พบดาวนิวตรอนที่ช้าที่สุดที่สุสานจักรวาล

ทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติกล่าวว่าสัญญาณวิทยุที่เต้นเป็นจังหวะผิดปกติซึ่งเกิดขึ้นจาก "สุสานดาว" อาจเป็นหลักฐานของดาวนิวตรอนประเภทใหม่ สัญญาณพัลซาร์มาจากดาวนิวตรอนอายุ 53 ล้านปีที่หมุนรอบทุกๆ 76 วินาที ซึ่งทำให้ดาวนิวตรอนหมุนช้าที่สุดที่เคยสังเกตมา ดาวดวงนี้ถูกกำหนดให้เป็น PSR J0901-4046 และถูกค้นพบโดย เมียร์แคท กล้องโทรทรรศน์วิทยุในแอฟริกาใต้

ดาวนิวตรอนเป็นวัตถุที่มีมวลใกล้เคียงกับดวงอาทิตย์ แต่ถูกแรงโน้มถ่วงบดทับจนเหลือเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 20 กม. โมเมนตัมเชิงมุมจะถูกสงวนไว้เมื่อดาวถูกบีบอัด ซึ่งหมายความว่าความเร็วการหมุนของดาวจะเพิ่มขึ้น เหมือนกับที่นักสเก็ตลีลาหมุนเร็วขึ้นเมื่อเธอดึงแขนเข้าไป

ดาวนิวตรอนที่หมุนรอบตัวเป็นที่รู้จักกันดีในการถ่ายทอดลำแสงคลื่นวิทยุที่ปรากฏเป็นพัลส์ไปยังผู้สังเกตการณ์บนโลก กระบวนการปล่อยคลื่นวิทยุขับเคลื่อนโดยการหมุนของดาวฤกษ์ และการถ่ายโอนพลังงานนี้ในที่สุดจะทำให้การหมุนช้าลงจนถึงจุดที่คาดว่าจะหยุดปล่อยมลพิษ

จังหวะที่ไม่คาดคิด

“สิ่งที่น่าประหลาดใจเกี่ยวกับการค้นพบครั้งนี้คือมันอยู่ในสุสานดาวนิวตรอน นั่นทำให้มันพิเศษ” . อธิบาย มานิชา คาเล็บ ที่มหาวิทยาลัยซิดนีย์ซึ่งเป็นหัวหน้านักวิจัยในโครงการ “เราไม่คาดหวังว่าคลื่นวิทยุจะเกิดขึ้นในภูมิภาคนี้ การค้นพบนี้ได้เปิดพื้นที่ที่ยังไม่ได้สำรวจทั้งหมด ซึ่งเราไม่เคยมองหาดาวนิวตรอนมาก่อน”

“นี่เป็นดาวนิวตรอนที่ช้าที่สุดที่เรารู้จัก” คาเล็บซึ่งเป็นผู้เขียนหลักของบทความกล่าวเสริม ธรรมชาติดาราศาสตร์  ที่อธิบายการค้นพบ "ความจริงที่ว่ามันปล่อยคลื่นวิทยุท้าทายความเข้าใจของเราว่าดาวนิวตรอนมีอายุเท่าไร"

ดาวนิวตรอนที่ช้าที่สุดที่ตรวจพบก่อนหน้านี้มีคาบ 23.5 วินาที ซึ่งหมายความว่าการค้นพบใหม่นี้ช้าลงประมาณสามเท่า PSR J0901–4046 ดูเหมือนจะมีประเภทพัลส์ที่แตกต่างกันอย่างน้อยเจ็ดประเภทซึ่งบางประเภทเป็นระยะอย่างยิ่ง ประเภทของพัลส์ที่หลากหลายนี้เป็นสิ่งที่นักวิจัยกล่าวว่าไม่เคยเห็นมาก่อน

พัลส์กึ่งคาบ

“ไม่มีดาวนิวตรอนอื่นใดที่แสดงให้เห็นความหลากหลายนี้ ประเภทพัลส์ 'quasiperiodic' อาจเกิดจากการสั่นสะเทือนของแผ่นดินไหวหรือการสั่นของดาวนิวตรอนซึ่งอาจเป็นเบาะแสที่สำคัญต่อกลไกการปล่อยก๊าซที่ทำให้เกิดการระเบิดเหล่านี้” Caleb กล่าว “นี่คือจุดเริ่มต้นของดาวนิวตรอนประเภทใหม่ ว่าเกี่ยวข้องกับชั้นเรียนอื่นหรือไม่นั้นยังไม่ได้มีการสำรวจ”

คาเลบ ซึ่งเคยเป็นมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ อธิบายว่าการสังเกตนี้เกี่ยวข้องมากกว่าความโชคดีเพียงเล็กน้อย "ความจริงที่ว่าแหล่งกำเนิดเปิดอยู่เพียงประมาณ 0.5% ของระยะเวลาการหมุนหมายความว่าเราโชคดีมากที่ลำแสงได้ตัดกับโลก" เธอกล่าว “เราอาจขาดวัตถุจำนวนหนึ่งซึ่งเราไม่เคยรู้มาก่อนว่ามีอยู่จริงจนถึงตอนนี้”

“พัลซาร์เป็นดาวนิวตรอนที่มีลำแสงรังสีออกมาจากขั้วแม่เหล็กของพวกมันที่กวาดไปทั่วพื้นโลกขณะที่มันหมุนรอบ ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถตรวจจับพวกมันได้เป็นชุดของพัลส์ปกติ” ผู้เขียนร่วมของ ธรรมชาติดาราศาสตร์ กระดาษและนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ด เอียน เฮย์วูดบอก ฟิสิกส์โลก. “เราสามารถใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุเพื่อจับเวลาการหมุนของดาวนิวตรอนด้วยความแม่นยำสูงสุด ทำให้พัลซาร์เป็นแหล่งข้อมูลที่บังเอิญมากสำหรับการทดสอบแง่มุมต่างๆ ของดาราศาสตร์ฟิสิกส์และฟิสิกส์พื้นฐาน”

โชคดีและเป็นพื้นฐาน

เฮย์วูดกล่าวเสริมว่า ปัจจัยพื้นฐานสองประการที่นักวิจัยสามารถสังเกตได้เกี่ยวกับดาวนิวตรอนคืออัตราการหมุนของพวกมันและอัตราการหมุนรอบนี้ช้า

"ทฤษฎีเกี่ยวกับดาวนิวตรอนทำนายว่าสำหรับการรวมกันของค่าทั้งสองนี้ การปล่อยคลื่นวิทยุจะปิดลงและลำแสงจะหายไป" เขากล่าว "ความจริงที่ว่าเราเห็นการแผ่รังสีวิทยุจากวัตถุนี้ด้วยระยะเวลาการหมุนที่ยาวนานเช่นนี้ท้าทายทฤษฎีเหล่านี้บางส่วน"

Heywood ชี้ให้เห็นว่าค่าของอัตราการหมุนและการชะลอตัวของ PSR J0901–4046 - ในทางเทคนิคเรียกว่าพื้นที่พารามิเตอร์ - ทำเครื่องหมายว่าเป็นสิ่งใหม่

“ดาวนิวตรอนที่เต้นเป็นจังหวะประเภทต่างๆ นั้นครอบครองบริเวณพื้นที่พารามิเตอร์ที่ค่อนข้างชัดเจน และการค้นพบนี้กำลังผลักดันไปยังบริเวณที่ไม่มีดาวนิวตรอนประเภทใดที่รู้จัก” เฮย์วูดอธิบาย “บางทีมันอาจจะไม่ใช่ดาวนิวตรอนประเภทใหม่ แต่ความเข้าใจของเราเกี่ยวกับประชากรที่รู้จักในปัจจุบันนั้นยังไม่สมบูรณ์ ไม่ว่าจะด้วยวิธีใด การค้นพบนี้ตั้งคำถามกับความเข้าใจของเราเกี่ยวกับวัตถุประเภทนี้”

นักวิจัยกล่าวว่าด้วยการใช้ประโยชน์จากข้อมูลจาก MeerKAT อย่างเต็มที่และการรวมเทคนิคการสังเกตของโครงการ MeerTRAP และ ThunderKAT ของกล้องโทรทรรศน์ พวกเขาหวังว่าจะค้นหาวัตถุอื่นๆ เช่น PSR J0901–4046

“การค้นพบดาวนิวตรอนเหล่านี้มากขึ้นสามารถพิสูจน์ได้ว่ามีความสำคัญต่อความเข้าใจของเราเกี่ยวกับประชากรดาวนิวตรอนของดาราจักร” คาเลบสรุป