ภาพหอดูดาวจันทราเอ็กซ์เรย์ของซากซุปเปอร์โนวา Cassiopeia A. เครดิต: NASA / CXC
ซูเปอร์โนวาที่เหลืออยู่ Cassiopeia A (Cas A) เป็นปริศนามาโดยตลอด ในขณะที่การระเบิดที่สร้างซูเปอร์โนวานี้เห็นได้ชัดว่าเป็นเหตุการณ์ที่ทรงพลังความสว่างของการระเบิดที่เกิดขึ้นเมื่อกว่า 300 ปีที่ผ่านมานั้นน้อยกว่าซูเปอร์โนวาทั่วไปมาก - และในความเป็นจริงแล้วมองข้ามไปในยุค 1600 ทำไม. ความลึกลับอีกอย่างคือว่าการระเบิดที่สร้าง Cas A ทิ้งไว้ข้างหลังดาวนิวตรอนหลุมดำหรือไม่มีอะไรเลย แต่ในปี 1999 นักดาราศาสตร์ค้นพบวัตถุสว่างที่ไม่รู้จักที่ใจกลางของ Cas A. ทีนี้การสำรวจใหม่ด้วยหอดูดาวจันทราเอ็กซ์เรย์แสดงว่าวัตถุนี้เป็นดาวนิวตรอน แต่ปริศนาไม่ได้สิ้นสุดลง: ดาวนิวตรอนนี้มีชั้นบรรยากาศคาร์บอน นี่เป็นครั้งแรกที่มีการตรวจพบบรรยากาศรอบ ๆ วัตถุที่มีขนาดเล็กและหนาแน่น
วัตถุที่ใจกลางมีขนาดเล็กมาก - กว้างประมาณ 20 กม. เท่านั้นซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการระบุว่าเป็นดาวนิวตรอนเครกเฮนเก้กล่าวจากมหาวิทยาลัยอัลเบอร์ตากล่าว Heinke เป็นผู้ร่วมเขียนกับ Wynn Ho แห่ง University of Southampton สหราชอาณาจักรบนกระดาษซึ่งปรากฏใน Nature ฉบับวันที่ 5 พฤศจิกายน
“ ดาวสองชนิดเท่านั้นที่เรารู้ว่ามีขนาดเล็กนี้คือดาวนิวตรอนและหลุมดำ” Heinke บอกกับนิตยสาร Space “ เราสามารถแยกแยะได้ว่านี่คือหลุมดำเพราะไม่มีแสงใดที่สามารถหนีออกจากหลุมดำได้ดังนั้นรังสีเอกซ์ที่เราเห็นจากหลุมดำนั้นจริง ๆ แล้วเกิดจากวัสดุที่ตกลงไปในหลุมดำ รังสีเอกซ์ดังกล่าวจะแปรปรวนอย่างมากเนื่องจากคุณไม่เคยเห็นวัสดุเดียวกันสองครั้ง แต่เราไม่เห็นความผันผวนของความสว่างของวัตถุนี้”
Heinke กล่าวว่าหอดูดาวจันทราเอ็กซ์เรย์เป็นกล้องโทรทรรศน์เพียงแห่งเดียวที่มีวิสัยทัศน์ที่เฉียบแหลมพอที่จะสังเกตวัตถุนี้ภายในซูเปอร์โนวาที่สว่างจ้า
แต่สิ่งที่แปลกประหลาดที่สุดของดาวนิวตรอนนี้คือบรรยากาศคาร์บอนของมัน ดาวนิวตรอนส่วนใหญ่ทำจากนิวตรอน แต่มันมีชั้นบาง ๆ ของสสารปกติบนพื้นผิวรวมถึงชั้นบาง ๆ ที่มีความร้อนสูงถึง 10 ซม. ก่อนหน้านี้ดาวนิวตรอนที่ศึกษามาทั้งหมดนั้นมีชั้นบรรยากาศไฮโดรเจนซึ่งคาดว่าเนื่องจากแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงของดาวนิวตรอนแบ่งชั้นบรรยากาศออกเป็นชั้น ๆ วางองค์ประกอบที่เบาที่สุดคือไฮโดรเจนไว้ด้านบน
แต่ไม่ใช่ด้วยวัตถุนี้ใน Cas A
“ เราสามารถสร้างแบบจำลองสำหรับการแผ่รังสีเอกซ์ของดาวนิวตรอนที่มีบรรยากาศที่เป็นไปได้หลายแบบ” Heinke กล่าวในการสัมภาษณ์ทางอีเมล “ มีเพียงบรรยากาศคาร์บอนเท่านั้นที่สามารถอธิบายข้อมูลทั้งหมดที่เราเห็นดังนั้นเราค่อนข้างแน่ใจว่าดาวนิวตรอนนี้มีบรรยากาศคาร์บอนเป็นครั้งแรกที่เราได้เห็นบรรยากาศที่แตกต่างในดาวนิวตรอน”
ความประทับใจของศิลปินเกี่ยวกับดาวนิวตรอนใน Cas A แสดงให้เห็นเพียงเล็กน้อยจากบรรยากาศคาร์บอน บรรยากาศของโลกนั้นแสดงในระดับเดียวกับดาวนิวตรอน เครดิต: NASA / CXC / M Weiss
ดังนั้น Heinke และทีมของเขาจะอธิบายถึงการขาดไฮโดรเจนและฮีเลียมในดาวนิวตรอนนี้ได้อย่างไร คิดว่า Cas A เป็นเด็ก
“ เราคิดว่าเราเข้าใจว่าเนื่องจากอายุน้อยมากของวัตถุนี้ - เราเห็นมันในวัยที่มีอายุเพียง 330 ปีเมื่อเปรียบเทียบกับดาวนิวตรอนอื่น ๆ ที่มีอายุหลายพันปี” เขากล่าว “ ในช่วงการระเบิดซูเปอร์โนวาที่สร้างดาวนิวตรอนนี้ (ในแกนกลางของดาวยุบลงไปเป็นวัตถุขนาดเมืองด้วยความหนาแน่นสูงกว่านิวเคลียสอะตอมอย่างหนาแน่นอย่างไม่น่าเชื่อ) ดาวนิวตรอนถูกทำให้ร้อนถึงอุณหภูมิสูงถึงพันล้าน องศา ตอนนี้เย็นลงถึงไม่กี่ล้านองศา แต่เราคิดว่าอุณหภูมิสูงเพียงพอที่จะผลิตฟิวชั่นนิวเคลียร์บนพื้นผิวดาวนิวตรอนโดยหลอมไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นคาร์บอน”
ด้วยการค้นพบครั้งนี้ตอนนี้นักวิจัยสามารถเข้าถึงวงจรชีวิตที่สมบูรณ์ของซูเปอร์โนวาและจะเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับบทบาทการระเบิดของดวงดาวในการแต่งหน้าของจักรวาล ตัวอย่างเช่นแร่ธาตุส่วนใหญ่ที่พบในโลกเป็นผลิตภัณฑ์ของซุปเปอร์โนวา
“ การค้นพบนี้ช่วยให้เราเข้าใจว่าดาวนิวตรอนเกิดมาจากการระเบิดของซุปเปอร์โนวาอย่างรุนแรงได้อย่างไร” Heinke กล่าว
ที่มา: สัมภาษณ์กับ Craig Heinke
