พบหลักฐานชี้ "พัลซาร์" เปลี่ยนจากดาวคู่ส่งรังสีเอกซ์สู่คลื่นวิทยุได้อย่างไร

นักดาราศาสตร์พบหลักฐานเชื่อมต่อปริศนากำเนิด "พัลซาร์มิลลิวินาที" ซากดาวที่หมุนเร็วที่สุด ว่าพัฒนาต่อจากระบบดาวคู่ ที่ปลดปล่อยรังสีเอ็กซ์ออกมาได้อย่างไร โดยพบว่าพัลซาร์อายุมากจะดึงสสารจากดาวคู่ซึ่งปลดปล่อยรังสีเอกซ์ออกมาก่อนแล้วตามด้วยสัญญาณวิทยุเป็นจังหวะๆ

ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติซึ่งเอเอฟพีระบุว่า มีทั้งชาวแคนาดา อังกฤษ ดัตช์ ออสเตรียและสหรัฐฯ อาศัยกล้องโทรทรรศน์วิทยุโรเบิร์ต ซี ไบรด์ (Robert C. Byrd radio telescope) ในกรีนแบงค์ เวสต์เวอร์จิเนีย สหรัฐฯ ได้ศึกษาหลักฐานทางดาราศาสตร์จากฟากฟ้าในครั้งนี้เพื่อไขปริศนากำเนิด "พัลซาร์มิลลิวินาที” (millisecond pulsars) ซึ่งเป็นพัลซาร์ที่หมุนเร็วที่สุด แล้วตีพิมพ์ลงวารสารไซน์ฉบับออนไลน์

ทั้งนี้ พัลซาร์คือดาวตายแล้วที่มีความหนาแน่นและแรงแม่เหล็กสูงมาก และยังปล่อยคลื่นวิทยุออกจากขั้วแม่เหล็กของดาว ซึ่งคลื่นเหล่านี้ก็กวาดไปรอบๆ อย่างรวดเ้ร็วตามการหมุนของดาว คล้ายๆ กับการส่งแสงของประภาคาร

หลังจากระเบิดเป็นซูเปอร์โนวาแล้ว ยุบตัวกลายเป็นดาวนิวตรอน พัลซาร์ก็เริ่มหมุนเร็วขึ้นประมาณวินาทีละ 200-300 รอบ แต่เมื่ออายุมากขึ้นก็จะเริ่มหมุนช้าลงไปตามกาลเวลาเหลือวินาทีละไม่กี่รอบ หรืออาจจะหยุดไปเลย ทั้งนี้ ยังมีกลุ่มพัลซาร์จำนวนหนึ่งที่หมุนได้เร็วอย่างยิ่งยวด คือราวๆ วินาทีละ 2,000-3,000 รอบ หรือที่เรียกว่า "พัลซาร์มิลลิวินาที" ซึ่งเป็นพัลซาร์ที่หมุนเร็วที่สุดเท่าที่เรารู้จัก

ทางด้านบีบีซีนิวส์ ระบุว่าการศึกษาของทีมนักดาราศาสตร์กลุ่มนี้ได้แสดงให้เห็นว่า "พัลซาร์มิลลิวินาที" นั้นมี วิวัฒนาการจากระบบดาวคู่ซึ่งปลดปล่อยรังสีเอกซ์ออกมาได้อย่างไร รวมถึงวิธีการที่พัลซาร์แก่ๆ "อาจจะ" เริ่มรับสสารจากดาวคู่ที่อยู่ในระบบ แล้วปลดปล่อยรังสีเอกซ์ออกมา ก่อนตามด้วยสัญญาณวิทยุที่เป็นจังหวะสั้นๆ

การศึกษานี้เริ่มขึ้นตั้งแต่ปี 2541 จนถึงปี 2550 โดยการสังเกตเป็นเวลา 9 ปีนี้ได้แสดงให้เห็นว่า พัลซาร์ได้เริ่มสะสมมวลในขณะเดียวกันก็เพิ่มความเร็วในการหมุนได้อย่างไร แต่หลักฐานจากการสำรวจยังไม่ครอบคลุมขั้นตอนการวิวัฒนาการของพัลซาร์มิลลิวินาที ซึ่งเป็นขั้นที่ยังไม่เคยเห็นจนกระทั่งเดี๋ยวนี้

พัลซาร์ในระบบดาวคู่ ซึ่งเป็นระบบที่รู้จักดีในระบบหนึ่งที่เรียกว่า ระบบ LMXB (low-mass X-ray binary) ซึ่งเป็นระบบที่สว่างไสวในย่านรังสีเอกซ์อันเป็นส่วนหนึ่งของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า แต่ไม่ได้ปลดปล่อยคลื่นวิทยุออกมาเลยนั้น มีดาวนิวตรอนในระบบที่เบากว่าดาวปกติซึ่งอยู่ใกล้ๆ และนักดาราศาสตร์ได้ตั้งสมมติฐานมายาวนานแล้วว่าระบบดาวคู่นี้อาจกำลังอยู่ระหว่างพัฒนาไปเป็นพัลซาร์มิลลิวินาที

แนวคิดของทฤษฎีนี้คือ ดาวนิวตรอนอาจขโมยก๊าซซึ่งเป็นสิ่งที่กั้นคลื่นวิทยุไว้จากดาวเพื่อนบ้าน และแรกเริ่มก๊าซเหล่านี้ก็หมุนควงรอบๆ ดาวนิวตรอนเหมือนน้ำที่หมุนรอบรูระบายน้ำ จากนั้นก่อตัวเป็นแถบจานที่สะสมกันมากขึ้นรอบดาวนิวตรอน ซึ่งโมเมนตัมจากก๊าซเหล่านี้เองที่ทำให้ดาวนิวตรอนหมุนเร็วขึ้น เมื่อก๊าซหมดและแถบจานเหล่านี้หายไป พัลซาร์จะพ่นคลื่นวิทยุออกมาเป็นจังหวะๆด้วยความเร็วที่สูงขึ้น

เมื่อกว่าทศวรรษมาแล้ว นักดาราศาสตร์ได้ค้นพบระบบ LMXB ซึ่งแสดงให้เห็นถึงระยะของการสะสมแถบจานในระบบที่ปลดปล่อยรังสีเอกซ์ออกมาเป็นจังหวะๆ และไม่มีใครเคยเห็นระบบนี้ปลดปล่อยคลื่นวิทยุในลักษณะของพัลซาร์มิลลิวินาที แต่เมื่อปี 2550 ทีมนักดาราศาสตร์ได้ภาพของพัลซาร์ชนิดนี้ซึ่งอยู่ไกลออกไป 4,000 ปีแสง แม้ว่าการสำรวจก่อนหน้านั้นจะได้พบวัตถุคล้ายๆ กัน แต่การค้นพบครั้งนี้ก็ฉายภาพที่ต่างออกไป

สำหรับวัตถุที่สำรวจที่พบเมื่อปี 2543 นั้น ดูคล้ายพัลซาร์ดังกล่าวสะสมแถบจานของสสารที่ดึงมาจากดาวคู่ที่อยู่ข้างเคียง และในปี 2545 แถบจานนั้นได้หายไป จากนั้นการวัดในปี 2550 แสดงให้เห็นว่าพัลซาร์ดังกล่าวคือพัลซาร์มิลลิวินาที่ ซึ่งมีความเร็วในการหมุนวินาทีละ 1,700 ครั้ง

“สิ่งที่ปรากฏคือการเปลี่ยนจากสิ่งที่คล้ายระบบ LMXB ไปเป็นสิ่งที่คล้ายกับพัลซาร์ ซึ่งแสดงเป็นตอนๆ ที่วัตถุถูกดึงจากดาวคู่ แล้วก่อตัวเป็นแถบจานรอบๆ ดาวนิวตรอน จากนั้นการถ่ายโอนมวลก็หยุดลง แถบจานก็หายไป แล้วพัลซาร์ก็เกิดขึ้น" ดร.สก็อตต์ แรนซัม (Dr.Scott Ransom) จากหอดูดาววิทยุแห่งสหราชอาณาจักร (National Radio Astronomy Observatory: NRAO) ซึ่งร่วมศึกษาในครั้งนี้ด้วยให้ความเห็น

แรนซัมให้ความเห็นกับทางบีบีซีนิวส์ว่า ระบบที่ทีมของเขาพบนั้นได้รับการจำแนกว่าเป็นระบบที่แปลกประหลาด บนพื้นฐานจากสังเกตจากคลื่นแสงที่มองเห็นกับรังสีเอกซ์ แต่ยังไม่มีใครรวมความสัมพันธ์ของการเปลี่ยนแปลงจะแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์สู่การเป็นพัลซาร์มิลลิวินาทีที่ส่งคลื่นวิทยุออกมา จนกระทั่งทีมพวกเขาได้พบกับการปลดปล่อยคลื่นวิทยุออกมาเป็นจังหวะๆ ครั้งนี้ ซึ่งมีความเข้มสูง ขณะเดียวกันก็สามารถหายสาบสูญไป

ทีมนักดาราศาสตร์สันนิษฐานว่า การเข้าสู่จุดจบของการถ่ายโอนมวลนั้น ดาวคู่ในระบบจะให้มวลสุดท้ายที่เหมาะสม แล้วอาจจะมีความยุ่งเหยิงของก๊าซรอบๆ พัลซาร์อย่างปละปลาย ซึ่งแทรกสอดจังหวะการปล่อยคลื่นวิทยุ ดังเช่นที่สังเกตได้จากบนโลก

ดร.แรนซัมกล่าวด้วยว่า ทีมนักดาราศาสตร์โชคดี ที่สามารถจับภาพระบบในช่วงกลางของการเปลี่ยนผ่านจากแหล่งกำเนิด รังสีเอกซ์สู่พลัซาร์มิลลิวินาที ผ่านการสังเกตในช่วงเวลาของจักรวาลที่เปรียบเทียบกับเวลาบนโลกแล้วเหมือนเพียงแค่ชั่วพริบตาไว้่ได้ ซึ่งทีมวิจัยเชื่อมั่นว่าสิ่งที่ได้จากการสังเกตนี้คือหลักฐานอันชัดเจนที่ยืนยันความถูกต้องของทฤษฎีการก่อเกิดพัลซาร์

“มันเป็นแรงบันดาลใจให้กลับไปศึกษาระบบ LMXB ซึ่งเป็นที่รู้จักอยู่แล้ว เพื่อดูว่าระบบนี้ได้ปลดปล่อยคลื่นวิทยุออกมาอย่างไม่ต่อเนื่อง จนถึงทุกวันนี้ยังทำได้ไม่สำเร็จโดยสมบูรณ์ แต่ใครจะรู้ถัดไปปีหน้าหรือนานกว่านั้น ระบบนี้อาจจะหยุดให้ทานก๊าซอย่างสิ้นเชิง แล้วพัลซาร์วิทยุ (radio pulsar) ก็อุบัติขึ้น" ดร.แรนซัมให้ความเห็น.