การรวมตัวของดาวนิวตรอน
การรวมตัวของดาวนิวตรอนคือการชนกันของดาวนิวตรอนเมื่อดาวนิวตรอนสองดวงโคจรเข้าหากัน พวกมันจะค่อยๆเคลื่อนเข้าหากันเนื่องจากการสูญเสียพลังงานที่ปล่อยออกมาในรูปของรังสีโน้มถ่วง [ 1 ] เมื่อพวกมันมาพบกันในที่สุด การรวมตัวของพวกมันจะนำไปสู่การก่อตัวของดาวนิวตรอนที่มีมวลมากกว่า หรือ—หากมวลของส่วนที่เหลือเกินขีดจำกัดของ Tolman–Oppenheimer–Volkoff— หลุมดำการรวมตัวสามารถสร้างสนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่งกว่าสนามแม่เหล็กของโลกหลายล้านล้านเท่าในเวลาเพียงหนึ่งหรือสองมิลลิวินาที[ 2 ]เหตุการณ์ในทันทีจะสร้างการระเบิดรังสีแกมมาแบบสั้น (sGRB) ที่มองเห็นได้ในระยะหลายร้อยล้านหรือหลายพันล้านปีแสง[ 3 ]
การรวมตัวกันของดาวนิวตรอนทำให้เกิดสภาพแวดล้อมที่มีฟลักซ์นิวตรอนสูงมากจนกระบวนการrสามารถเกิดขึ้นได้[ 4 ]ปฏิกิริยานี้มีส่วนทำให้เกิดการสังเคราะห์นิวเคลียสของไอโซโทปประมาณครึ่งหนึ่งในธาตุที่หนักกว่าเหล็ก[ 5 ]
การรวมตัวกันยังก่อให้เกิดคิโลโนวา [ 6 ]ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดชั่วคราวของ รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า แบบไอโซโทรปิกคลื่นยาวเนื่องจากการสลายตัวของกัมมันตรังสีของนิวเคลียสหนัก ในกระบวนการ rที่ผลิตและถูกขับออกมาในระหว่างกระบวนการรวมตัวกัน[ 7 ]คิโลโนวาได้รับการกล่าวถึงว่าเป็นแหล่งที่เป็นไปได้ ของกระบวนการ rตั้งแต่มีการเสนอปฏิกิริยานี้ครั้งแรกในปี 1998 [ 8 ]แต่กลไกนี้ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางหลังจาก มีการสังเกต เหตุการณ์หลายตัวส่งสัญญาณGW170817ในปี 2017
การควบรวมที่สังเกตได้
เมื่อวันที่ 17 สิงหาคม 2560 อินเตอร์เฟอโรเมตร LIGOและVirgoตรวจพบGW170817 [ 9 ]ซึ่งเป็นคลื่นความโน้มถ่วงที่เกี่ยวข้องกับการรวมตัวกันของระบบดาวนิวตรอนคู่ (BNS) ในNGC 4993ซึ่งเป็นกาแล็กซีรูปวงรีในกลุ่มดาวไฮดราห่างออกไปประมาณ 140 ล้านปีแสง[ 10 ] GW170817 เกิดขึ้นพร้อมกับการ ระเบิดรังสีแกมมาสั้น (ยาวประมาณ 2 วินาที) GRB 170817A ซึ่งตรวจพบครั้งแรก 1.7 วินาทีหลังจากสัญญาณการรวมตัวของ GW และเหตุการณ์การสังเกตการณ์แสงที่มองเห็น ได้ซึ่งตรวจพบครั้งแรก 11 ชั่วโมงต่อมา เหตุการณ์ Swope Supernova Survey 2017a (SSS17a) [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]
การเกิดขึ้นพร้อมกันของ GW170817 กับ GRB 170817A ทั้งในอวกาศและเวลาได้สรุปว่าการรวมตัวของดาวนิวตรอนทำให้เกิดการระเบิดรังสีแกมมาแบบสั้น การตรวจพบ SSS17a [ 16 ] ในภายหลัง ในบริเวณที่ทราบว่า GW170817 และ GRB 170817A เกิดขึ้น—และมีลักษณะที่คาดหวังของคิโลโนวา —แสดงให้เห็นว่าการรวมตัวของดาวนิวตรอนเป็นสาเหตุของคิโลโนวาเช่นกัน[ 17 ]
ในปี 2018 นักดาราศาสตร์รายงานว่าGRB 150101Bซึ่งเป็นการระเบิดรังสีแกมมาแบบสั้นที่อยู่ไกลออกไปมาก ซึ่งตรวจพบในปี 2015 อาจเป็นผลมาจากการรวมตัวกันของดาวนิวตรอนเช่นกัน ความคล้ายคลึงกันระหว่างเหตุการณ์นี้กับ GW170817 ในแง่ของการ ปล่อย รังสีแกมมาแสงและรังสีเอ็กซ์รวมถึงลักษณะของกาแล็กซี เจ้าบ้านที่เกี่ยวข้อง ถูกอธิบายว่า "น่าทึ่ง" ซึ่งบ่งชี้ว่าการรวมตัวกันของดาวนิวตรอนและคิโลโนวาที่เกี่ยวข้องอาจเกิดขึ้นบ่อยในจักรวาลมากกว่าที่เคยเข้าใจมาก่อน[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]ต่อมาในปีนั้นZwicky Transient Facilityได้เข้าร่วมเครือข่ายการติดตามเพื่อการสังเกตการณ์ติดตามผลที่เกิดจากเหตุการณ์คลื่นความโน้มถ่วง[ 22 ] [ 23 ]
ในปีเดียวกันนั้น นักวิทยาศาสตร์ได้นำเสนอวิธีการใหม่ในการใช้ข้อมูลจากเหตุการณ์คลื่นความโน้มถ่วง (โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่เกี่ยวข้องกับการรวมตัวของดาวนิวตรอน เช่น GW170817) เพื่อกำหนดค่าคงที่ฮับเบิลซึ่งเป็นตัวกำหนดอัตราการขยายตัวของจักรวาล[ 24 ] [ 25 ]วิธีการสองวิธีแรกในการหาค่าคงที่ฮับเบิล—วิธีหนึ่งใช้ค่าเรดชิฟต์ และอีก วิธีหนึ่งใช้บันไดระยะทางจักรวาล —มีความแตกต่างกันประมาณ 10% ความแตกต่างนี้ความตึงเครียดของฮับเบิลอาจได้รับการแก้ไขโดยใช้คิโลโนวาเป็นเทียนมาตรฐาน อีกประเภทหนึ่ง [ 26 ]
ในเดือนเมษายน พ.ศ. 2562 หอดูดาวคลื่นแรงโน้มถ่วง LIGO และ Virgo ประกาศการตรวจพบGW190425 [ 27 ] ซึ่งเป็นเหตุการณ์ที่เป็นไปได้ โดยมีความน่าจะเป็น 99.94% ว่าเป็นการรวมตัวกันของดาวนิวตรอนสองดวง แม้จะมีการสังเกตการณ์ติดตามอย่างกว้างขวาง แต่ก็ไม่สามารถระบุคู่เทียบทางแม่เหล็กไฟฟ้าได้[ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]
ในเดือนธันวาคม 2022 นักดาราศาสตร์รายงานการสังเกตGRB 211211Aเป็นเวลา 51 วินาที ซึ่งเป็นหลักฐานแรกของGRB ที่ยาวนานซึ่งเกี่ยวข้องกับการรวมตัวของ "วัตถุไบนารีขนาดกะทัดรัด" ซึ่งอาจรวมถึง BNS ด้วย[ 31 ]ต่อมาGRB 191019A (2019, 64 วินาที) [ 32 ]และGRB 230307A (2023, 35 วินาที) ได้รับการโต้แย้งว่าอยู่ในกลุ่มการรวมตัวของดาวนิวตรอนที่เกิดขึ้นใหม่นี้ในฐานะต้นกำเนิดของ GRB ที่ยาวนาน[ 33 ]เหตุผลทางอ้อมรวมถึงการสังเกตร่วมกันของคิโลโนวา ตัวอย่างเช่น การตรวจพบเทลลูเรียมและแลนทานัมในสเปกตรัมที่เกิดขึ้นหลังจากเหตุการณ์ในปี 2023 [ 34 ]
CDT-S XT2 (แมกนีทาร์)
ในปี 2019 การวิเคราะห์ข้อมูลจากหอดูดาวรังสีเอ็กซ์จันทราเผยให้เห็นการรวมตัวของดาวนิวตรอนคู่ที่ระยะห่าง 6.6 พันล้านปีแสง ซึ่งเป็นสัญญาณรังสีเอ็กซ์ที่เรียกว่า XT2 การรวมตัวดังกล่าวทำให้เกิดแมกเนตาร์ขึ้นการปล่อยรังสีของมันสามารถตรวจจับได้เป็นเวลาหลายชั่วโมง[ 35 ]
ผลกระทบต่อโลก
การรวมตัวของดาวนิวตรอนปล่อยรังสีที่หลากหลายผิดปกติซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตบนโลก รวมถึงการระเบิดรังสีแกมมาช่วงสั้นครั้ง แรก การปล่อยรังสีจากการสลายตัวของธาตุหนักที่กระจัดกระจายโดยกลุ่มควัน sGRB [ 36 ] [ 37 ]แสงเรืองรองหลัง sGRB เอง[ 38 ]และรังสีคอสมิกที่เร่งความเร็วโดยการระเบิด ตามลำดับการมาถึงคลื่นแรงโน้มถ่วง (ที่ไม่เป็นอันตราย) จะมาถึงก่อน ตามด้วยโฟตอน sGRB และแสงเรืองรองหลังไม่กี่วินาทีถึงหลายชั่วโมง และอนุภาครังสีคอสมิกจะมาถึงในอีกหลายร้อยถึงหลายพันปีต่อมา
เขตอันตรายของส่วนประกอบ sGRB ที่มีทิศทางสูงขยายออกไปหลายร้อยพาร์เซกตามทิศทางของลำแสง[ 39 ] โฟตอน รังสีแกมมาพลังงานสูงเหล่านี้จะทำลายชีวิตโดยตรงผ่านความเครียดจากความร้อน การสลายตัวของโมเลกุล และความเสียหายจากรังสีขั้นสุดท้ายต่อทั้งพืชและสัตว์
นอกจากการถูกลำแสง sGRB ที่พุ่งตรงมาอย่างไม่ตั้งใจแล้ว การรวมตัวของดาวนิวตรอน ใดๆที่เกิดขึ้นภายในระยะ 10 พาร์เซกจากโลกก็จะส่งผลให้มนุษย์สูญพันธุ์ อย่าง แน่นอน เช่นกัน [ 40 ]วัสดุที่ถูกปล่อยออกมาจะกวาดเอาสสารระหว่างดาวฤกษ์และสร้าง ฟองอากาศคล้าย ซากซูเปอร์โนวาซึ่งกักเก็บรังสีคอสมิกในปริมาณที่ร้ายแรง หากโลกถูกกลืนกินโดยซากดังกล่าว รังสีคอสมิกเหล่านี้จะทำลายชั้นโอโซนทำให้ระบบนิเวศของโลกสัมผัสกับรังสี UVB จากดวงอาทิตย์ในระดับที่เป็นอันตรายถึงชีวิต[ 41 ] พวกมันยังสามารถทำปฏิกิริยากับชั้นบรรยากาศ ทำให้เกิดมิวออน ที่มีปฏิสัมพันธ์อย่างอ่อน ความหนาแน่นของฟลักซ์ของอนุภาคที่เกิดขึ้นเหล่านี้จะเพียงพอที่จะทำให้โลกเป็นหมัน โดยสามารถแทรกซึมเข้าไปลึกถึงถ้ำและใต้น้ำได้ อันตรายต่อชีวิตอยู่ที่ความสามารถของอนุภาคในการทำลาย DNA ทำให้เกิดความพิการแต่กำเนิดและการกลายพันธุ์[ 42 ] [ 43 ]
เมื่อเทียบกับซูเปอร์โนวา การรวมตัวของดาวนิวตรอนคู่ (BNS) ส่งผลกระทบต่อพื้นที่ประมาณเท่ากัน แต่เชื่อกันว่าเกิดขึ้นได้ยากกว่ามาก และองค์ประกอบ sGRB ที่อันตรายที่สุดต้องอาศัยลำแสงที่มุ่งตรงไปยังโลกอย่างแม่นยำ ดังนั้นภัยคุกคามโดยรวมของเหตุการณ์ BNS ต่อการสูญพันธุ์ของมนุษย์จึงต่ำมาก[ 40 ]