การค้นหาคำตอบของปริศนาในการระเบิดซูเปอร์โนวาที่สว่างที่สุด

ในเดือนกันยายน 2006 การระเบิดของดวงดาวหรือ ซูเปอร์โนวา (supernova) ที่สว่างมากที่สุดได้ถูกพบเจอในกาแล็กซี่ที่ห่างจากโลก 240 ล้านปีแสง โดยมีชื่ออย่างไม่เป็นทางการว่า SN 2006gy ซึ่งมีความสว่างกว่าซูเปอร์โนวาทั่วไปประมาณ 100 เท่า ทำให้นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์บางคนสรุปว่ามันเกิดจากการตายของดาวที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์มากกว่า 90 เท่า อย่างไรก็ตามทีมวิจัยในเนเธอร์แลนด์พยายามตอบคำถามที่ว่าดาวดวงนี้มีการก่อตัวอย่างไร ขณะที่ทีมวิจัยในสหรัฐอเมริกาได้ทำงานเพื่อสืบสวนข้อเท็จจริงเกี่ยวกับประเด็นที่ว่าดาวดวงนี้มีการระเบิดอย่างไร

เมื่อดาวฤกษ์มีอายุมากขึ้น มันจะใช้ไฮโดรเจนในตัวมันหมดไปและเหลือใจกลางที่เป็นฮีเลี่ยมและธาตุหนักไว้ ถ้าใจกลางนี้หนักกว่าดวงอาทิตย์ของเรามากกว่า 2 เท่า นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์เชื่อว่าดาวนั้นจะยุบตัวและทำให้เกิดซูเปอร์โนวา ซึ่งเหลือดาวนิวตรอนหรือหลุมดำไว้ สสารบางอย่างได้ถูกพ่นออกจากดาวในช่วงที่เกิดซูเปอร์โนวา ซึ่งปลดปล่อยแสงและสีออกมาตระการตา

อย่างไรก็ตามวงจรชีวิตของดาวที่ใจกลางหนักกว่าดวงอาทิตย์ 40 เท่ายังไม่เป็นที่เข้าใจ ทำให้การกำเนิดของ SN 2006gy ยังเป็นปริศนา ทฤษฎีที่มีความเป็นไปได้มากทฤษฎีหนึ่งก็คือ "ทฤษฎีความไม่เสถียรของคู่ก้อนมวล" (Pulsed pair instability) ซึ่งทำนายว่า ซูเปอร์โนวา SN 2006gy ไม่ได้เกิดจากการระเบิดอย่างรุนแรงแบบครั้งเดียว แต่เกิดจากการชนกันของก้อนมวลที่ถูกพ่นออกจากดาวขนาดใหญ่โดยการระเบิด 2 ครั้งที่ต่อเนื่องกัน

ปัจจุบัน Stan Woosley และผู้ร่วมงานที่ University of California แห่ง Santa Cruz อ้างว่าสามารถแสดงให้เห็นได้ว่า SN 2006gy นั้นเกิดจากวิธีการดังกล่าว ความไม่เสถียรนั้นเชื่อว่าเกิดขึ้นเมื่อดาวขนาดใหญ่ได้ใช้ฮีเลี่ยมจนหมดและเริ่มที่จะใช้คาร์บอนและออกซิเจนในการเผาไหม้ที่ใจกลางดาว นี่เป็นเหตุให้ดาวมีขนาดเล็กลงและมีอุณหภูมิสูงขึ้นกว่าก่อนหน้านั้นมาก และดังนั้นโฟตอน (อนุภาคของแสง) ที่ถูกผลิตขึ้นที่ใจกลางมีพลังงานมากขึ้น ที่น่าสนใจก็คือโฟตอนเหล่านี้มีพลังงานมากพอที่จะเปลี่ยนเป็นสสาร นั่นก็คือคู่ของอิเล็กตรอนและปฏิสสารของมัน โพสิตรอน

กระบวนการนี้ซึ่งเปลี่ยนจากพลังงานจลน์เป็นสสารทำให้ความดันในใจกลางลดลง (ความดันที่เกิดจากแสงลดลงไป) ดาวจึงมีขนาดลดลงมาและมีอุณหภูมิสูงขึ้นจนกระทั่งความดันที่ถูกสร้างขึ้นโดยความร้อนที่สูงมากนี้เพิ่มขึ้นมากจนกระทั่งเกิดการระเบิดและพ่นสสารออกมา Woosley กล่าวว่านี่จะทำให้เกิดซูเปอร์โนวาขนาดเล็ก ในกรณีนี้น่าจะไม่สามารถสังเกตจากโลกได้

หลังจากพ่นสสารออกมาดาวก็จะเริ่มหดตัวและเริ่มกระบวนการนี้ (ดาวหดตัว -- ความดันสูงขึ้น -- ระเบิด -- ปลดปล่อยก้อนมวลสารออกมา) อีกครั้ง อย่างไรก็ตาม Woosley เชื่อว่า จริง ๆ แล้ว การระเบิดครั้งใหญ่ที่รุนแรงอย่างที่สังเกตได้ใน SN 2006gy น่าจะเกิดจากก้อนมวลที่ปลดปล่อยจากการระเบิดครั้งที่ 2 วิ่งตามก้อนมวลจากการระเบิดครั้งแรกจนทันและชนกัน การชนนี้จะทำให้เกิดการระเบิดที่สว่างกว่าซูเปอร์โนวาทั่วไปถึง 100 เท่า Woosley ให้เหตุผลว่า เนื่องจากการชนนี้เกิดที่ระยะไกลจากดวงดาวและแรงโน้มถ่วงอันมหาศาล เป็นผลให้พลังงานจลน์ส่วนใหญ่ของอนุภาคที่ถูกพ่นออกมาเปลี่ยนไปเป็นแสง ซึ่งต่างจากซูเปอร์โนวาทั่วไปที่ 99% ของพลังงานจลน์จะถูกใช้ไปในการเอาชนะแรงโน้มถ่วง

Woosley และผู้ร่วมงานได้ทดสอบสมมติฐานของพวกเขาโดยทำการจำลองทางคอมพิวเตอร์ของการตายของดาวที่มีมวลมากกว่าดาวอาทิตย์ 110 เท่าซึ่งทำนายว่าดาวลักษณะนี้จะระเบิด 2 ครั้งภายในเวลา 5.4 ปีและยุบตัวเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำหลังจากการระเบิดครั้งแรก 15 ปี และทีมวิจัยได้คำนวนว่าแสงจะเปล่งออกมาหลังการระเบิดครั้งที่ 2 หลายวัน ซึ่งพวกเขาอ้างว่าเทียบได้กับผลที่ได้จาก SN 2006gy

ขณะที่ Woosley และผู้ร่วมงานพยายามอธิบายการเกิดซูเปอร์โนวา ยังมีอีกปัญหาหนึ่ง นั่นก็คือดาวที่มีมวลขนาดนั้นกำเนิดขึ้นได้อย่างไร ปริศนานี้ได้มีผู้พยายามไขปม หนึ่งในนั้นก็คือ Simon Portegies Zwart และ Edward van den Heuvel จากมหาวิทยาลัย อัมสเตอร์ดัม ในเนเธอร์แลนด์

นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ส่วนใหญ่เชื่อว่าดาวขนาดใหญ่นั้นมีอยู่ทั่วไปในเอกภพช่วงแรก แต่ในภายหลังดาวขนาดใหญ่เช่นนั้นไม่น่าจะเกิดขึ้นได้ ทว่าดวงดาวที่เป็นเหตุของซูเปอร์โนวา SN 2006gy (ในที่นี้ขอเรียกว่าดาว SN 2006gy) ต้องมีช่วงชีวิตก่อน 240 ล้านปีที่แล้วไม่นานมาก นั่นก็คือมันน่าจะเป็นดวงดาวขนาดใหญ่ที่เพิ่งเกิดขึ้นมาหลังจากผ่านช่วงเอกภพเริ่มแรก แล้วมันเกิดขึ้นได้อย่างไร เบาะแสที่สำคัญของการกำเนิดของดาว SN 2006gy คือแสงของซูเปอร์โนวานี้บ่งบอกว่ามันน่าจะประกอบด้วยไฮโดรเจนจำนวนมหาศาล ซึ่งเป็นข้อสงสัยหลักเพราะดาวยักษ์ใกล้ตายควรจะใช้ไฮโดรเจนหมดแล้ว

Portegies Zwart และ van den Heuvel เชื่อว่าแทนที่จะเป็นดาวดวงเดียวที่แก่ขึ้น ดาว SN 2006gy น่าจะเกิดจากการชนกันหลายๆครั้งระหว่างดวงดาวในกระจุกดาวที่มีอายุน้อยและหนาแน่น ซึ่งการชนนี้ทำให้ดาวมีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆโดยการกลืนดาวที่อายุน้อยซึ่งมีไฮโดรเจนอยู่เป็นจำนวนมาก จนกระทั่งดาวนั้นมีขนาดใหญ่พอที่จะเกิดซูเปอร์โนวา แต่มันยังมีไฮโดรเจนปริมาณมหาศาลจากดาวดวงสุดท้ายที่ถูกกลืน

Portegies Zwart และ van den Heuvel ได้ทำการสร้างแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ในการชนกันหลายๆครั้ง ซึ่งแสดงให้เห็นว่าดาวที่มีมวลมากกว่า 100 เท่าของดวงอาทิตย์สามารถเกิดได้จากการชนหลาย ๆ ครั้งในช่วงเวลาหลายล้านปี และถ้าการชนครั้งสุดท้ายกับดาวที่มีอายุน้อยเกิดขึ้นประมาณ 100,000 ปีก่อนการระเบิดซูเปอร์โนวา ดาวก็จะมีไฮโดรเจนพอที่จะทำให้เกิดซูเปอร์โนวาคล้ายกับ SN 2006gy ทาง Portegies กล่าวว่าเมื่อซูเปอร์โนวาจางในเวลาประมาณ 1 ปี กระจุกดาวก็จะสามารถมองเห็นได้ ซึ่งจะเป็นการยืนยันสมมุติฐานนี้ http://physicsworld.com/cws/article/news/31801