คลื่นวิทยุระเบิดอย่างรวดเร็วอาจมาจากดาวนิวตรอนที่โคจรรอบหลุมดำ

ความบิดเบี้ยวของคลื่นวิทยุบ่งบอกว่าเคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็กแรงสูงOXON HILL, Md. — วิทยุระเบิดเร็วอาจมาจากบ้านที่ปั่นป่วน งานวิจัยใหม่ชี้ อย่างน้อยแหล่งหนึ่งของการระเบิดพลังงานวิทยุที่สว่างและสว่างในช่วงเวลาสั้นๆ เหล่านี้อาจเป็นดาวนิวตรอนอายุน้อยซึ่งได้รับความช่วยเหลือจากหลุมดำมวลมหาศาลที่อยู่ใกล้เคียง

นักดาราศาสตร์ Daniele Mihilli จากมหาวิทยาลัยอัมสเตอร์ดัมกล่าวว่า “ความลึกลับที่ยิ่งใหญ่ที่สุดเกี่ยวกับการระเบิดของคลื่นวิทยุอย่างรวดเร็วคือการระเบิดที่มีพลังและระยะเวลาสั้นเช่นนี้ การสังเกตการณ์ล่าสุด รายงานออนไลน์เมื่อวันที่ 10 มกราคมในวารสาร Natureและการประชุม American Astronomical Society ชี้ให้เห็นว่าการระเบิดนั้นมาจากสภาพแวดล้อมที่มีสนามแม่เหล็กแรงผิดปกติ มิชิลลีและเพื่อนร่วมงานรายงาน ฟิลด์นั้นทิ้งรอยลายเซ็นไว้บนคลื่นวิทยุ บิดให้เป็นเกลียว

ตรวจพบการระเบิดของคลื่นวิทยุอย่างรวดเร็วเพียงไม่กี่ครั้งและส่วนใหญ่จะปรากฏเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นครั้งเดียว 

กระบวนการที่รู้จักกันน้อยในจักรวาลสามารถอธิบายได้ แต่มีการระเบิดครั้งหนึ่ง FRB 121102 เกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำเล่าในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา ( SN Online: 12/21/16 ) การทำซ้ำนั้นทำให้นักดาราศาสตร์ติดตามการระเบิด และติดตามไปยังดาราจักรแคระที่อยู่ห่างออกไป 2.5 พันล้านปีแสง ( SN: 2/4/17, p. 10 )

มิชิลลีและเพื่อนร่วมงานของเขาได้ใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุ Arecibo ในเปอร์โตริโกเพื่อแสดงให้เห็นว่าแหล่งกำเนิดการระเบิดนั้นฝังอยู่ในสนามแม่เหล็กที่มีความแรงสูงมาก ซึ่งแรงกว่าสนามแม่เหล็กทั่วไปในทางช้างเผือกถึง 200 เท่า  

ทีมงานวัดคลื่นวิทยุจากการปะทุที่แตกต่างกัน 16 ครั้งในระยะเวลาสองชั่วโมงในการสังเกตการณ์เป็นเวลาหลายเดือน การระเบิดนั้นสั้นเป็นพิเศษ ช่วงเวลาสั้นที่สุดใช้เวลาเพียง 30 ไมโครวินาที นั่นหมายความว่าสิ่งที่ปล่อยออกมาจะต้องมีความกว้างเพียง 10 กิโลเมตรเท่านั้น มิชิลลี่กล่าว

“หากต้องการปล่อยระเบิดสั้นๆ คุณต้องมีพื้นที่เล็กๆ” เขากล่าว “ดังนั้น วัตถุที่มีขนาดกะทัดรัด เช่น ดาวนิวตรอน จึงเป็นที่ชื่นชอบอย่างมากจากผลลัพธ์นี้”

ทีมวิจัยยังได้วิเคราะห์คลื่นวิทยุด้วยวิธีใหม่ โดยเปิดเผยว่าสิ่งที่ดูเหมือนการระเบิดแต่ละครั้งประกอบด้วยการระเบิดย่อยที่มีขนาดเล็กกว่าจำนวนมาก นักดาราศาสตร์ Andrew Seymour จาก Universities Space Research Association ที่ Arecibo กล่าว นั่นทำให้ภาพซับซ้อนยิ่งขึ้นไปอีก การระเบิดย่อยอาจเกิดจากวัตถุที่สร้างมันขึ้นมา หรืออาจเป็นผลมาจากคลื่นที่ไหลผ่านหยดพลาสมา เขากล่าว

ในที่สุด การสังเกตพบว่าคลื่นมีโพลาไรซ์ 

โดยทั้งหมดมีทิศทางไปในทิศทางเดียวกัน แต่มีบางอย่างบิดเกลียวคลื่น บังคับให้พวกมันหมุนเป็นเกลียวระหว่างทางจากดาราจักรแคระมายังโลก การติดตามผลด้วยกล้องโทรทรรศน์ Green Bank ในเวสต์เวอร์จิเนียยืนยันว่ามีการบิดเบี้ยวอยู่ที่นั่นจริงๆ

มิชิลลี่กล่าวว่าปรากฏการณ์เดียวที่ทำให้เกิดการหมุนดังกล่าวคือสนามแม่เหล็กแรง มีสองสมมติฐานหลักสำหรับพฤติกรรมของการระเบิด หนึ่งคือพวกมันมาจากดาวนิวตรอนอายุน้อยที่มีพลังที่เรียกว่าแมกนีทาร์ซึ่งอยู่ภายในเปลือกของก๊าซแม่เหล็ก ซึ่งแมกนีตาร์นั้นขับออกมาในการระเบิดของซุปเปอร์โนวา แมกนีทาร์ปล่อยคลื่นวิทยุ และเปลือกทำให้พวกมันหมุน

“ถ้าคุณมีแมกนีตาร์รุ่นเยาว์ที่เพิ่งเกิดในซุปเปอร์โนวาระเบิด ซึ่งมีอายุเพียงไม่กี่ทศวรรษ พวกมันอาจเป็นวัตถุที่ระเบิดได้ มีความรุนแรงในวัยเยาว์ และอาจก่อให้เกิดการระเบิดทางวิทยุอย่างรวดเร็วซ้ำแล้วซ้ำเล่า” Brian Metzger นักดาราศาสตร์จากกล่าว มหาวิทยาลัยโคลัมเบียซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษาใหม่

แต่มิชิลลีชี้ให้เห็นว่าเพื่อที่จะขับสนามแม่เหล็กแรงสูงเช่นนั้น ซากซุปเปอร์โนวาจะต้องสว่างกว่าเศษที่สว่างที่สุดในทางช้างเผือกเป็นล้านเท่าเนบิวลาปู ( SN: 1/1/11, p. 11 ). การระเบิดอาจมาจากดาวนิวตรอนอายุน้อยที่โคจรรอบหลุมดำที่โดดเด่นของดาราจักรแคระ ซึ่งอาจมีมวลประมาณ 10,000 ถึง 1 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ เขากล่าว

หลุมดำขนาดใหญ่ดังกล่าวเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่ามีสนามแม่เหล็กแรงสูงและทำให้แสงโพลาไรซ์หมุนได้ และดาวนิวตรอนที่อยู่ติดกับหลุมดำก็เป็นสิ่งที่เป็นไปได้ นั่นคือมีดวงหนึ่งที่โคจรรอบหลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางทางช้างเผือก นักวิจัยกล่าว แม้ว่าคลื่นวิทยุของดาวนิวตรอนนี้จะไม่ระเบิดในช่วงสั้นๆ แต่ก็บิดเบี้ยวได้เช่นกัน

ถ้าไม่ใช่สำหรับดาวนิวตรอนดวงนั้น “สิ่งนี้ดูเหมือนจะประดิษฐ์ขึ้นสำหรับฉัน” เมตซ์เกอร์กล่าว “นั่นรวมสองสิ่งที่ไม่น่าจะเป็นไปได้เข้าด้วยกัน”

คำอธิบายที่แปลกใหม่ยังคงเป็นไปได้เช่นกัน ทีมของ Michilli กล่าว