นักวิทยาศาสตร์ถกเถียงว่าการรวมตัวของหลุมดำและดาวนิวตรอนสร้างธาตุหนักอย่างทองคำได้จริงหรือไม่

การจำลองคอมพิวเตอร์ชุดใหม่ของหลุมดำที่กลืนดาวนิวตรอนได้จุดประกายการถกเถียงที่น่าสนใจในชุมชนวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นจริงระหว่างการชนกันของเทห์ฟากฟ้าเหล่านี้ แม้ว่างานวิจัยจะแสดงรายละเอียดที่น่าทึ่งเกี่ยวกับแผ่นดินไหวของดาวและคลื่นกระแทก แต่ผู้เชี่ยวชาญกำลังตั้งคำถามว่าข้อกล่าวอ้างเดิมเกี่ยวกับการรวมตัวเหล่านี้ถูกต้องสมบูรณ์หรือไม่

การถกเถียงมีจุดศูนย์กลางอยู่ที่ข้อความสำคัญในงานวิจัยที่ชี้ให้เห็นว่าหลุมดำมักจะกลืนดาวนิวตรอนทั้งดวงโดยไม่สร้างก้อนเมฆของวัสดุที่เรืองแสงที่เห็นในการชนกันของเทห์ฟากฟ้าอื่นๆ อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์บางคนโต้แย้งว่านี่ไม่ใช่ภาพรวมทั้งหมด

ภาพศิลปะที่แสดงหลุมดำและ white dwarf star เพื่อเป็นตัวแทนของปรากฏการณ์จักรวาลที่กล่าวถึงในบทความ

ข้อถกเถียงเรื่องการสร้างทองคำ

ประเด็นหลักของความไม่เห็นด้วยเกี่ยวข้องกับว่าการรวมตัวของหลุมดำและดาวนิวตรอนเหล่านี้สามารถสร้างธาตุหนักอย่างทองคำได้จริงหรือไม่ งานวิจัยเดิมชี้ให้เห็นว่าพวกมันไม่ผลิตวัสดุมากเมื่อเปรียบเทียบกับการชนกันของดาวนิวตรอนกับดาวนิวตรอน แต่การอภิปรายในชุมชนเผยให้เห็นว่านี่อาจเป็นการทำให้เรื่องง่ายเกินไป

ตามการศึกษาล่าสุด แม้เมื่อหลุมดำกลืนดาวนิวตรอน วัสดุบางส่วนก็หลุดรอดออกมา ซึ่งรวมถึงเหล็กจากเปลือกของดาวนิวตรอนและนิวตรอนอิสระที่สามารถผ่านกระบวนการที่เรียกว่า r-process nucleosynthesis กระบวนการนี้มีหน้าที่สร้างธาตุหลายชนิดที่หนักกว่าเหล็กในตารางธาตุ รวมถึงทองคำ

ผลผลิตปกติระหว่างสามถึงสิบสามมวลโลกของทองคำเป็นเรื่องปกติ มวลรวมนี้มีความสำคัญเล็กน้อยเมื่อเปรียบเทียบกับมวลสุดท้ายของวัตถุที่รวมกัน แต่มันก็เป็นเครื่องยนต์ที่สร้างธาตุหลายชนิดที่สูงกว่าเหล็กในตารางธาตุ

ปริมาณทองคำที่ผลิตได้อาจดูเล็กเมื่อเปรียบเทียบกับวัตถุขนาดใหญ่ที่เกี่ยวข้อง แต่ก็ยังมีความสำคัญสำหรับการทำความเข้าใจว่าธาตุหนักก่อตัวขึ้นในจักรวาลของเราอย่างไร

การประมาณการผลิตธาตุหนัก:

• การผลิตทอง: 3-13 เท่าของมวลโลกต่อการรวมตัว
• กระบวนการ: การสังเคราะห์นิวเคลียสของดาวฤกษ์แบบ R-process
• วัสดุ: นิวเคลียสเหล็ก (จากเปลือกดาว) + นิวตรอนอิสระ
• ความสำคัญ: สร้างธาตุที่หนักกว่าเหล็กในตารางธาตุ

การจำลองคอมพิวเตอร์ขั้นสูงแสดงรายละเอียดใหม่

ทีมวิจัยใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่มีพลังสูงพร้อมหน่วยประมวลผลกราฟิกพิเศษ ( GPUs ) เพื่อสร้างการจำลองที่มีรายละเอียดเหล่านี้ เทคโนโลยีเดียวกันที่ขับเคลื่อนวิดีโอเกมและโปรแกรม AI อย่าง ChatGPT ช่วยนักวิทยาศาสตร์จำลองสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อดาวนิวตรอนถูกฉีกออกจากกันด้วยแรงโน้มถ่วงของหลุมดำ

การจำลองเหล่านี้เผยให้เห็นว่าดาวนิวตรอนแตกเหมือนไข่ภายใต้แรงโน้มถ่วงที่รุนแรง สร้างแผ่นดินไหวของดาวที่ส่งคลื่นวิทยุออกมา สนามแม่เหล็กรอบดาวนิวตรอนทำหน้าที่เหมือนเชือกที่ถูกเขย่าอย่างรุนแรง สร้างสัญญาณที่กล้องโทรทรรศน์ในอนาคตอาจตรวจจับได้

การจำลองยังแสดงการก่อตัวของคลื่นกระแทกมหึมา ซึ่งเป็นหนึ่งในคลื่นที่แรงที่สุดในจักรวาล ที่สามารถผลิตสัญญาณวิทยุที่ตรวจจับได้ก่อนที่ดาวนิวตรอนจะหายไป

ข้อกำหนดการจำลอง:

• เวลาดำเนินการ: 4-5 ชั่วโมงต่อการจำลองหนึ่งครั้ง
• ซูเปอร์คอมพิวเตอร์: Perlmutter ( Lawrence Berkeley National Laboratory )
• เทคโนโลยี: การประมวลผลแบบขนานที่ขับเคลื่อนด้วย GPU
• ความพยายามในอดีต: มากกว่า 2 ปีโดยใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ไม่มี GPU (ไม่ประสบความสำเร็จ)

ความเป็นไปได้ในการตรวจจับในอนาคต

สิ่งที่ทำให้งานวิจัยนี้น่าตื่นเต้นคือศักยภาพในการช่วยนักดาราศาสตร์รู้ว่าต้องมองหาอะไร การจำลองทำนายสัญญาณประเภทเฉพาะที่กล้องโทรทรรศน์อาจตรวจจับได้ รวมถึงการระเบิดวิทยุเร็วและแสงแฟลช X-ray

เครื่องตรวจจับคลื่นโน้มถ่วงปัจจุบันอย่าง LIGO สามารถตรวจจับการรวมตัวเหล่านี้เพียงไม่กี่วินาทีก่อนที่จะเกิดขึ้น และนักวิทยาศาสตร์กำลังทำงานเพื่อขยายเวลานี้ให้ครบหนึ่งนาที ระบบเตือนภัยล่วงหน้านี้สามารถให้เวลานักดาราศาสตร์มากขึ้นในการชี้กล้องโทรทรรศน์ของพวกเขาไปยังเหตุการณ์เหล่านี้และจับการแสดงแสงที่คาดการณ์ไว้

การถกเถียงเน้นย้ำว่าความเข้าใจของเราเกี่ยวกับเหตุการณ์เทห์ฟากฟ้าที่รุนแรงเหล่านี้ยังคงพัฒนาต่อไปเมื่อทั้งการจำลองคอมพิวเตอร์และเทคนิคการสังเกตการณ์ดีขึ้น

อ้างอิง: Star Quakes and Monster Shock Waves