กิโลโนวา: เมื่อดาวนิวตรอนชนกันและสร้างทองคำ

ดาวนิวตรอนสองดวงที่โคจรรอบกันจะค่อย ๆ เสียพลังงานไปกับคลื่นความโน้มถ่วง วงโคจรหดเล็กลงช้า ๆ เป็นเวลาหลายสิบถึงหลายร้อยล้านปี จนในวินาทีสุดท้าย ทั้งคู่โคจรรอบกันหลายร้อยรอบต่อวินาทีแล้วชนกัน

GW170817: วันที่ดาราศาสตร์เปลี่ยนไป

เมื่อวันที่ 17 สิงหาคม ค.ศ. 2017 เครื่องตรวจวัด LIGO และ Virgo ตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงที่ยาวราว 100 วินาที ความถี่ของสัญญาณสูงขึ้นเรื่อย ๆ ซึ่งเป็นลักษณะของดาวนิวตรอนคู่ ไม่ใช่หลุมดำ เพียง 1.7 วินาทีหลังการชน ดาวเทียมแฟร์มีตรวจพบการระเบิดรังสีแกมมาแบบสั้นจากทิศเดียวกัน ภายในราว 11 ชั่วโมง กล้องโทรทรรศน์บนพื้นโลกพบจุดแสงใหม่ในดาราจักร NGC 4993 ห่างราว 130 ล้านปีแสง นักดาราศาสตร์หลายพันคนจากราว 70 หอดูดาวทั่วโลกและในอวกาศเฝ้าดูเหตุการณ์นี้ในทุกช่วงคลื่น นับเป็นจุดเริ่มต้นของดาราศาสตร์หลายผู้ส่งสาร (multi-messenger astronomy)

กิโลโนวาคืออะไร

ขณะชนกัน สสารของดาวนิวตรอนราวหนึ่งในร้อยถึงหนึ่งในสิบของมวลดวงอาทิตย์ถูกเหวี่ยงออกด้วยความเร็วราว 10% ถึง 30% ของแสง สสารนี้เต็มไปด้วยนิวตรอน นิวเคลียสจึงจับนิวตรอนจำนวนมากอย่างรวดเร็วผ่านกระบวนการอาร์ สร้างธาตุหนักจำนวนมหาศาล ธาตุที่สร้างใหม่หลายชนิดไม่เสถียร การสลายตัวของมันปล่อยความร้อนจนสสารเรืองแสงอยู่ราวหนึ่งถึงสองสัปดาห์ สว่างกว่าโนวาทั่วไปราวพันเท่า จึงเรียกว่ากิโลโนวา แต่จางกว่าซูเปอร์โนวามาก

ทองคำมาจากไหน

แสงของกิโลโนวาเปลี่ยนจากสีน้ำเงินเป็นสีแดงอย่างรวดเร็ว เพราะธาตุหนักกลุ่มแลนทาไนด์ทึบแสงมากในช่วงแสงสีน้ำเงิน ลักษณะนี้ตรงกับคำทำนายว่ามีธาตุหนักจากกระบวนการอาร์เกิดขึ้นจำนวนมาก การประเมินพบว่าการชนครั้งนี้ครั้งเดียวสร้างธาตุหนักรวมหลายเท่าของมวลโลก ซึ่งรวมทองคำและแพลทินัมในปริมาณหลายเท่าของมวลโลกด้วย ภายหลังยังพบเส้นสเปกตรัมของสตรอนเชียม การชนกันของดาวนิวตรอนจึงเป็นแหล่งที่ยืนยันแล้วของธาตุหนักในเอกภพ แม้ยังถกเถียงกันว่ามีแหล่งอื่นร่วมด้วยมากน้อยเพียงใด

สิ่งที่เรียนรู้เพิ่ม

• คลื่นความโน้มถ่วงเดินทางด้วยความเร็วแสง คลาดเคลื่อนไม่เกินราวหนึ่งในพันล้านล้านส่วน ซึ่งตัดทฤษฎีแรงโน้มถ่วงทางเลือกหลายทฤษฎีทิ้งไป
• วัดค่าคงที่ฮับเบิลได้ด้วยวิธีใหม่ที่ไม่ต้องใช้บันไดระยะทาง เพราะคลื่นความโน้มถ่วงบอกระยะทางได้โดยตรง
• ได้ข้อมูลว่าดาวนิวตรอนถูกบีบให้ผิดรูปได้มากแค่ไหน ซึ่งบอกคุณสมบัติของสสารที่หนาแน่นที่สุดในเอกภพ