นักวิทยาศาสตร์มีเครื่องมือใหม่ในการตรวจจับและศึกษาการระเบิดครั้งใหญ่ของดาวฤกษ์
ลองนึกภาพว่าคุณเป็นนักดาราศาสตร์ในช่วงปีแรกๆ ของศตวรรษที่ 17 กล้องโทรทรรศน์ยังไม่ได้ประดิษฐ์ขึ้น คุณจึงสแกนท้องฟ้ายามค่ำคืนด้วยตาเปล่าเท่านั้น แล้ววันหนึ่งคุณจะได้เห็นภาพอันน่าทึ่ง ดาวดวงใหม่ที่สว่างไสวปรากฏขึ้น และในอีกไม่กี่สัปดาห์ข้างหน้า ดาวดวงนั้นจะส่องแสงเหนือดาวศุกร์ มันสว่างมากจนสามารถมองเห็นได้ในตอนกลางวันแสกๆ ลอยอยู่บนท้องฟ้าเป็นเวลาหลายเดือน และค่อยๆ หรี่ลงตามกาลเวลา
นั่นคือสิ่งที่นักดาราศาสตร์ชาวเยอรมัน Johannes Kepler เห็นในปี 1604 ; นักดูท้องฟ้าที่อื่นๆ ในยุโรป ตะวันออกกลาง และเอเชียก็เห็นเช่นกัน ตอนนี้เรารู้แล้วว่ามันไม่ใช่ดาวดวงใหม่จริงๆ แต่เป็นการระเบิดของซุปเปอร์โนวา ซึ่งเป็นระเบิดขนาดมหึมาที่เกิดขึ้นเมื่อดาวบางดวงถึงจุดจบของชีวิต
เหตุการณ์ 1604 เป็นครั้งสุดท้ายที่ซุปเปอร์โนวาปรากฏขึ้นภายในดาราจักรทางช้างเผือกของเรา หรืออย่างน้อยที่สุด อันสุดท้ายที่รู้ว่าถูกสังเกต; เป็นไปได้ว่ามีซุปเปอร์โนวาใกล้เคียงอื่นๆ ในระหว่างนั้น ซึ่งน่าจะถูกบดบังด้วยก๊าซและฝุ่นเข้าแทรกแซง นักดาราศาสตร์ยังสามารถดูซากของมหานวดาราเมื่อนานมาแล้ว เช่นเนบิวลาปูซึ่งแสงมาถึงโลกครั้งแรกในปี 1054 สิ่งที่ดีที่สุดรองลงมาของซุปเปอร์โนวาของเคปเลอร์ในช่วงไม่กี่ปีมานี้คือซุปเปอร์โนวาที่มองเห็นได้ในเมฆแมเจลแลนใหญ่ ซึ่งเป็นดาราจักรข้างเคียงขนาดเล็ก ของทางช้างเผือก ค.ศ. 1987 (และกำหนดให้ปี ค.ศ. 1987A) นักดาราศาสตร์ยังได้บันทึกซุปเปอร์โนวาจำนวนมากในดาราจักรอื่นด้วย สิ่งเหล่านี้สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า แต่นักดูท้องฟ้าจะพลาดไปอย่างสิ้นเชิงในสมัยของเคปเลอร์
กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือ การรอเป็นเวลานาน 418 ปีตั้งแต่เราได้เห็นดาวระเบิดในกาแลคซีของเรา เราเลยกำหนดเวลาสำหรับซุปเปอร์โนวาที่สว่างไสวในบริเวณใกล้เคียงหรือไม่?
Brian Fields นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ในเออร์บานา-แชมเพนกล่าวว่า “นั่นเป็นหัวข้อที่ฉันชอบมากที่สุดเรื่องหนึ่ง นักดาราศาสตร์ประมาณการว่าโดยเฉลี่ยแล้ว ระหว่างหนึ่งถึงสามดาวควรจะระเบิดในดาราจักรของเราทุกศตวรรษ ดังนั้นช่องว่างสี่ศตวรรษจึงมากกว่าที่คาดไว้เล็กน้อย “ตามสถิติแล้ว คุณไม่สามารถพูดได้ว่าเราเกินกำหนด แต่อย่างไม่เป็นทางการ เราทุกคนบอกว่าเราเกินกำหนด” ฟิลด์กล่าว
นักดาราศาสตร์ในปัจจุบันเตรียมพร้อมสำหรับซุปเปอร์โนวาตัวต่อไปได้ดีกว่าที่เคปเลอร์เคยเป็น—หรือมากกว่าที่ใครๆ จะได้รับเมื่อสองสามทศวรรษก่อน นักวิทยาศาสตร์ในปัจจุบันมีกล้องโทรทรรศน์ที่สามารถบันทึกแสงที่มองเห็นได้ เครื่องมือเหล่านี้จะแสดงให้เห็นว่าซุปเปอร์โนวาจะเป็นอย่างไรถ้าเราสามารถบินเข้าไปใกล้มันและมองด้วยตาของเราเอง แต่เรายังมีกล้องโทรทรรศน์ที่สามารถบันทึกแสงอินฟราเรด ซึ่งเป็นแสงที่มีสีอยู่เหนือสุดสีแดงของสเปกตรัมที่มองเห็นได้ ด้วยความยาวคลื่นที่ยาวกว่า แสงอินฟราเรดจึงสามารถผ่านก๊าซและฝุ่นได้ง่ายกว่าแสงที่มองเห็นได้ ซึ่งเผยให้เห็นเป้าหมายที่อาจมองไม่เห็นด้วยกล้องโทรทรรศน์แบบเดิม กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ตัวอย่างเช่น บันทึกในอินฟราเรดเป็นหลัก ทั้งแสงที่มองเห็นได้และแสงอินฟราเรดเป็นส่วนหนึ่งของ “สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า” แต่ซุปเปอร์โนวายังปล่อยรังสีชนิดอื่นออกมาในรูปของอนุภาคย่อยของอะตอมที่เรียกว่านิวตริโน และวันนี้เรามีเครื่องตรวจจับเพื่อดักจับพวกมันด้วย นักดาราศาสตร์ก็มีเครื่องตรวจจับที่สามารถบันทึกระลอกคลื่นเล็กๆ ในโครงสร้างของกาลอวกาศที่เรียกว่าคลื่นความโน้มถ่วงซึ่งเชื่อกันว่าถูกปลดปล่อยโดยดาวระเบิด
Ray Jayawardhana นักดาราศาสตร์จาก Cornell University กล่าวว่า “ความคาดหวังที่แท้จริงในตอนนี้คือเราจะมี Trifecta ซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นความโน้มถ่วง และนิวตริโนจากการระเบิดของซุปเปอร์โนวา “นั่นจะเป็นแหล่งข้อมูลและข้อมูลเชิงลึกที่อุดมสมบูรณ์อย่างไม่น่าเชื่อ”
นักวิทยาศาสตร์ได้อธิบายซุปเปอร์โนวาสองประเภทที่แตกต่างกัน ในซุปเปอร์โนวา Type I ดาวแคระขาวดึงวัสดุออกจากดาวข้างเคียงจนกระทั่งเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่หลบหนีออกมา ดาวแคระขาวถูกเป่าออกเป็นชิ้นๆ ส่งเศษเล็กเศษน้อยพุ่งทะยานผ่านอวกาศ เคปเลอร์เป็นประเภทที่ 1 ในซุปเปอร์โนวาประเภท II ซึ่งบางครั้งเรียกว่าซุปเปอร์โนวาแกนกลาง (core-collapse supernova) ดาวฤกษ์จะระบายแหล่งเชื้อเพลิงนิวเคลียร์และยุบตัวภายใต้แรงโน้มถ่วงของตัวมันเอง การพังทลายแล้ว “กระเด็น” ทำให้เกิดการระเบิด
ซุปเปอร์โนวาทั้งสองประเภทอาจสว่างจนบดบังดาราจักรทั้งหมดได้ ชั่วครู่ แต่ซุปเปอร์โนวาประเภท II นั้นมีความน่าสนใจเป็นพิเศษเพราะไม่เพียงแต่ปล่อยแสงเท่านั้นแต่ยังมีนิวตริโนจำนวนมหาศาลอีกด้วย Kate Scholberg นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัย Duke อธิบาย ในความเป็นจริง การปล่อยนิวตริโนสามารถเริ่มต้นได้ก่อนการระเบิดเล็กน้อย
“ถ้าดาวฤกษ์อยู่ใกล้เพียงพอ เราอาจสามารถสังเกตนิวตริโนก่อนเกิดซุปเปอร์โนวาในยุคแรกๆ เหล่านี้ได้ก่อนที่แกนจะยุบตัวจริงๆ” สโคลเบิร์กกล่าว ตัวอย่างเช่น ถ้าดาวยักษ์แดง Betelgeuse ต้องไปซูเปอร์โนวา เครื่องตรวจจับนิวตริโนน่าจะรับสัญญาณได้หลายชั่วโมงหรือหลายวันก่อนที่การระเบิดจะมองเห็นได้ เธอกล่าว (เบเทลจูสมีความสว่างผันผวนในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา และนักดาราศาสตร์บางคนแนะนำว่าใกล้จะระเบิดแล้ว แต่การศึกษาล่าสุดชี้ว่าการหรี่แสงนั้นเกิดจากเมฆฝุ่นหรือจากกิจกรรมของจุดบอดบนผิวดาว อย่างไรก็ตาม คาดว่าดาวยักษ์จะระเบิดในช่วง 100,000 ปีข้างหน้า)
หากนิวตริโนจากซุปเปอร์โนวาทางช้างเผือกมาถึงโลก นักดาราศาสตร์จะได้รับการแจ้งเตือนอัตโนมัติที่ส่งโดยกลุ่มเครื่องตรวจจับนิวตริโนที่เรียกว่าSupernova Early Warning Systemหรือ SNEWS Scholberg ช่วยพัฒนา SNEWS เวอร์ชันแรกในช่วงต้นทศวรรษ 2000; นักดาราศาสตร์ในปัจจุบันกำลังเพิ่ม “SNEWS 2.0” ซึ่งจะทำหน้าที่เหมือนกับรุ่นก่อน แต่ด้วยความสามารถในการระบุตำแหน่งที่พัฒนาขึ้น เครือข่ายจะใช้ข้อมูลจากเครื่องตรวจจับที่แตกต่างกันเจ็ดเครื่อง ซึ่งตั้งอยู่ในหกประเทศที่แตกต่างกันรวมทั้งทวีปแอนตาร์กติกา เพื่อกำหนดทิศทางโดยประมาณของซุปเปอร์โนวาใน ท้องฟ้าเพื่อให้เครื่องมือทางแสงสามารถมองเข้าไปใกล้ได้
เมื่อเกิดการระเบิดขึ้นในปี 1987 วิทยาศาสตร์นิวตริโนยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น—ถึงกระนั้น นิวตริโนสองโหลก็ถูกบันทึกโดยเครื่องตรวจจับสามตัวที่ทำงานอยู่ในขณะนั้น หากซุปเปอร์โนวาระเบิดภายในกาแลคซีของเราตอนนี้ เครือข่ายเครื่องตรวจจับทั่วโลกจะบันทึกนิวตริโนนับร้อยหรือหลายพัน
กรณีหนึ่งอาจสร้างสัญญาณที่ยั่วยุได้เป็นพิเศษ: หากดาวที่ยุบตัวหนักพอ มันอาจก่อตัวเป็นหลุมดำ ซึ่งในกรณีนี้ “การระเบิดทั้งหมดมลายหายไป” ชอลเบิร์กกล่าว ในสถานการณ์นั้น “ฟลักซ์ของนิวทริโนจะปิดอย่างรวดเร็วมาก นั่นคงจะเจ๋งมาก เพราะคุณจะเห็นจุดตัดที่เฉียบคมจริงๆ ซึ่งบ่งบอกว่าหลุมดำได้ก่อตัวขึ้น” นักดาราศาสตร์สามารถดูแคตตาล็อกของดาวฤกษ์ที่รู้จักเพื่อดูว่าดวงใดที่หายไป “ถ้าคุณเห็นช่องว่าง—ดาวที่หายไป—นั่นอาจเป็นตำแหน่งของหลุมดำที่เพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่” สโคลเบิร์กกล่าว
การทำ Trifecta ให้สำเร็จจะเป็นการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงจากซุปเปอร์โนวาทางช้างเผือกที่ประสบความสำเร็จ ทำนายโดยไอน์สไตน์เมื่อกว่าหนึ่งศตวรรษที่ผ่านมา คลื่นความโน้มถ่วงเป็นการบิดเบือนในกาลอวกาศที่ถูกสร้างขึ้นเมื่อใดก็ตามที่วัตถุขนาดใหญ่ถูกเร่ง พวกมันถูกตรวจพบครั้งแรกในปี 2558 คลื่นความโน้มถ่วงที่บันทึกไว้จนถึงปัจจุบันได้รับการปลดปล่อยจากการรวมตัวกันของวัตถุขนาดใหญ่ เช่น หลุมดำและดาวนิวตรอน แต่เมื่อซุปเปอร์โนวาเกิดขึ้นในกาแลคซีของเราในที่สุด สิ่งนั้นก็ควรที่จะตรวจพบได้เช่นกัน เนื่องจากคลื่นความโน้มถ่วงจะเล็ดลอดออกมาจากแกนกลางของซุปเปอร์โนวา “พวกมันจะให้ข้อมูลเกี่ยวกับการระเบิดของดาวจริงๆ ซึ่งห่างไกลจากชุมชนดาราศาสตร์ไปแล้ว” David Radice นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัย Penn State กล่าว แม้ว่านักดาราศาสตร์ได้ใช้คอมพิวเตอร์จำลองเพื่อสร้างแบบจำลองการระเบิดของซุปเปอร์โนวามานานหลายทศวรรษแล้ว รายละเอียดหลายอย่างยังไม่ค่อยเข้าใจ ข้อมูลจากคลื่นความโน้มถ่วงสามารถช่วยให้กระบวนการนี้กระจ่างได้ Radice กล่าว
ซุปเปอร์โนวาใกล้เคียงอาจเป็นภัยคุกคามต่อชีวิตบนโลกได้หรือไม่? ใช่ ในทางทฤษฎี แต่การระเบิดจะต้องอยู่ใกล้มาก และในขณะนี้ยังไม่มีดาวฤกษ์ใกล้เคียงดังกล่าวที่เสี่ยงต่อการระเบิด ซึ่งเป็นสิ่งที่ดีเพราะการระเบิดของรังสีจากซุปเปอร์โนวาใกล้เคียงจะทำให้เกิดความหายนะ ในช่วงเวลาหลายสัปดาห์ ซุปเปอร์โนวาจะปล่อยรังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์ และรังสีแกมมา ซึ่งไม่จำเป็นต้องไปถึงพื้นโลก แต่ยังคงสร้างความเสียหายให้กับชั้นโอโซนที่ปกป้องโลกได้ Fields อธิบาย “มันจะไม่ทำให้เรากลายเป็นฮัลค์—แต่มันจะดึงชั้นโอโซนออกจากสตราโตสเฟียร์” เขากล่าว หากไม่มีชั้นโอโซน โลกจะจมอยู่ในรังสีอัลตราไวโอเลตที่อันตรายถึงชีวิตจากดวงอาทิตย์ สิ่งนี้สามารถกำจัดแพลงก์ตอนพืชในมหาสมุทรด้วยผลกระทบที่เกิดขึ้นในห่วงโซ่อาหารซึ่งอาจนำไปสู่การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ Fields กล่าว
เหตุการณ์ดังกล่าวอาจเกิดขึ้นตลอดประวัติศาสตร์ของโลกของเรา ทุ่งนาและเพื่อนร่วมงานแย้งว่าการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่เมื่อสิ้นสุดยุคดีโวเนียน เมื่อ 360 ล้านปีก่อน อาจเกิดจากมหานวดารา พวกเขาสังเกตว่าหินในช่วงเวลานั้นประกอบด้วยสปอร์ของพืชที่ดูเหมือนถูกแดดเผา ราวกับว่าถูกรังสีอัลตราไวโอเลตถูกทำลาย รังสี
แต่ซุปเปอร์โนวาไม่เพียงแค่ทำลาย พวกเขายังสร้าง นักดาราศาสตร์และนักฟิสิกส์ชี้ให้เห็นว่าธาตุหนักหลายอย่างที่เราพึ่งพา—ออกซิเจนที่เราหายใจเข้าไป แคลเซียมในกระดูกของเรา ธาตุเหล็กในเลือดของเรา—มีต้นกำเนิดมาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่แผ่ออกลึกเข้าไปในดาวที่ระเบิด และซึ่งแผ่กระจายไปทั่วอวกาศ ต้องขอบคุณคลื่นระเบิดที่เกิดขึ้น ดังที่คาร์ล เซแกนกล่าวไว้อย่างมีชื่อเสียงว่า “เราถูกสร้างขึ้นจากสิ่งของที่เป็นดารา” ซึ่งหมายความว่าสำหรับนักดาราศาสตร์เช่น Fields ซุปเปอร์โนวาจะเป็นของขวัญที่ดีที่สุดจากสวรรค์ “ผมอยากจะมีซุปเปอร์โนวาทางช้างเผือกในกาแล็กซี่ในชีวิต” เขากล่าว
