นักวิทย์ฯ อธิบายกรณีปฏิสสารทำให้เกิดระเบิดครั้งใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์ ทำลายล้างกันด้วยความเร็ว 99.9% ของแสง
ปฏิสสาร (Antimatter) ทำให้เกิดการระเบิดครั้งยิ่งใหญ่ที่สุดเท่าที่มนุษย์เคยพบเห็นมา นักวิทยาศาสตร์เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า ‘สว่างที่สุดตลอดกาล’ ซึ่งเป็นผลมาจากอนุภาคของสสารและปฏิสสารที่ทำลายล้างกันด้วยความเร็ว 99.9% ของแสง
ย้อนกลับไปเมื่อวันที่ 9 ตุลาคมปี 2022 กล้องโทรทรรศน์อวกาศรังสีแกมมาที่ชื่อ ‘เฟอร์มี’ ของนาซา (NASA) และหอสังเกตการณ์นีล เกห์เรลส์ สวิฟต์ (Neil Gehrels Swift Observatory) ได้ตรวจพบจุดสว่างจุดหนึ่งในอวกาศที่มีพลังงานสูงมาก จนทำให้อุปกรณ์ต่าง ๆ ทั้งบนโลกและในวงโคจร ‘สว่างจ้า’ ไปทั่วราวกับคนที่ถูกเปิดไฟสปอร์ตไลท์จ่อดวงตา ทำให้ต้องใช้เวลาสักพักราว 5 นาที แสงดังกล่าวจึงค่อย ๆ หรี่ลงเพียงพอที่จะให้เครื่องมือ ‘มองเห็น’ ได้อีกครั้ง และกล้องเฟอร์มีก็เผยให้เห็นลักษณะพิเศษในสเปกตรัมของมัน เครื่องตรวจจับระบุว่ามันมีพลังงานสูงที่สุดเท่าที่เคยบันทึกกันมาที่ประมาณ 12 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์ (MeV) โดยกินเวลานาน 40 วินาที (เพื่อการเปรียบเทียบ แสงที่มองได้มีพลังงานประมาณ 2-3 อิเล็กตรอนโวลต์)
เหตุการณ์ครั้งนั้นถูกเรียกชื่ออย่างเป็นทางการว่า “GRB 221009A” หรือมีฉายาว่า ‘สว่างที่สุดตลอดกาล’ (Brightest Of All Time หรือ BOAT) และกลายเป็น ‘การระเบิดของรังสีแกมมา’ ที่รุนแรงที่สุดนับตั้งแต่มีการเริ่มศึกษาจักรวาลแห่งนี้
“ไม่กี่นาทีหลังจาก BOAT ระเบิด เครื่องตรวจจับการระเบิดรังสีแกมมาของเฟอร์มีได้บันทึกค่าพลังงานสูงสุดที่ผิดปกติ ซึ่งดึงดูดความสนใจของเรา” มาเรีย เอดวิจ ราวาซิโอ (Maria Edvige Ravasio) หัวหน้าทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยราดบาวด์ กล่าว “เมื่อฉันเห็นสัญญาณดังกล่าวครั้งแรก มันทำให้ฉันขนลุก การวิเคราะห์ของเราตั้งแต่นั้นมาแสดงให้เห็นว่าเป็นสิ่งที่เราเห็นครั้งแรกในรอบ 50 ปีของการศึกษาการระเบิดของรังสีแกมมา”
อดีตของการศึกษารังสีแกมมา
ย้อนกลับไปในปี 1967 ดาวเทียมเวลาของสหรัฐอเมริกาได้บันทึกการระเบิดของรังสีแกมมาครั้งแรก (Gamma-Ray Burst หรือย่อว่า GRB) ซึ่งเปิดเผยต่อสาธารณชนในปี 1973 เหตุการณ์ดังกล่าวสร้างความประหลาดใจให้กับผู้ที่พบเห็นเป็นอย่างมาก และกลายเป็นจุดเริ่มต้นในการศึกษา GRB นับตั้งแต่นั้นมา
หลังจากเหตุการณ์ครั้งแรก นักวิทยาศาสตร์ก็ได้ตรวจพบ GRB เรื่อยมา โดยระบุว่าแสงสว่างวาบสั้น ๆ เหล่านี้เป็นการระเบิดที่มีพลังรุนแรงที่สุดในจักรวาลซึ่งเชื่อกันว่ามีอยู่ 2 ประเภทหลัก ๆ คือ GBR ระยะสั้นที่คงอยู่ไม่เกิน 2 วินาที และ GBR ระยะยาว นักวิทยาศาสตร์คาดว่าทั้งคู่เกิดจากแหล่งที่แตกต่างกันจึงทำให้ GBR มีความแตกต่างกัน
แต่โดยทั่วไปแล้วแหล่งกำเนิดที่พบมากที่สุดนั้นเกิดจากดาวฤกษ์ที่มีมวลอย่างน้อย 8 เท่าของดวงอาทิตย์หมดเชื้อเพลิงที่ใช้สร้างปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นในแกนกลางลง และไม่สามารถต้านทานแรงโน้มถ่วงได้อีกต่อไป ดวงดาวจึงพังทลายลงกลายเป็นหลุมดำซึ่งในจังหวะนั้นมันได้พ่นอนุภาคออกมาด้วยความเร็วเกือบเท่ากับแสง
เมื่ออนุภาคดังกล่าวเดินทางมันที่โลก เราจะมองเห็นว่ามันคือการระเบิดของรังสีแกมมา มันเป็นสิ่งที่มีพลังงานมากจนถึงขั้นที่ว่า หากเหตุการณ์ดังกล่าวเกิดขึ้นใกล้โลกในระยะไม่กี่พันปีแสง อนุภาคของ GRB จะพุ่งเข้าชนชั้นบรรยากาศของเราให้พังราวกับโดมกระจกที่แหลกสลาย แต่อย่างไรก็ตาม เรายังโชคดีที่ยังคงอยู่ดีในประวัติศาสตร์ 4.5 พันล้านปีที่ผ่านมา
หากไม่นับความอันตรายแล้ว GRB ก็ได้สร้างความน่าหลงใหลให้กับผู้ที่ศึกษามาในทันที นักวิทยาศาสตร์สรุปโดยใช้สถิติว่าเหตุการณ์แบบเดียวกับ ‘BOAT’ นั้นจะเกิดเพียงครั้งเดียวในทุก ๆ 10,000 ปี และสิ่งที่พิเศษกว่านั้น แม้จะอยู่ห่างไกลถึง 2.4 พันล้านปีแสง BOAT ก็สามารถ ‘สั่นสะเทือน’ ชั้นบรรยากาศโลกได้
ปฏิสสาร
โดยทั่วไปแล้ว GRB จะทิ้งร่องรอยไว้ในอวกาศในรูปแบบของแสงหรือสเปกตรัม ซึ่งนักวิทยาศาสตร์จะสามารถสังเกตข้อมูลที่มันทิ้งไว้ได้โดยผ่าน ‘ลายนิ้วมือ’ ที่ธาตุต่าง ๆ จะดูดซับและเปล่งแสงออกมาในความถี่เฉพาะ ข้อมูลดังกล่าวช่วยให้เรารู้องค์ประกอบทางเคมี และวัตถุที่แสงมีปฏิกิริยาด้วย ทว่าข้อมูลเหล่านั้นก็อาจมีความแปรปรวนจากปัจจัยอื่น ๆ ได้เช่นกัน
“แม้ว่าการวิจัยก่อนหน้านี้บางชิ้นจะรายงานหลักฐานที่เป็นไปได้สำหรับคุณสมบัติของการดูดซับและการแผ่รังสีใน GRB อื่น ๆ” โอม ชราราน ซาลาเฟีย (Om Sharan Salafia) หนึ่งในทีมสังเกตการณ์ กล่าวและว่า “แต่เมื่อเราตรวจสอบอย่างละเอียดอีกครั้งก็พบว่าทั้งหมดนี้เป็นเพียงความผันผวนทางสถิติเท่านั้น ซึ่งสิ่งที่เราเห็น BOAT นั้นแตกต่างออกไป”
ทีมวิจัยระบุว่า BOAT นั้นเป็นสิ่งพิเศษกว่าซึ่งมีโอกาสจะเป็นมากกว่าความผันผวนทางสถิติน้อยกว่า 1 ใน 5 พันล้าน เนื่องจากเส้นการแผ่รังสีที่กล้องเฟอร์มีมองเห็นจากแสงของ BOAT นั้นมีพลังงานสูงสุดที่ 12 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์ ซึ่งสูงที่สุดเท่าที่เคยตรวจจับได้ ไม่ใช่ 2-3 อิเล็กตรอนโวลต์ (eV) ที่ระบุได้ในแสงทั่วไป
แต่อะไรที่สร้างพลังงานขนาดนี้ได้? อย่างแรกสุดเลยก็คือมันไม่ใช่พลังงานปกติที่มักจะเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นแล้วกลับสู่สถานะพื้นฐานอย่างแน่นอน ซึ่งมักจะให้พลังงานทั่วไปที่ไม่โดดเด่นเหมือน BOAT ดังนั้นทีมวิจัยจึงมองหาอะไรที่พิเศษกว่านั้น
เราทราบกันดีอยู่แล้วว่า อนุภาคสสารทุกตัวต่างมี ‘ฝาแฝด’ ของมันคือ ‘ปฏิสสาร’ เมื่ออนุภาคเหล่านี้มาพบกัน พวกมันก็จะทำลายล้างและปลดปล่อยพลังงานมหาศาลกลับคืนสู่จักรวาล พวกเขาคิดว่านี่อาจเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นในเหตุการณ์ BOAT ที่อิเล็กตรอนได้ชนเข้ากับคู่ปฏิสสารของมันที่ชื่อว่า ‘โพซิตรอน’ (Positron)
“เมื่ออิเล็กตรอนและโพซิตรอนชนกัน พวกมันจะทำลายล้างกัน ทำให้เกิดรังสีแกมมาคู่หนึ่งที่มีพลังงาน 0.511 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์” กอร์ โอแกเนสซยาน (Gor Oganesyan) ศาสตราจารย์จากสถาบันวิทยาศาสตร์แกรน แซสโซ กล่าว “เนื่องจากเรากำลังมองดูเจ็ตซึ่งสสารเคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้แสง การแผ่รังสีนี้จึงถูกเลื่อนไปทางสีน้ำเงินอย่างมาก และผลักไปในช่วงพลังงานที่สูงกว่ามาก”
ซึ่งตรงกับการสังเกตการณ์จาก BOAT หากเป็นไปตามที่ทีมวิจัยพูดถูกต้อง อนุภาคดังกล่าวจะต้องถูกเร่งให้มากถึง 99.9% ของความเร็วแสงแล้วทำลายล้างกัน และการลดความลงเพียงเล็กน้อยก็จะทำให้มีการเลื่อนไปทางสีน้ำเงินลดลง ซึ่งก็เป็นเหตุผลที่อธิบายได้ว่าทำไม BOAT จึงหรี่แสงลงภายใน 5 นาทีแรกจนตรวจจับได้
“หลังจากศึกษาการระเบิดของจักรวาลที่น่าเหลือเชื่อนี้มานานหลายทศวรรษ เราก็ยังคงไม่เข้าใจรายละเอียดว่าเจ็ตเหล่านี้ทำงานอย่างไร” เอลิซาเบธ เฮย์ส (Elizabeth Hays) จากศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดของ นาซา กล่าว “การค้นพบเบาะแสเช่นเส้นการปล่อยที่น่าทึ่งนี้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สอบสภาพแวดล้อมสุดขั้วนี้ได้อย่างลึกซึ้งขึ้น”
หาก BOAT เกิดขึ้นหนึ่งครั้งในทุก ๆ หมื่นปี เราก็คงต้องรออีกหมื่นปีกว่าจะได้ศึกษามันอีกสักครั้ง
สืบค้นและเรียบเรียง วิทิต บรมพิชัยชาติกุล
ภาพ : ESA/XMM-Newton/M. Rigoselli (INAF)
ที่มา
อ่านเพิ่มเติม : “เอเลี่ยน”คงช่อนตัวจากเรา? รู้จัก” ทฤษฎีป่ามืด “(Dark Forest Theory)
