การระเบิดในอวกาศที่สว่างที่สุดเท่าที่เคยมีมาเผยให้เห็นคำแนะนำที่เป็นไปได้ของสสารมืด

ในวันอาทิตย์ที่ 9 ต.ค. จูดิธ ราคูซิน อยู่ในอากาศ 35,000 ฟุต ระหว่างทางไปการประชุมดาราศาสตร์ฟิสิกส์พลังงานสูง ซึ่งเป็นช่วงที่เกิดการระเบิดของจักรวาลครั้งใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์ “ฉันลงจอด ดูโทรศัพท์ และได้รับข้อความมากมาย” ราคูซิน นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดของ NASA ในรัฐแมรี่แลนด์ กล่าว “มันพิเศษจริงๆ”

การระเบิดนี้เป็นการระเบิดรังสีแกมมาเป็นเวลานาน ซึ่งเป็นเหตุการณ์จักรวาลที่ดาวฤกษ์มวลมากที่กำลังจะตายปล่อยไอพ่นพลังงานอันทรงพลังออกมาขณะที่มันยุบลงในหลุมดำหรือดาวนิวตรอน การระเบิดครั้งนี้มีความสว่างมากจนทำให้กล้องโทรทรรศน์อวกาศรังสีแกมมา Fermi อิ่มตัวมากเกินไป ซึ่งเป็นกล้องโทรทรรศน์ที่โคจรอยู่ของ NASA ซึ่งออกแบบมาเพื่อสังเกตการณ์เหตุการณ์ดังกล่าว “มีโฟตอนจำนวนมากต่อวินาทีจนไม่สามารถตามทันได้” กล่าว แอนดรูว์ เลแวนนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัย Radboud ในประเทศเนเธอร์แลนด์ การระเบิดดังกล่าวดูเหมือนจะทำให้ชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ของโลกซึ่งเป็นชั้นบรรยากาศชั้นบนของโลกเกิดขึ้นด้วย ขยายขนาด เป็นเวลาหลายชั่วโมง “ความจริงที่ว่าคุณสามารถเปลี่ยนบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ของโลกจากวัตถุที่อยู่กึ่งกลางจักรวาลได้นั้นค่อนข้างน่าเหลือเชื่อ” กล่าว ดั๊ก เวลช์นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัย McMaster ในแคนาดา

นักดาราศาสตร์เรียกมันว่า BOAT อย่างหน้าด้านว่า “สว่างที่สุดตลอดกาล” และเริ่มบีบมันเพื่อหาข้อมูลเกี่ยวกับการระเบิดของรังสีแกมมาและจักรวาลโดยทั่วไป “แม้อีก 10 ปีนับจากนี้ ก็จะมีความเข้าใจใหม่จากชุดข้อมูลนี้” กล่าว เอริค เบิร์นส์นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยรัฐลุยเซียนา “ฉันยังไม่เข้าใจเลยว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นจริง”

การวิเคราะห์เบื้องต้นชี้ให้เห็นว่ามีเหตุผลสองประการที่ทำให้เรือมีความสว่างมาก ประการแรก มันเกิดขึ้นห่างจากโลกประมาณ 2.4 พันล้านปีแสง ซึ่งค่อนข้างใกล้กับการระเบิดรังสีแกมมา (แม้ว่าจะอยู่นอกกาแลคซีของเราก็ตาม) อาจเป็นไปได้ว่าเครื่องบินไอพ่นอันทรงพลังของ BOAT กำลังชี้มาทางเรา ปัจจัยทั้งสองรวมกันทำให้เกิดเหตุการณ์เช่นนี้ซึ่งเกิดขึ้นทุกๆ สองสามร้อยปีเท่านั้น

บางทีข้อสังเกตที่เป็นผลสืบเนื่องที่สุดอาจเกิดขึ้นในประเทศจีน ที่นั่น ในมณฑลเสฉวน หอสังเกตการณ์อาบน้ำทางอากาศขนาดใหญ่ (LHAASO) ติดตามอนุภาคพลังงานสูงจากอวกาศ ในประวัติศาสตร์ของดาราศาสตร์การระเบิดรังสีแกมมา นักวิจัยได้เห็นโฟตอนพลังงานสูงเพียงไม่กี่ร้อยตัวที่มาจากวัตถุเหล่านี้ ลาซอ เห็น 5,000 จากเหตุการณ์หนึ่งนี้ “โดยพื้นฐานแล้วการระเบิดรังสีแกมมาออกไปบนท้องฟ้าเหนือพวกมันโดยตรง” กล่าว ซิลเวีย จู้นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จาก German Electron Synchrotron (DESY) ในเมืองฮัมบวร์ก

ในบรรดาการตรวจจับเหล่านั้น น่าจะเป็นโฟตอนพลังงานสูงที่น่าสงสัยที่ 18 เทราอิเล็กตรอนโวลต์ (TeV) ซึ่งสูงกว่าสิ่งใดๆ ที่เห็นจากการระเบิดรังสีแกมมาก่อนหน้านี้ถึงสี่เท่าและมีพลังมากกว่าพลังงานสูงสุดที่ Large Hadron Collider สามารถทำได้ โฟตอนพลังงานสูงเช่นนี้ควรจะสูญหายไประหว่างทางมายังโลก โดยถูกดูดซับโดยการมีปฏิสัมพันธ์กับแสงพื้นหลังของจักรวาล

แล้วมันมาอยู่ที่นี่ได้ยังไง? หนึ่ง ความเป็นไปได้ ก็คือหลังจากการระเบิดของรังสีแกมมา โฟตอนพลังงานสูงก็ถูกแปลงเป็นอนุภาคคล้ายแอกเซียน แอกเซียน เป็นอนุภาคมวลเบาที่ตั้งสมมุติฐานไว้ว่า อาจอธิบายสสารมืดได้; อนุภาคที่มีลักษณะคล้ายแอกเซียนคิดว่ามีมวลมากกว่าเล็กน้อย โฟตอนพลังงานสูงอาจเป็นได้ กลายเป็นอนุภาคดังกล่าว โดยสนามแม่เหล็กแรงสูง เช่น สนามที่อยู่รอบดาวฤกษ์ที่กำลังระเบิด อนุภาคคล้ายแอกเซียนจะเคลื่อนที่ผ่านอวกาศอันกว้างใหญ่โดยไม่มีสิ่งกีดขวาง เมื่อมันมาถึงกาแลคซีของเรา สนามแม่เหล็กจะเปลี่ยนมันกลับเป็นโฟตอน ซึ่งจะเดินทางมายังโลก

ในสัปดาห์ถัดจากการตรวจพบครั้งแรก นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์หลายทีม แนะนำกลไกนี้ ในเอกสารที่อัปโหลดไปยังไซต์เตรียมพิมพ์ทางวิทยาศาสตร์ arxiv.org “มันจะเป็นการค้นพบที่เหลือเชื่อมาก” จอร์โจ กาลันติ นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากสถาบันดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งชาติ (INAF) ในอิตาลี ผู้ร่วมประพันธ์หนึ่งในดาวเคราะห์ดวงนี้กล่าว ครั้งแรกของเอกสารเหล่านี้.

นักวิจัยคนอื่นๆ ยังสงสัยว่าการตรวจจับของ LHAASO อาจเป็นกรณีของการระบุตัวตนที่ผิดพลาดหรือไม่ บางทีโฟตอนพลังงานสูงอาจมาจากที่อื่น และเวลามาถึงที่เหมาะสมก็เป็นเพียงเรื่องบังเอิญ “ฉันสงสัยมาก” กล่าว มิเลนา ครโนกอร์เชวิชนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยแมริแลนด์ “ขณะนี้ฉันกำลังเอนเอียงไปทางมันเป็นเหตุการณ์เบื้องหลัง” (เพื่อให้เรื่องยุ่งยากยิ่งขึ้น หอดูดาวรัสเซีย รายงาน โดนโฟตอน 251 TeV ที่มีพลังงานสูงกว่าซึ่งมาจากการระเบิด แต่ “คณะลูกขุนยังคงตัดสิน” ราคูซิน รองนักวิทยาศาสตร์โครงการของกล้องโทรทรรศน์แฟร์มี กล่าว “ผมมีเรื่องสงสัยนิดหน่อย”)

จนถึงตอนนี้ ทีม LHAASO ยังไม่ได้เปิดเผยผลการสำรวจอย่างละเอียด Burns ซึ่งเป็นผู้ประสานงานความร่วมมือระดับโลกเพื่อศึกษาเรือ หวังว่าพวกเขาจะทำได้ “ฉันอยากรู้อยากเห็นมากว่าพวกเขามีอะไร” เขากล่าว แต่เขาเข้าใจว่าทำไมจึงต้องระมัดระวังในระดับหนึ่ง “หากผมนั่งอยู่บนข้อมูลที่มีโอกาสแม้แต่เปอร์เซ็นต์ที่จะพิสูจน์หลักฐานของสสารมืด ผมคงจะระมัดระวังเป็นพิเศษในขณะนี้” เบิร์นส์กล่าว หากโฟตอนสามารถเชื่อมโยงกับเรือได้ มันก็น่าจะเป็นหลักฐานของฟิสิกส์ใหม่และอาจเป็นสสารมืด Crnogorčević กล่าว ทีม LHAASO ไม่ตอบสนองต่อการร้องขอความคิดเห็น

แม้ว่าจะไม่มีข้อมูลของ LHAASO ปริมาณแสงที่มองเห็นได้จากเหตุการณ์ดังกล่าวอาจทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถตอบคำถามสำคัญที่สุดบางข้อเกี่ยวกับการระเบิดของรังสีแกมมาได้ รวมถึงปริศนาสำคัญเกี่ยวกับเครื่องบินเจ็ตด้วย “เครื่องบินเจ็ตเปิดตัวได้อย่างไร? เกิดอะไรขึ้นในเครื่องบินไอพ่นขณะที่มันกำลังแพร่กระจายสู่อวกาศ?” พูดว่า ไทเลอร์ พาร์โซแทนนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่ก็อดดาร์ด “นั่นเป็นคำถามที่ยิ่งใหญ่จริงๆ”

นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์คนอื่นๆ หวังว่าจะใช้เรือเพื่อยืนยันว่าเหตุใดจึงมีดาวฤกษ์เพียงบางดวงเท่านั้นที่ระเบิดรังสีแกมมาในขณะที่พวกมันกลายเป็นซูเปอร์โนวา “นั่นเป็นหนึ่งในความลึกลับที่ยิ่งใหญ่” กล่าว อีเวตต์ เซนเดสนักดาราศาสตร์จากศูนย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ฮาร์วาร์ด-สมิธโซเนียน “มันจะต้องเป็นดาวที่มีมวลมาก กาแลคซีเช่นเราอาจจะปล่อยระเบิดรังสีแกมมาทุก ๆ ล้านปี เหตุใดประชากรที่หายากเช่นนี้จึงทำให้เกิดการระเบิดรังสีแกมมา”

การระเบิดของรังสีแกมมาทำให้เกิดหลุมดำหรือมีดาวนิวตรอนที่แกนกลางของดาวฤกษ์ที่ยุบตัวนั้นเป็นคำถามเปิดเช่นกัน จากการวิเคราะห์เบื้องต้นของเรือ พบว่า กรณีดังกล่าวเกิดขึ้นในกรณีนี้ “มีพลังงานมากมายในเจ็ต โดยพื้นฐานแล้วต้องเป็นหลุมดำ” เบิร์นส์กล่าว

สิ่งที่แน่นอนก็คือนี่คือเหตุการณ์จักรวาลที่จะไม่ถูกบดบังเป็นเวลาหลายชั่วอายุคน “เราทุกคนคงตายไปนานแล้วก่อนที่เราจะมีโอกาสทำเช่นนี้อีกครั้ง” เบิร์นส์กล่าว