแสงออกมา

"ในส่วนของแผ่นก๊าซที่เข้าใกล้ผู้สังเกตนั้นได้แผ่รังสีออกมาจำนวนมากกว่าในส่วนของที่เคลื่อนที่หนีออกไป" ท็อด สตรอห์เมเยอร์ (Tod Strohmayer) หนึ่งในทีมวิจัยกล่าว

อย่างไรก็ดีแสงที่แผ่ออกมาจากแผ่นก๊าซที่หมุนวนรอบดาวนิวตรอนนั้นก็สูญเสียพลังงานด้วย และได้เลื่อนไปสู่ความยาวคลื่นที่สูงกว่าคือขยับไปสู่ความยาวคลื่นในช่วงเสปกตรัมของแสงสีแดงมากขึ้น ทั้งนี้เพราะแสงดังกล่าวหนีออกจากแรงโน้มถ่วงอันทรงพลังของดาวนิวตรอนที่หนาแน่นได้ยาก

ผลลัพธ์ดังกล่าวเรียกว่าการเลื่อนไปทางสีแดงอันเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (gravitational redshift) ซึ่งเป็นสิ่งที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstien) ได้ทำนายไว้ว่าความโน้มถ่วงได้โค้งงอกาล-อวกาศ (Space-time) อีกทั้งเส้นสเปกตรัมที่เลอะเทอะและผิดเพี้ยนของธาตุเหล็กจากดาวนิวตรอนที่วัดได้ยังเป็นผลจากปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ (Doppler effect)

ก่อนหน้านี้กล้องโทรทรรศน์รังสีเอ็กซ์จากหลายแห่งสามารถบันทึกสเปกตรัมของธาตุเหล็กรอบดาวนิวตรอนได้ แต่ยังขาดความไวที่จะวัดรายละเอียดรูปร่างของสเปกตรัม แต่ด้วยกระจกเงาบานใหญ่ของกล้องโทรทรรศน์นิวตันทำให้ภัททาชาริยาและสตรอห์เมเยอร์พบภาพสเปกตรัมของเหล็กถูกขยายแบบอสมมาตร (asymmetric) ด้วยแก๊สที่มีความเร็วสูงสุดขีดดังกล่าว

"เราเคยเห็นสเปกตรัมที่ไม่สมมาตรจากหลุมดำหลายๆ แห่ง แต่ครั้งนี้เป็นการยืนยันครั้งแรกว่าดาวนิวตรอนก็ทำให้เกิดสเปกตรัมที่ไม่สมมาตรได้เช่นกัน ซึ่งแสดงให้เห็นว่าดาวนิวตรอนดึงสสารมารวมไม่ต่างจากหลุมดำ และช่วยให้เรามีเครื่องมือใหม่ที่จะพิสูจน์ทฤษฎีของไอน์สไตน์" สตรอห์เมเยอร์กล่าว

จากการจับเวลาการเคลื่อนที่อะตอมเหล็กในแถบกลมรอบดาวนิวตรอน ทีมวิจัยประมาณว่าดาวนิวตรอนมีเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 33 กิโลเมตร โดยพวกเขาเห็นว่าก๊าซกำลังรวมกันเป็นแผ่นจานรอบๆ พื้นผิวด้านนอกของดาวนิวตรอน โดยที่ขอบด้านในไม่เข้าไปยังผิวของดวงดาว จึงทำให้ระบุขนาดของดาวนิวตรอนได้

สำหรับดาวนิวตรอนนั้นมีสสารหนาแน่นที่สุดในเอกภพ โดยสามารถบีบอัดสสารขนาดดวงอาทิตย์ลงในพื้นที่ขนาดแค่เมืองๆ หนึ่งได้ ซึ่งหมายความว่าสสารปริมาณ 1 ถ้วยกาแฟของดาวนิวตรอนจะหนักเท่ากับเทือกเขาเอเวอรเรสต์เลยทีเดียว

ทั้งนี้นักดาราศาสตร์ใช้ดาวนิวตรอนเป็นเสมือนห้องปฏิบัติการในธรรมชาติเพื่อศึกษาว่าสสารถูกบีบอัดภายใต้ความดันและความหนาแน่นสูงสุดขีดได้อย่างไร

"อาจจะมีชนิดของอนุภาคที่แปลกประหลาดหรือมีสถานะใหม่ๆ ของสสารอย่าง "ควาร์ก" ในใจกลางดาวนิวตรอน ซึ่งเราไม่สามารถสร้างขึ้นได้ในห้องปฏิบัติการ ทางเดียวที่จะตรวจสอบได้คือต้องศึกษาดาวนิวตรอน" ภัททาชาริยากล่าว

อย่างไรก็ดีในการศึกษาขนาดดาวนิวตรอนของทีมวิจัยในครั้งนี้ พวกเขาได้รับข้อมูลเพียงว่ารัศมีของดาวเป็นเท่าไหร่ แต่ยังไม่สามารถวักมวลของดาวได้อย่างแม่นยำ ซึ่งยังคงเป็นความลึกลับที่ทีมวิจัยเผยว่ากำลังเดินหาแก้ปัญหาอยู่