โลกรู้จักอนุภาคนิวตรอนมาตั้งแต่ปี 1932 คือเมื่อ 94 ปีก่อน กระนั้นนักฟิสิกส์ก็มีความรู้เกี่ยวกับนิวตรอนยังไม่หมดและไม่สมบูรณ์ เช่นว่า เวลานิวตรอนอยู่นิ่งอย่างอิสระ มันมีอายุขัยนานเพียงใด เพราะเวลาอยู่ในขวด มันมีอายุ 879 วินาที ก็สลายตัว แต่เวลาอยู่ในสภาพที่เป็นลำอนุภาคจะมีอายุขัย 888 วินาที ซึ่งค่าเวลาที่แตกต่างกันนี้ยังไม่มีใครสามารถตอบได้ว่าเป็นเพราะเหตุใด นอกจากนี้การที่นิวตรอนมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า ทำให้เราไม่มีเครื่องเร่งนิวตรอนให้มีพลังงานสูงเหมือนกับการมีเครื่องเร่งโปรตอนและอิเล็กตรอน ที่ CERN แต่เราก็ยังสามารถใช้สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้ากักขังนิวตรอน และบังคับทิศทางการเคลื่อนที่ของมันได้ เพราะมันมีโมเมนต์ขั้วคู่เชิงไฟฟ้า (electric dipole moment) ซึ่งมีค่าไม่เท่ากับศูนย์ เพราะจุดศูนย์กลางของประจุบวกและประจุลบบน quark ที่มีอยู่ในนิวตรอน อยู่ห่างกันเพียงเล็กน้อย คือ ไม่ทับกัน ซึ่งถ้าจะเปรียบนิวตรอนให้มีขนาดใหญ่เท่าโลก ระยะห่างนั้นก็จะมีค่าเท่ากับความยาวเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นผม การวัดค่าโมเมนต์ขั้วคู่เชิงไฟฟ้าของนิวตรอน จึงกำลังเป็นงานวิจัยระดับรางวัลโนเบล
ในบทบาทของการเป็นประโยชน์นั้น นักฟิสิกส์ก็ได้พบแล้วว่านิวตรอนที่มีความเร็วต่ำกว่า 2,200 เมตร/วินาที (เรียกนิวตรอนช้า (slow neutron)) สามารถเหนี่ยวนำให้นิวเคลียสของยูเรเนียม - 235 แตกตัวในปฏิกิริยา fission ให้ปลดปล่อยพลังงานมหาศาล หรือเพื่อใช้ในการทำระเบิดปรมาณูได้ ด้านนักฟิสิกส์การแพทย์ก็ใช้นิวตรอนในการสร้างธาตุกัมมันตรังสีประดิษฐ์ เพื่อใช้ในการรักษามะเร็งได้ นักโบราณคดีใช้ C-14 ในการวัดอายุวัตถุโบราณ นักชีววิทยาโมเลกุลใช้ P-32 (phosphorus) ในงานวิจัยศึกษา DNA/RNA และใช้ O-18 ในการศึกษาปฏิกิริยาสังเคราะห์อาหารด้วยแสง (photosynthesis) นักวิจัยด้านพลังงานก็ใช้ Pu-239 (plutonium) ในการสร้างระเบิดนิวเคลียร์ แม้กระทั่งนักอาชญวิทยาก็สามารถใช้นิวตรอนตรวจหาระเบิด และยาเสพติดที่สนามบินได้ ด้านนักวัสดุศาสตร์เองก็สามารถใช้นิวตรอนศึกษาสมบัติแม่เหล็กของสสาร เพราะนิวตรอนไม่มีประจุไฟฟ้า ดังนั้นมันจึงสามารถทะลุทะลวงเข้าไปในสสารได้ดีกว่าโปรตอนและอิเล็กตรอนที่มีประจุไฟฟ้าบวกและลบตามลำดับ
ประวัติความเป็นมาของการค้นพบอนุภาคนิวตรอนนั้น มีดังนี้
ก่อนปี 1932 นักวิทยาศาสตร์รู้เพียงว่า นิวเคลียสของอะตอมมีประจุบวกและ อะตอมมีอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่เป็นวงกลมรอบนิวเคลียส แต่เวลาวัดมวลของอะตอม โดยใช้อุปกรณ์ mass spectrograph กลับพบว่า ค่าที่วัดได้ไม่สอดคล้องกับจำนวนเต็มเท่าของโปรตอน
ดังนั้นในปี 1920 Ernest Rutherford (1871-1937) ก็ได้ทำนายไว้ว่า ในนิวเคลียสอาจจะมีอนุภาคที่มีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้าอยู่ด้วย และอนุภาคนี้เกิดจากการรวมโปรตอนที่มีประจุบวกกับอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ กลายเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าลัพธ์เป็นศูนย์ แต่เมื่อเทคโนโลยีที่ใช้ในการศึกษาสมบัติของอนุภาคที่เป็นกลางยังไม่ได้รับการพัฒนาอย่างมีประสิทธิภาพ จึงไม่มีใครสามารถพบเห็นอนุภาคในฝันของ Rutherford ได้
ในปี 1930 Walther Bothe (1891-1957) เจ้าของรางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1954 ร่วมกับ Max Born (1882-1970) จากผลงานที่สร้างอุปกรณ์ Geiger counter คู่ เพื่อตรวจจับการปล่อยอนุภาคที่เกิดใหม่ในเวลาเดียวกันหรือพร้อมกัน และ Herbert Becker ได้ระดมยิงแผ่น beryllium บางๆ ด้วยอนุภาคอัลฟา และพบว่ามีรังสีพลังงานสูงพุ่งออกจากแผ่น beryllium จากนั้นก็ได้ทดลองจนพบว่า รังสีดังกล่าวไม่เบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้า Bothe จึงสันนิษฐานว่า รังสีที่เกิดขึ้นใหม่ อาจจะเป็นรังสีแกมมา
อีกสองปีต่อมา Irène Joliot-Curie (1897-1956) บุตรสาวของ Marie Curie (1867-1934) กับสามีของเธอชื่อ Frédéric Joliot-Curie (1900-1958) เจ้าของรางวัลโนเบลเคมีปี 1935 ได้พบว่า รังสีที่แกมมาที่ทุกคน “สันนิษฐาน” นั้น สามารถทำให้อนุภาคโปรตอนในแผ่น paraffin พุ่งออกมาได้ คนทั้งสองจึงเชื่ออย่างสนิทใจว่า มันเป็นรังสีแกมมาอย่างแน่นอน
แต่ James Chadwick (1891-1974) ซึ่งเป็นศิษย์ของ Rutherford ไม่เชื่อในความเห็นนั้นว่ามันเป็นรังสีแกมมา เพราะเขาคิดว่า ถ้ามันเป็นอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้า ซึ่งมีมวลใกล้เคียงกับโปรตอน มันก็จะสามารถพุ่งชนโปรตอนให้กระเด็นออกจากแผ่น paraffin ได้เช่นกัน เหมือนกับการชนของลูกบิลเลียด 2 ลูกที่มีมวลเท่ากัน เพราะหลังการชน ลูกหนึ่งจะหยุดนิ่ง และอีกลูกหนึ่งก็จจะพุ่งต่อไป ด้วยความเร็วเกือบเท่าเดิม
แล้วความคิดของ Chadwick ก็เป็นความจริง เพราะเขาได้ทดลองพบว่าอนุภาคใหม่นี้ ไม่เบี่ยงเบนในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า ดังนั้นมันจึงเป็นอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้า และมีมวลใกล้เคียงกับโปรตอน และมีอยู่ภายในนิวเคลียสเพื่อทำให้นิวเคลียสเสถียร เพราะถ้านิวเคลียสมีแต่อนุภาคโปรตอน แรงผลักทางไฟฟ้าระหว่างโปรตอนก็จะเกิดขึ้น จนทำให้นิวเคลียสก็จะแตกสลาย
ผลการทดลองของ Chadwick เกี่ยวกับการพบอนุภาคนิวตรอนที่เป็นกลางนี้ ทำให้เขาได้รับรางวัลโนเบลฟิสิกส์ประจำปี 1935 และในปีเดียวกันนั้น Irène Curie กับ Frédéric Joliot-Curie ก็ได้รับรางวัลโนเบลเคมีด้วย โดยประวัติศาสตร์ได้จารึกว่า คนทั้งสองเฉียดฉิวจะได้รับเกียรติเป็นผู้ค้นพบอนุภาคนิวตรอน
ปัจจุบันงานวิจัยระดับสูงเกี่ยวกับนิวตรอนที่กำลังดำเนินไปทั่วโลกมีหลายเรื่อง เช่น
1. การวัดอายุขัยของนิวตรอนอย่างละเอียด เพราะเวลานิวตรอนอิสระสลายตัวให้โปรตอน อิเล็กตรอน และอนุภาค antielectron neutrino แต่การวัดอายุขัยของนิวตรอนที่อยู่ในขวด ให้ค่าอายุขัยที่แตกต่างจากนิวตรอนที่อยู่ในลำอนุภาค ตราบถึงวันนี้ ก็ยังไม่มีคำอธิบายสาเหตุที่ทำให้เกิดเหตุการณ์นี้ และคำอธิบายนี้ถูกต้องก็อาจจะทำให้ต้องมีการปรับเปลี่ยนทฤษฎี Standard Model ของอนุภาคมูลฐานทั้งหมด
2. การวัดค่าโมเมนต์ขั้วคู่เชิงไฟฟ้าของนิวตรอน เพราะนิวตรอนประกอบด้วย quark ชนิด up หนึ่งอนุภาค และชนิด down สองอนุภาค โดยชนิด up มีประจุเท่ากับ +2e/3 และชนิด down มีประจุเท่ากับ -e/3 เมื่อ e คือ ประจุของอิเล็กตรอน ดังนั้น นิวตรอนจึงมีประจุลัพธ์เท่ากับ 2e/3-e/3-e/3=0 และเมื่อ quark ทั้ง 3 อนุภาคในนิวตรอนไม่เคยอยู่นิ่ง คือ มีการเคลื่อนที่ตลอดเวลา ดังนั้นการกระจายของประจุไฟฟ้าในนิวตรอน จึงทำให้ทุกบริเวณภายในตัวมันมีความหนาแน่นประจุไม่สม่ำเสมอ เหตุการณ์นี้ทำให้จุดศูนย์กลางมวลของประจุบวกและประจุลบ ไม่ซ้อนทับกัน คือ อยู่ห่างกัน จนทำให้เกิดโมเมนต์ขั้วคู่ทางไฟฟ้า (Electric Dipole Moment; EDM) การวัดค่า EDM ของ neutron ได้ จะมีผลกระทบต่อทฤษฎี Standard Model, วงการจักรวาลวิทยา และการค้นหาสสารมืด
4. ปัญหาเกี่ยวกับการตรวจจับ neutron โดย nucleus ในอะตอม ก็เป็นปัญหาที่น่าสนใจมากอีกปัญหาหนึ่ง เพราะว่าเวลาใช้ neutron ที่มีพลังงานเหมาะสม nucleus ก็อาจจะแตกตัวเป็น nucleus ของธาตุที่มีมวลน้อยกว่าได้ นั่นอาจจะเป็นการหาแหล่งพลังงานในอนาคตจากธาตุอื่น นอกจากยูเรเนียม และพลูโตเนียม นอกจากนี้การใช้ neutron ในการสร้างธาตุชนิดใหม่ที่มีมวลมากขึ้น ๆ ปัญหาก็มีว่า นักฟิสิกส์จะต้องใช้นิวตรอนที่มีพลังงานสูงเพียงใด และอย่างไร
5. ในด้านการประยุกต์ neutron ก็เช่นกัน นักฟิสิกส์มีความต้องการจะมีแหล่งกำเนิด neutron ที่มีคุณภาพสูง ที่ให้จำนวนนิวตรอนและที่มีพลังงานอย่างสม่ำเสมอ และการใช้ neutron ในปริมาณมาก ซึ่งเวลากระทบแผ่นโลหะ จะทำให้แผ่นโลหะนั้นเป็นธาตุกัมมันตรังสี ดังนั้นจึงต้องคำนึงถึงเรื่องนี้ เพื่อให้นักทดลองมีความปลอดภัยด้วย ด้านนักฟิสิกส์เองก็ใช้นิวตรอนศึกษาสมบัติเชิงแม่เหล็กของสารแม่เหล็ก ตัวนำยวดยิ่ง polymer protein และศึกษาสมบัติเชิง quantum ของสสารที่มีความหนาแน่นสูงมาก ซึ่งความต้องการเหล่านี้จะสัมฤทธิ์ได้ ถ้ามีเครื่องตรวจจับ neutron ที่มีประสิทธิภาพและคุณภาพสูง
เหล่านี้คือโจทย์วิจัยเกี่ยวกับเรื่อง neutron ที่นักฟิสิกส์ปัจจุบันกำลังสนใจ
ในส่วนของดาวนิวตรอน (neutron star) ที่มีในธรรมชาตินั้น ก็มีประวัติความเป็นมาที่น่าคิดและน่าสนใจมากเช่นกัน
ในปี 1931-1932 ก่อนที่ Chadwick จะพบนิวตรอน นักฟิสิกส์ทฤษฎีชาวรัสเซียคนหนึ่งชื่อ Lev Davidovich Landau (1908-1968) ได้คาดการณ์เกี่ยวกับการอุบัติของดาวนิวตรอนในธรรมชาติว่า ดาวฤกษ์บางดวงที่มีมวลมากอาจจะมีแรงดึงดูดทำให้โปรตอนและอิเล็กตรอนที่มีอยู่ในอะตอมทุกตัวรวมตัวกันเป็นอนุภาคที่เป็นกลาง และกลายเป็นดาวที่มีประจุเป็นกลางล้วน ๆ ดังนั้น Landau จึงมีความคาดหวังว่า ในอนาคตจะมีคนพบดาวที่ประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุเป็นกลางในที่สุด
เมื่อมีการพบดาวนิวตรอนในปี 1967 ก็พบว่า ดาวจะมีความหนาแน่นสูงมาก คือ มีความหนาแน่นมากถึงระดับนิวเคลียสของอะตอม (10^17 ถึง 10^21 กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร คือ หนาแน่นประมาณ 100 ล้านล้านเท่าของน้ำ) และดาวนิวตรอนน่าจะมีขนาดเล็ก (เส้นผ่านศูนย์กลางยาวประมาณ 20 กิโลเมตร)
ก่อนที่ Chadwick จะพบนิวตรอนในปี 1932 ในปี 1931 Landau ซึ่งกำลังทำวิจัยอยู่ที่ Copenhagen ในเดนมาร์ก ได้สนทนากับ Niels Bohr (1885-1962) และได้ปรารภถึงดาวนิวตรอนที่ตนเองคาดการณ์ว่าอาจจะมีในธรรมชาติ Landau จึงเป็นบุคคลแรกที่ให้กำเนิดความคิดเรื่อง ดาวนิวตรอน
นอกจากผลงานการคาดการณ์นี้แล้ว Landau ก็ยังมีผลงานอื่นๆ อีกมากมาย เช่น ทฤษฎีของเหลวยวดยิ่ง (superfluid) ทฤษฎีของเหลวFermi ทฤษฎีGinzburg – Landau ที่ใช้ใน Theory of Superconductivity ทฤษฎีสององค์ประกอบของ neutrino และทฤษฎีการเปลี่ยนเฟสลำดับที่ 2 ด้วย
ในปี 1934 Walter Baade (1893–1960) กับ Fritz Zwicky (1898–1974) ก็ได้โยงความคิดเกี่ยวกับเรื่องการเปลี่ยนแปลงของดาวฤกษ์ธรรมดา เมื่อถึงจุดแตกดับ ก็ได้กลายไปเป็นดาวระเบิด supernova ว่า อาจจะเป็นต้นกำเนิดของดาวนิวตรอนในอวกาศก็ได้
เพราะเมื่อวันที่ 4 กรกฎาคม ปี 1054 นักดาราศาสตร์ชาวจีน ญี่ปุ่น และอาหรับ ได้บันทึกการเห็นดาวระเบิดอย่างรุนแรงในท้องฟ้า และในเวลาต่อมานักดาราศาสตร์ก็ได้พบว่า ซากที่หลงเหลือจากการระเบิดเป็นดาวนิวตรอน และพลังงานที่เกิดจากการระเบิด ได้ทำให้เกิดเนบิวลาปู (Crab Nebula) การวิเคราะห์โดยนักดาราศาสตร์ปัจจุบันแสดงให้เห็นว่า การระเบิดได้เริ่มเกิดขึ้นในเดือนเมษายนของปี 1054 และดาวได้สว่างจ้าที่สุดในเดือนกรกฎาคม คือ สว่างยิ่งกว่าดาวศุกร์ แต่ก็สว่างน้อยกว่าดวงจันทร์ และสว่างติดต่อกันเป็นเวลานาน 2 ปี ปัจจุบันดาวซูเปอร์โนวาที่ระเบิดดวงนั้นมีชื่ออย่างไม่เป็นทางการว่า SN1054 (SN จากคำ supernova และตัวเลข 1054 จากปีที่เห็นเหตุการณ์)
ในปี 1939 Robert Oppenheimer (1904-1967) กับ George Volkoff (1914-2000) ได้เสนอทฤษฎีเกี่ยวกับโครงสร้างภายในของดาวนิวตรอน แต่ก็ไม่มีใครสนใจมาก จนกระทั่งปี 1967 เมื่อ Jocelyn Bell Burnell (1943-ปัจจุบัน) นิสิตปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัย Cambridge ได้รับสัญญาณคลื่นวิทยุที่มีคาบสม่ำเสมอ 1.3373 วินาทีเป็นครั้งแรก สัญญาณที่มาด้วยความถี่สม่ำเสมอตลอดเวลานี้ ทำให้เธอคิดว่ามันเป็นสัญญาณจากมนุษย์ต่างดาว แต่เมื่ออาจารย์ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์ของเธอชื่อ Antony Hewish (1924–2021) วิเคราะห์ธรรมชาติของสัญญาณ เขาก็พบว่าสัญญาณที่มีช่วงกว้าง 0.04 วินาที มันมาจากดาวที่หมุนรอบตัวเองด้วยความเร็ว 29.946 รอบ/วินาที และเป็นดาวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางยาวประมาณ 20-24 กิโลเมตร และเป็นดาวที่ส่งสัญญาณคลื่นวิทยุออกมาได้อย่างสม่ำเสมอ เสมือนเป็นประภาคารแสงในอวกาศ ผลงานนี้ทำให้ Hewish ได้รับครึ่งหนึ่งของรางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1974 แต่ Jocelyn Bell Burnell ไม่ได้ เพราะเธอเป็นเพียงนักศึกษาปริญญาเอก ที่คณะกรรมการรางวัลไม่ได้ให้ความสำคัญในการได้รับสัญญาณคลื่นเป็นคนแรกของเธอ
ข้อมูลปัจจุบันของดาวนิวตรอนดวงนี้ คือ กำลังหมุนรอบตัวเองช้าลงๆ 38x10^(-9) วินาที/วัน พลังงานที่สูญเสียได้ถูกส่งต่อไปยังเนบิวลาปู ดาวนิวตรอนมีความหนาแน่น 10^17 กิโลกรัม/ลูกบาศก์กิโลเมตรของดาว ทำให้เนื้อดาว 1 ช้อนชา หนักถึง 5x10^12 กิโลกรัม โลกที่มีความหนาแน่นระดับนี้จะมีเส้นผ่านศูนย์กลางยาวเพียง 300 เมตรเท่านั้นเอง
ดาวนิวตรอนมีชื่อเป็นทางการว่า PSR B1919+21 (PSR = Pulsating Source of Radio และ B1919+21 แสดงตำแหน่งพิกัดบนท้องฟ้า) จึงเป็นดาวนิวตรอนดวงแรกที่มนุษย์พบ และหลังจากนั้นนักดาราศาสตร์ก็ได้พบดาวนิวตรอนอีกเป็นจำนวนมาก ซึ่งส่งสัญญาณที่เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกรูปแบบทั้งรังสีเอกซ์ รังสีแกมมา แสงที่ตาเห็น และคลื่นวิทยุที่มีความถี่และความยาวคลื่นต่าง ๆ กัน ซึ่งขึ้นกับขนาดและโครงสร้างภายในของดาวนิวตรอน
ในปี 2017 นักดาราศาสตร์ได้พบว่า เวลาดาวนิวตรอน 2 ดวงชนกัน นอกจากจะเกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแล้ว ยังทำให้เกิดคลื่นโน้มถ่วง (gravitational wave) ด้วย ดังเหตุการณ์ที่เกิดในปีนั้น เมื่อดาวนิวตรอนสองดวงที่อยู่ห่างจากโลก 130 ล้านปีแสงได้เคลื่อนที่มาชนกัน
ตามปกติ นักดาราศาสตร์มีความสนใจใคร่จะรู้โครงสร้างภายในของดาวทุกชนิดในท้องฟ้า ตั้งแต่ดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ ดาวหาง ดาวเคราะห์น้อย อุกกาบาต supernova และดาวนิวตรอนก็เช่นกัน การเสนอทฤษฎีโครงสร้างของดาวนิวตรอนจึงมีมากมาย และพบว่ามันมีโครงสร้างเป็นชั้น ๆ เหมือนโครงสร้างภายในของโลก คือ
บรรยากาศเหนือดาวจะมี hydrogen, helium และมี carbon เล็กน้อย
- ชั้นที่เป็นเปลือกนอก (outer crust) มีอิเล็กตรอนอิสระ และมีนิวเคลียสของอะตอม
- ชั้นที่เป็นเปลือกใน (inner crust) มีนิวเคลียสของธาตุหนัก มีนิวตรอนอิสระ และมีอิเล็กตรอนบ้างเล็กน้อย
- ชั้นที่เป็นแก่นนอก (outer core) มีของเหลวควอนตัม (quantum liquid) นิวตรอน โปรตอน และอิเล็กตรอน
- ชั้นที่เป็นแก่นใน (inner core) มีสสารที่มีความหนาแน่นสูงมาก จนไม่มีใครรู้ธรรมชาติที่แท้จริงของมัน และอาจจะมีอนุภาคแปลก ๆ เช่น hyperon, axion ฯลฯ ในทะเล quark กับ gluon
ซึ่งแบบจำลองนี้ จำเป็นต้องได้รับการตรวจสอบโดยนักทดลอง เพราะสสารที่เป็นองค์ประกอบของดาวนิวตรอนมีความหนาแน่นสูงมาก จนเราไม่สามารถจะเนรมิตมันได้ในห้องทดลอง ดังนั้นการศึกษาธรรมชาติภายในของดาวนิวตรอน จึงเป็นเรื่องที่ยากมาก กระนั้นนักฟิสิกส์ก็ได้พบว่า เราสามารถจะล่วงรู้องค์ประกอบ และโครงสร้างภายในของดาวนิวตรอนได้ โดยใช้คลื่นโน้มถ่วงที่เกิดขึ้น เวลาดาวนิวตรอนสองดวงชนกัน หรือเมื่อดาวนิวตรอนชนกับหลุมดำ
ในวารสาร Physical Review Letters ฉบับวันที่ 18 กุมภาพันธ์ ปี 2026 DOI: 10.1103/1wdp-6x27. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2507.10693 ทีมนักวิจัย Abhishek Hegade K. R. กับคณะ ได้รายงานเรื่อง “Relativistic and Dynamical Love Numbers” ที่เกี่ยวกับโครงสร้างภายในของดาวนิวตรอน โดยได้ศึกษาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ จากการชนกันของดาวนิวตรอน 2 ดวง เมื่อได้พิจารณาแรงดึงดูดแบบโน้มถ่วงที่ดาวทั้งสองกระทำต่อกันขณะโคจรเข้าใกล้กันเรื่อย ๆ ซึ่งทำให้แรงดึงดูดโน้มถ่วงระหว่างด้านของดาวที่อยู่ใกล้กันมีค่ามากกว่าแรงดึงดูดจากด้านที่อยู่ไกล เหตุการณ์นี้ทำให้เกิดแรงคลื่น (tidal force) ในลักษณะเดียวกันกับคลื่นที่เกิดจากปรากฏการณ์น้ำขึ้น - น้ำลงบนโลก เพราะแรงดึงดูดระหว่างผิวน้ำบนโลกด้านที่อยู่ใกล้ดวงจันทร์ มีค่ามากกว่าแรงดึงดูดระหว่างผิวน้ำบนโลกกับด้านที่อยู่ไกลดวงจันทร์
แต่สำหรับกรณีน้ำขึ้น - น้ำลงบนโลก เป็นเรื่องที่สามารถอธิบายได้ง่ายกว่าสาเหตุการเกิดคลื่นบนดาวนิวตรอน เพราะทั้งโลกและดวงจันทร์มีมวลน้อย และเคลื่อนที่ช้า ดังนั้นการใช้กลศาสตร์นิวตัน ก็สามารถอธิบายได้โดยไม่มีปัญหาใดๆ แต่ในกรณีดาวนิวตรอน ซึ่งมีมวลเป็นล้าน ๆ เท่าของดวงอาทิตย์ และมีสนามโน้มถ่วงที่มีความเข้มสูงมาก อีกทั้งดาวทั้งสองดวงมีการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงใกล้ความเร็วแสง และหมุนรอบตัวเองเร็วมากด้วย ดังนั้นเวลามีการพุ่งชนกัน สมการที่ต้องใช้ในการอธิบายและบรรยายเหตุการณ์ทั้งหมดจึงซับซ้อนมาก จนต้องใช้ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein ซึ่งนักวิจัยต้องใช้ในการทำนายเหตุการณ์ที่จะเกิดขึ้น จากสมการที่ไม่เป็นเชิงเส้น(nonlinear) ทำให้ต้องมีการทำให้เทอมในสมการเป็นแบบเชิงเส้น (linearize)
นอกจากความโกลาหลวุ่นวายที่เกิดจากเหตุการณ์ชนนี้แล้ว นักวิจัยก็ยังต้องคำนึงถึงการสูญเสียพลังงานจลน์ของดาวทั้งสองไปเป็นพลังงานคลื่นโน้มถ่วงด้วย เพราะการศึกษาธรรมชาติของคลื่นโน้มถ่วงที่เกิดขึ้นจากการชน จะทำให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจโครงสร้างภายในของดาวนิวตรอนได้ วิธีการนี้จึงเปรียบเสมือนกับการวิเคราะห์เสียงกังวานที่เกิดจากการตีฆ้อง จะสามารถทำให้เรารู้ลักษณะโครงสร้างของฆ้องได้ ดังนั้นนักฟิสิกส์จึงคาดหวังจะศึกษาความถี่ แอมพลิจูด คาบ และอัตราการสลายตัว ตลอดจนถึงรูปลักษณ์ของคลื่นโน้มถ่วง โดยใช้อุปกรณ์ Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) วิเคราะห์สมบัติภายในของดาวนิวตรอน จากรูปแบบของคลื่น อันจะนำไปสู่ความรู้เกี่ยวกับโครงสร้างภายในที่ถูกต้องของดาวนิวตรอน
ความยุ่งยากลำบากทั้งหลายทั้งปวงเกิดจากการที่ตัวแปรทุกตัวที่ใช้ในการบรรยายเหตุการณ์ เป็นค่าที่ขึ้นกับเวลา (คือ มีค่าไม่คงตัว) จากนั้นคำทำนายก็จะถูกนำมาตรวจสอบกับการวิเคราะห์คลื่นโน้มถ่วงที่เกิดขึ้นจริงในอุปกรณ์ LIGO ที่มีอยู่ในห้องปฏิบัติการทั่วโลก เพื่อจะได้รู้โครงสร้างภายในที่แท้จริงของดาวนิวตรอน
อ่านเพิ่มเติมจาก Romani, Roger W.; Kandel, D.; Filippenko, Alexei V.; Brink, Thomas G.; Zheng, WeiKang (August 1, 2022). "PSR J0952−0607: The Fastest and Heaviest Known Galactic Neutron Star". The Astrophysical Journal Letters. 934 (2): L17. arXiv:2207.05124. Bibcode:2022ApJ...934L..17R. doi:10.3847/2041-8213/ac8007. ISSN 2041-8205
ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน : ประวัติการทำงาน - ราชบัณฑิตสำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์
ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ,นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน,ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ "โลกวิทยาการ" ได้ทุกวันศุกร์
