กาแลคซีระเบียบจัดในเอกภพยุคต้น

    นักดาราศาสตร์ใช้ ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ได้เผยให้เห็นกาแลคซีที่อยู่ห่างไกลอย่างมากแห่งหนึ่ง และจึงมีอายุน้อยมากๆ ซึ่งดูคล้ายกับทางช้างเผือกอย่างน่าอัศจรรย์ กาแลคซีแห่งนี้อยู่ไกลมากๆ จนแสงของมันใช้เวลามากกว่า 12 พันล้านปีเพื่อเดินทางมาถึงเรา เราจึงได้เห็นมันเมื่อเอกภพมีอายุเพียง 1.4 พันล้านปีเท่านั้น

นักดาราศาสตร์ที่ใช้ ALMA ได้เผยให้เห็นกาแลคซีที่ห่างไกลมากแห่งหนึ่งซึ่งดูคล้ายกับทางช้างเผือกอย่างน่าประหลาดใจ กาแลคซีแห่งนี้ SPT0418-47 ถูกขยายด้วยความโน้มถ่วงโดยกาแลคซีใกล้ๆ แห่งหนึ่ง จนปรากฏภาพบนท้องฟ้าเป็นวงแหวนแสงเกือบสมบูรณ์ 

     และมันยังเป็นระเบียบเรียบร้อยมากอย่างน่าประหลาดใจ ซึ่งค้านกับทฤษฎีที่ว่า กาแลคซีในเอกภพยุคต้นทั้งหมดจะปั่นป่วนและไร้เสถียรภาพ การค้นพบที่คาดไม่ถึงนี้ท้าทายความเข้าใจของเราว่ากาแลคซีก่อตัวอย่างไร เปิดช่องทางใหม่ๆ สู่อดีตของเอกภพ Francesca Rizzo นักศึกษาปริญญาเอกจากสถาบันมักซ์พลังค์เพื่อดาราศาสตร์ฟิสิกส์ ในเจอรมนี ซึ่งนำทีมวิจัยที่เผยแพร่รายงานในวารสาร Nature กล่าวว่า ผลสรุปนี้แสดงถึงความก้าวหน้าในแขนงการก่อตัวกาแลคซี ได้แสดงว่าโครงสร้างที่เราสำรวจในกาแลคซีกังหันใกล้ๆ และในทางช้างเผือกของเรา ได้เกิดขึ้นมาตั้งแต่เมื่อ 12 พันล้านปีก่อนแล้ว

     ในขณะที่กาแลคซีที่นักดาราศาสตร์ศึกษาที่เรียกว่า SPT0418-47 ไม่ได้ดูเหมือนจะมีแขนกังหัน แต่มันก็มีรายละเอียดที่พบได้ทั่วไปในทางช้างเผือก 2 อย่าง ก็คือ ดิสก์ที่หมุนรอบตัว และส่วนป่อง(bulge) ดาวกลุ่มใหญ่อยู่กันอย่างแออัดรอบใจกลางกาแลคซี นี่เป็นครั้งแรกที่ได้พบส่วนป่องตั้งแต่ในช่วงต้นของความเป็นมาของเอกภพ ทำให้ SPT0418-47 เป็นกาแลคซีที่ดูคล้ายทางช้างเผือกที่อยู่ห่างไกลที่สุด

     สิ่งที่น่าแปลกใจอย่างมากก็คือ การพบกาแลคซีแห่งนี้ว่าแท้จริงแล้วค่อนข้างคล้ายกับกาแลคซีใกล้ๆ แย้งกับความคาดหมายทั้งหมดจากแบบจำลอง และการสำรวจก่อนหน้านี้ซึ่งลงรายละเอียดน้อยกว่า Filippo Fraternali ผู้เขียนร่วมจากสถาบันดาราศาสตร์กัปไตน์ มหาวิทยาลัยกรอนิงเงน ในเนเธอร์แลนด์ส กล่าว ในเอกภพยุคต้นนั้น กาแลคซีอายุน้อยยังคงอยู่ในกระบวนการก่อตัว ดังนั้น นักวิจัยคาดว่าพวกมันจะต้องวุ่นวายและขาดรายละเอียดที่ชัดเจน ซึ่งพบได้ทั่วไปในกาแลคซีที่เต็มวัยมากกว่าอย่างเช่น ทางช้างเผือก

     การศึกษากาแลคซีที่ห่างไกลอย่าง SPT0418-47 เป็นพื้นฐานในความเข้าใจว่ากาแลคซีก่อตัวและพัฒนาตัวอย่างไร กาแลคซีแห่งนี้อยู่ห่างไกลมากๆ จนเราเห็นมันเมื่อเอกภพมีอายุเพียง 10% ของอายุปัจจุบัน ด้วยการศึกษามัน เราได้ย้อนเวลากลับไปเมื่อกาแลคซีทารกเหล่านี้เพิ่งเริ่มพัฒนาตัวขึ้น

ทีมนักวิจัยได้สร้างภาพรูปร่างที่แท้จริงของกาแลคซีห่างไกล SPT0418-47 ขึ้นมาใหม่ได้ดังภาพ และยังทราบการเคลื่อนที่ของก๊าซในกาแลคซี จากข้อมูลของ ALMA โดยใช้เทคนิคทำแบบจำลองคอมพิวเตอร์แบบใหม่

     และเนื่องจากกาแลคซีอยู่ห่างไกลมาก การสำรวจในรายละเอียดด้วยกล้องโทรทรรศน์ที่ทรงพลังที่สุดก็แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยเมื่อกาแลคซีปรากฏให้เห็นสลัวและมีขนาดเล็ก ทีมเอาชนะข้อจำกัดนี้โดยการใช้กาแลคซีใกล้ๆ แห่งหนึ่งทำหน้าที่เป็นแว่นขยายที่ทรงพลัง ในปรากฏการณ์ที่เรียกว่า เลนส์ความโน้มถ่วง(gravitational lensing) ช่วยให้ ALMA ได้เห็นอดีตที่ห่างไกลด้วยรายละเอียดดีอย่างไม่น่าเชื่อ ในปรากฏการณ์นี้ แรงโน้มถ่วงจากกาแลคซีใกล้เคียง จะรบกวนและบิดเบนแสงจากกาแลคซีห่างไกล ทำให้มันมีรูปร่างบิดเบี้ยวและสว่างขึ้น

      กาแลคซีห่างไกลที่ถูกขยายด้วยเลนส์ความโน้มถ่วง ปรากฏเป็นวงแหวนแสงที่เกือบสมบูรณ์แบบ(Einstein ring) รอบๆ กาแลคซีใกล้ ต้องขอบคุณการเรียงตัวที่แทบจะพอดี ทีมวิจัยจึงได้ทราบรูปร่างที่แท้จริงและการเคลื่อนที่ของก๊าซในกาแลคซีแห่งนี้ จากข้อมูลของ ALMA โดยใช้เทคนิคแบบจำลองคอมพิวเตอร์แบบใหม่ เมื่อฉันได้เห็นภาพของ SPT0418-47 ที่ทำขึ้นใหม่ ฉันก็แทบจะไม่เชื่อ ราวกับว่าหีบสมบัติกำลังเปิดออก Rizzo กล่าว

      สิ่งที่เราได้พบนั้นค่อนข้างน่าพิศวง กาแลคซีห่างไกลมีขนาดเล็ก(เล็กกว่าทางช้างเผือกราวสิบเท่า) และกำลังก่อตัวดาวในอัตราที่สูง(ประมาณร้อยเท่าของทางช้างเผือก) และยังเป็นพื้นที่ที่มีกระบวนการที่สร้างพลังงานสูงด้วย SPT0418-47 ก็ยังเป็นดิสก์กาแลคซีที่มีความเป็นระเบียบดีเลิศที่สุดเท่าที่เคยพบมาในเอกภพยุคต้น Simona Vegetti ผู้เขียนร่วมจาก สถาบันมักซ์พลังค์เพื่อดาราศาสตร์ฟิสิกส์เช่นกัน บอกไว้

     เมื่อแบบจำลองบอกว่ากาแลคซีดิสก์ในเอกภพยุคต้นควรจะเต็มไปด้วยความวุ่นวาย โดยมีพลังจำนวนมากที่ผลักดันการเคลื่อนที่ของก๊าซในทิศทางต่างๆ จนยุ่งเหยิง ยกตัวอย่างเช่น ดาวที่ก่อตัวขึ้นใหม่จะเปล่งรังศีที่ผลักก๊าซออก และซุปเปอร์โนวาก็จะสาดก๊าซออกอย่างรุนแรงด้วยเช่นกัน เช่นเดียวกัน หลุมดำที่กลืนก๊าซในใจกลางกาแลคซี ก็อาจจะสร้างไอพ่นที่รบกวนการหมุนวนของก๊าซรอบๆ ใจกลางกาแลคซี แต่สิ่งเหล่านี้ดูจะไม่ได้รบกวนกาแลคซีใหม่นี้เลย ดิสก์ยังคงหมุนวนอย่างเป็นระเบียบเนี๊ยบกริ๊บ การเคลื่อนที่โคจรเทียบกับการเคลื่อนที่แบบสุ่มแล้ว อยู่ในอัตราประมาณ 10:1

ภาพแสดงเลนส์ความโน้มถ่วงจากกาแลคซีใกล้ๆ แห่งหนึ่งได้ขยายและบิดเบนแสงจาก SPT0418-47 จนสามารถสำรวจรายละเอียดการเคลื่อนที่ของก๊าซในกาแลคซีไกลโพ้นนี้ได้ 

     ผลสรุปนี้ค่อนข้างไม่คาดฝันและมีนัยสำคัญต่อความคิดของเราว่ากาแลคซีพัฒนาอย่างไร อย่างไรก็ตาม นักดาราศาสตร์เขียนไว้ว่าแม้ว่า SPT0418-47 จะมีดิสก์และรายละเอียดอื่นที่คล้ายกับที่มีในกาแลคซีกังหันที่เราเห็นในทุกวันนี้ แต่พวกเขาคาดว่ามันจะพัฒนาตัวไปเป็นกาแลคซีที่แตกต่างอย่างมากจากทางช้างเผือก โดยไปอยู่ในกลุ่มของกาแลคซีทรงรี(elliptical galaxies) ซึ่งเป็นกาแลคซีอีกชนิดหนึ่ง ที่พบในเอกภพยุคปัจจุบัน พอๆ กับกาแลคซีกังหัน

     การค้นพบที่คาดไม่ถึงนี้บอกว่าเอกภพยุคต้นอาจจะไม่ได้เป็นสถานที่ที่วุ่นวายอย่างที่เคยเชื่อกัน และเพิ่มคำถามมากมายว่ากาแลคซีที่เป็นระเบียบเช่นนี้สามารถก่อตัวขึ้นเร็วมากๆหลังจากบิ๊กแบงได้อย่างไร การค้นพบของ ALMA งานนี้ติดตามการค้นพบเมื่อช่วงก่อนหน้านี้ในเดือนพฤษภาคม ซึ่งมีการประกาศการค้นพบ ดิสก์ที่หมุนรอบตัวขนาดใหญ่ที่เห็นในระยะทางที่ใกล้เคียงกัน SPT0418-47 มีรายละเอียดให้เห็นมากกว่า ต้องขอบคุณปรากฏการณ์เลนส์ และยังมีส่วนป่องนอกเหนือจากดิสก์ด้วย ทำให้มันยิ่งคล้ายกับทางช้างเผือกปัจจุบันของเรา มากกว่าดิสก์อีกแห่งก่อนหน้านี้

     ความจริงที่ว่ากาแลคซีแห่งนี้ได้ก่อตัวอย่างเป็นระเบียบได้เร็วมากๆ ก็เป็นหลักฐานอีกชิ้นว่ากระบวนการก่อตัวกาแลคซีในเอกภพยุคต้นนั้นไม่ได้ใช้เวลานานอย่างที่แบบจำลองการก่อตัวกาแลคซีได้เคยบอกไว้ ในช่วงไม่กี่ปีหลังนี้ มีการพบกาแลคซีขนาดใหญ่, กาแลคซีขนาดใหญ่พิเศษ(ultramassive galaxies) และกาแลคซีเควซาร์ ในเอกภพยุคต้นมากกว่าที่เราเคยคิด เมื่อเพิ่มกาแลคซีที่เป็นระเบียบนี้เข้าไป ก็บอกว่าในเอกภพยุคต้นที่คิดว่าน่าจะปั่นป่วน ยังมีอะไรให้ต้องกลับไปคิดพิจารณาใหม่อีกมาก และแบบจำลองวิวัฒนาการกาแลคซีของเราก็อาจจะต้องมีการปรับปรุงใหม่

SPT0418-47 ปรากฏบนท้องฟ้าเป็นวงแหวนแสงเกือบสมบูรณ์แบบ(ซ้าย) ทีมวิจัยได้สร้างรูปร่างที่แท้จริงและการเคลื่อนที่ของก๊าซในกาแลคซีนี้ขึ้นใหม่(ขวา) จากข้อมูล ALMA การสำรวจบ่งชี้ว่า SPT0418-47 เป็นกาแลคซีดิสก์ที่มีส่วนป่องใจกลาง(central bulge) และวัสดุสารภายในนั้นก็หมุนวนไปรอบๆ ใจกลาง ก๊าซที่เคลื่อนที่ออกห่างจากเราแสดงเป็นสีแดง ในขณะที่ก๊าซที่เคลื่อนที่ในทิศทางเข้าหาเรา แสดงเป็นสีฟ้า

     การศึกษาในอนาคต ซึ่งรวมถึงด้วยกล้องโทรทรรศน์ใหญ่สุดขั้ว(Extremely Large Telescope) จะสืบเสาะเพื่อไขความลับว่ากาแลคซีดิสก์ทารกเหล่านี้พบได้มากแค่ไหน และพวกมันมีความปั่นป่วนน้อยกว่าที่ทำนายไว้จริงหรือไม่ ซึ่งจะเปิดหนทางใหม่ให้กับนักดาราศาสตร์ในการค้นพบว่ากาแลคซีพัฒนาอย่างไร

แหล่งข่าว esa.org : ALMA sees most distant Milky Way look-alike
               sciencealert.com : a galaxy suspiciously similar to Milky Way has been spotted in the early universe
               skyandtelescope.com : “dead ringer” for the Milky Way found in early universe

ซุปเปอร์โนวาใกล้โลกที่สิ้นสุด "ยุคของปลา"

 

 

    ลองจินตนาการว่านั่งอ่านหนังสือภายใต้แสงจากดาวที่ระเบิดดวงหนึ่ง ซึ่งสว่างกว่าจันทร์เต็มดวง มันอาจจะดูน่าสนุกแต่เมื่อคิดว่าภาพนี้เป็นการเกริ่นนำสู่หายนะ เมื่อการแผ่รังสีทำลายล้างชีวิตในแบบที่เรารู้จัก รังสีคอสมิคเพชรฆาตจากซุปเปอร์โนวาที่เกิดขึ้นใกล้ๆ อาจจะเป็นตัวการอยู่เบื้องหลังการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่อย่างน้อยเหตุการณ์หนึ่ง และการได้พบไอโซโทปกัมมันตรังสีชนิดที่จำเพาะในบันทึกชั้นหินบนโลกก็น่าจะยืนยันแนวคิดนี้

      เรามีหลักฐานชัดเจนว่ามีการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่(mass extinction) อย่างน้อย 3 ครั้งที่พอจะระบุต้นเหตุจาก ดาวเคราะห์น้อย, การปะทุภูเขาไฟเป็นวงกว้าง เป็นต้น ขณะนี้นักวิทยาศาสตร์บอกว่าการระเบิดซุปเปอร์โนวาน่าจะเป็นสาเหตุของการลดจำนวนสปีชีส์ครั้งใหญ่ถึง 75% ในช่วงสิ้นสุดยุคดีโวเนียน(Devonian era) หรือที่มักเรียกกันว่า ยุคแห่งปลา ซึ่งเริ่มด้วยการสูญพันธุ์จำนวนมาก 2 รอบที่เกิดห่างกันราว 10 ล้านปี ที่เรียกว่า เหตุการณ์เคลล์วาสเซอร์ และ ฮันเกนเบิร์ก(Kellwasser & Hangenberg events) ซึ่งยังไม่ทราบสาเหตุที่แน่ชัด

     แต่การศึกษาใหม่โดยมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ เออร์บานา-แชมเปญ Brian Fields ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์ ได้สำรวจความเป็นไปได้ที่เหตุการณ์ทางดาราศาสตร์เหตุการณ์หนึ่ง จะเป็นตัวการเหตุการณ์การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ที่รอยต่อระหว่างยุคดีโวเนียนกับคาร์บอนนิเฟอรัส(Devonian-Carboniferous boundary) รายงานเผยแพร่ใน Proceedings of the National Academy Of Sciences

ภูมิประเทศในยุคดีโวเนียน

     ทีมมุ่งเป้าไปที่รอยต่อยุคดีโวเนียน-คาร์บอนิเฟอรัส เนื่องจากหินเหล่านั้นประกอบด้วยสปอร์พืชหลายแสนรุ่น ที่ดูเหมือนจะไหม้เกรียมเพราะรังสีอุลตราไวโอเลต ซึ่งเป็นหลักฐานว่ามีความผิดปกติเกิดขึ้นกับชั้นโอโซนอย่างรุนแรงมาก หายนะภัยบนโลกอย่างเช่น กิจกรรมภูเขาไฟขนาดใหญ่ และโลกร้อนขึ้น สามารถทำลายชั้นโอโซนได้ด้วยเช่นกัน แต่หลักฐานของสิ่งเหล่านั้นไม่สอดคล้องกับช่วงเวลาที่เกิด Fields กล่าว เราจึงเสนอว่าอาจมีการระเบิดซุปเปอร์โนวาเหตุการณ์หนึ่งหรือมากกว่านั้น ซึ่งไกลราว 65 ปีแสงจากโลก อาจจะเป็นตัวการทำให้เกิดการสูญเสียโอโซนอย่างยืดเยื้อยาวนาน

     เพื่อเปรียบเทียบแล้ว อันตรายจากซุปเปอร์โนวาที่เกิดขึ้นใกล้ที่สุดในปัจจุบันน่าจะมาจากดาวฤกษ์บีเทลจุส(Betelgeuse) ซึ่งอยู่ห่างออกไปกว่า 600 ปีแสง และอยู่ไกลเกินระยะพิฆาตที่ 25 ปีแสงอย่างมาก Adrienne Ertel นักศึกษาในกลุ่มวิจัยของ Fields และผู้เขียนร่วมการศึกษา กล่าว

     ทีมได้ศึกษาเหตุการณ์ทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์อื่นๆ ที่อาจเป็นสาเหตุให้เกิดโอโซนพร่อง เช่น การชนของอุกกาบาต, การปะทุจากดวงอาทิตย์ และการปะทุรังสีแกมมา(gamma-ray burst) แต่เหตุการณ์เหล่านี้เกิดขึ้นและจบรวดเร็ว และไม่น่าจะเป็นสาเหตุให้เกิดการพร่องหายโอโซนอย่างเนิ่นนาน ที่เกิดในช่วงสิ้นยุคดีโวเนียนได้ Jesse Miller นักศึกษาและผู้เขียนร่วมการศึกษาอีกคน กล่าว

     ในทางตรงกันข้าม ซุปเปอร์โนวาจะทำให้เกิดผลกระทบแบบปล่อยหมัดหนึ่ง-สอง นักวิจัยกล่าว การระเบิดได้ส่งรังสีอุลตราไวโอเลตความถี่สูง, รังสีเอกซ์และรังสีแกมมา มาอาบโลกในทันที และต่อมา คลื่นการระเบิดก็ชนกับก๊าซรอบข้าง สร้างการกระแทกที่ผลักดันให้อนุภาคมีความเร็วสูงขึ้น ด้วยรูปแบบนี้ ซุปเปอร์โนวาจึงสร้างรังสีคอสมิคขึ้นมาซึ่งเป็นนิวเคลียสอะตอมที่มีพลังงานสูง อนุภาคมีประจุเหล่านี้ที่เป็นอันตราย น่าจะอาบโลกถึง 1 แสนปี และรังสีคอสมิคยังน่าจะรุนแรงมากพอที่จะทำลายชั้นโอโซนและทำให้เกิดรังสีหลุดรอดลงมาทำอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตได้ยาวนาน ค่อนข้างสอดคล้องกับหลักฐานจากทั้งการสูญเสียความหลากหลายและการแปรสภาพสปอร์พืชโบราณที่พบในหินจากยุคดังกล่าว

ทีมนักวิจัยตั้งสมมุติฐานว่าซุปเปอร์โนวาที่เกิดขึ้นไกลออกไปราว 65 ปีแสงอาจจะทำให้ชั้นโอโซนพร่องหายไปและเกิดการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่(mass extinction) ตามมาบนโลกในช่วงปลายยุคดีโวเนียนเมื่อ 359 ล้านปีก่อน ภาพนี้เป็นการจำลองซุปเปอร์โนวาชนและบีบอัดตัวกับลมสุริยะ วงโคจรของโลก(เส้นประสีน้ำเงิน) และดวงจันทร์(จุดสีแดง) แสดงตามขนาดจริง

     อย่างไรก็ตาม หลักฐานฟอสซิลบ่งชี้ว่าการลดลงของความหลากหลายทางชีวภาพที่นาน 3 แสนปี นำไปสู่การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ช่วงดีโวเนียน-คาร์บอนิเฟอรัส ซึ่งบอกถึงความเป็นไปได้ที่จะเกิดหายนะภัยหลายๆ ครั้ง อาจจะเป็นกระทั่งซุปเปอร์โนวาที่เกิดหลายครั้ง นี่เป็นไปได้ทั้งหมด Miller กล่าว ดาวมวลสูงมักจะอยู่ด้วยกันเป็นกระจุกกับดาวมวลสูงอื่นๆ และซุปเปอร์โนวาอื่นๆ ก็น่าจะเกิดขึ้นไม่นานหลังจากซุปเปอร์โนวาแรกเกิดขึ้น โดยซุปเปอร์โนวาแรกๆ สร้างอันตรายพอสมควรให้กับโลก และซุปเปอร์โนวาเหตุการณ์สุดท้ายเป็นอันตรายมากที่สุด

     ทีมบอกว่ากุญแจสู่การพิสูจน์ว่ามีซุปเปอร์โนวาเกิดขึ้น น่าจะเป็นการค้นหาไอโซโทปกัมมันตรังสี พลูโตเนียม-244 และ ซามาเรียม-146 ในหินและฟอสซิลที่สะสมในช่วงเวลาที่เกิดการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ครั้งนั้น ทุกวันนี้บนโลกไม่พบไอโซโทปเหล่านี้ในธรรมชาติแล้ว และหนทางเดียวที่พวกมันจะมาที่นี่ได้ก็คือผ่านการระเบิด Zhenghai Liu นักศึกษาและผู้เขียนร่วมการศึกษา กล่าว ไอโซโทปกัมมันตรังสีที่ก่อตัวในซุปเปอร์โนวาก็เหมือนกับกล้วยที่ยังดิบ Fields กล่าว เราคุณเห็นกล้วยดิบในอิลลินอยส์ คุณจะรู้เลยว่าพวกมันสดใหม่ และคุณก็รู้ว่าอิลลินอยส์ปลูกกล้วยไม่ได้ ก็เหมือนกับกล้วย Pu-244 และ Sm-146 มีการสลายตัวเมื่อเวลาผ่านไป ดังนั้น ถ้าเราพบไอโซโทปกัมมันตรังสีเหล่านี้บนโลกในปัจจุบัน เราก็รู้ว่าพวกมันเพิ่งเกิดใหม่และไม่มีก่อตัวขึ้นที่นี่ ก็จะเป็นควันปืนของซุปเปอร์โนวาที่เกิดขึ้นใกล้ๆ

     นักวิจัยยังไม่ได้สำรวจหา Pu-244 และ Sm-146 ในหินจากช่วงรอยต่อยุคดีโวเนียน-คาร์บอนิเฟอรัส ทีมของ Field บอกว่าการศึกษาของพวกเขามุ่งเป้าไปที่การจำแนกรูปแบบหลักฐานในบันทึกทางธรณีวิทยาที่น่าจะชี้ไปถึงการระเบิดซุปเปอร์โนวา แต่ข้อความที่คาดไม่ถึงจากการศึกษาของเราก็คือชีวิตบนโลกไม่ได้ปรากฏอยู่อย่างโดดเดี่ยว Fields กล่าว เราเป็นประชากรของอวกาศขนาดใหญ่กว่า และอวกาศก็แทรกแซงชีวิตของเรา บางครั้งก็น้อยนิดจนไม่รู้สึก แต่บางครั้งก็ถาโถมเกรี้ยวกราด

     งานวิจัยใหม่นี้ไม่ได้เป็นทีมวิจัยทีมแรกที่พบความเชื่อมโยงที่เป็นไปได้ระหว่างซุปเปอร์โนวากับเหตุการณ์การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ ยกตัวอย่างเช่น ทีมวิจัยอีกทีมเพิ่งเสนอว่าซุปเปอร์โนวาน่าจะเป็นต้นเหตุให้เกิดการสูญพันธุ์ครั้งย่อมๆ ในช่วงสิ้นยุคไพลโอซีน(Pliocene) เมื่อประมาณ 2.6 ล้านปีก่อน แนวคิดเช่นนี้เกิดขึ้นมาเรื่อยๆ จากที่เราทราบดีถึงกรณีความตายจากเบื้องต้น การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ในช่วงสิ้นยุคครีเตเชียส(Cretaceous) เมื่อ 66 ล้านปีก่อน ซึ่งเป็นที่รู้จักดีว่าได้กวาดล้างไดโนซอร์ที่ไม่ใช่นก(non-avian dinosaur) น่าจะเกิดขึ้นจากดาวหางหรือดาวเคราะห์น้อยดวงหนึ่งซึ่งมีความกว้าง 10 กิโลเมตรชนโลก

ภาพจากศิลปินแสดงดาวเคราะห์น้อยดวงหนึ่ง พุ่งเข้าชนโลกในพื้นที่ทะเลตื้นแห่งหนึ่ง ซึ่งปัจจุบันคือ คาบสมุทรยูคาตัง ในเมกซิโก การชนได้สร้างผลกระทบอย่างรุนแรง จนกวาดล้างไดโนซอร์เกือบหมดเป็นการสิ้นสุดยุคครีเตเชียส เปิดทางให้สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ขึ้นมาครองโลกแทน

      เหตุการณ์การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ที่สิ้นสุดยุคดีโวเนียนและยุคครีเตเชียส เป็นสองในห้าเหตุการณ์การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ที่นักวิทยาศาสตร์พบ อย่างไรก็ตาม ก็มีหลักฐานเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ ว่าเรากำลังอยู่ในยุคการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ครั้งที่ 6 ซึ่งเกิดขึ้นด้วยน้ำมือมนุษย์เป็นหลัก จากโลกร้อนขึ้นและการทำลายธรรมชาติ

แหล่งข่าว sciencedaily.com : exploding stars may have caused mass extinction on Earth, study shows
             sciencealert.com : an exploding star 65 light-years from Earth may have triggered a mass extinction   
               iflscience.com : evidence supernovas caused one of Earth’s major extinctions
                space.com : did a supernova cause Earth’s mass extinction 360 million years ago?

Alpha Scopii, Antares

 

แอนทาเรส บี มองเห็นเป็นตุ่มขนาดจิ๋วบนแอรี่ดิสก์วงในสุด
ภาพสเก็ทช์โดยผู้เขียน

“แอนทาเรส” ดาวสีแดงที่อยู่ในตำแหน่งหัวใจของแมงป่องดวงนี้มีชื่อภาษาไทยว่า “ปาริชาต” เป็นดาวสว่างลำดับที่ 16 บนฟ้า เป็นหนึ่งในสี่ดาวสว่างแมกนิจูดที่หนึ่งที่เกาะไม่เกินห้าองศาจากแนวสุริยะวิถีทำให้มีโอกาสเกิดการบังโดยดวงจันทร์หรือดาวเคราะห์ได้

แอนทาเรสเป็นดาวคู่ที่สวย น่าสนใจและดูยากดวงหนึ่งเพราะความสว่างที่ต่างกันมาก แอนทาเรส บีดวงจิ๋วมักจะได้รับการบอกเล่าจากนักดาราศาสตร์สมัครเล่นว่ามีสีเขียว-ฟ้า

หลังจากที่รอมาเป็นเดือนในที่สุดผมก็มีโอกาสได้ลองดูแอนทาเรสแบบจริงจัง อันที่จริงระยะแยกที่ 2.6” ไม่ได้ถือว่าเกิดความสามารถของกล้องดูดาวที่ใช้อยู่ แต่แอนทาเรสสว่างมา ที่กำลังขยาย 85 เท่า ก็มี airy disk แล้ว

ผมเพิ่มกำลังขยายขึ้นไปเรื่อยๆ จนถึง 256 เท่า แอนทาเรสเป็นสีขาวอมเหลือง แอรี่ดิสก์สามวงซ้อนกันเป็นสีแดง แต่เอียงไปฝั่งหนึ่งแสดงว่าตัวกล้องดูดาวมีปัญหาเรื่อง Alignment เล็กน้อย เมื่อดูให้ดีที่แอรี่ดิสก์วงในสุดมองเห็น แอนทาเรสบีครับ แต่โดนสีแดงของแอนทาเรสกลบหมด ดูสีไม่ออก

เรียกว่าดูค่อนข้างยากแต่ก็สามารถแยกทั้งคู่ออกมาได้ หามีโอกาสคงต้องลองกับกล้องดูดาวตัวอื่นอีกครั้ง

กลุ่มดาวแมงป่อง แผนที่จาก Skysafari

ข้อมูลทั่วไป 

Name: Antares
Catalog number: Alpha Scorpii, 

Type: Double Star

Constellation: Scorpius

Visual Magnitude: +1.07,  +5.40

Seperation: 2.6” at 277.5°

Distance: 550 ly 

Coordinates

R.A. 16h 30m 39.46s

Dec. -26° 28’ 32.41”

สำรวจการชนขนาดใหญ่และขั้วเหนือดวงจันทร์ยักษ์กานิมีด

 

     ในระหว่างการเดินทางขาเข้าเพื่อไปบินผ่านดาวพฤหัสฯ เมื่อวันที่ 26 ธันวาคม 2019 ยานจูโน(Juno) ของนาซาได้บินเข้าไปในระยะใกล้กับขั้วเหนือของวัตถุที่ใหญ่ที่สุดเป็นอันดับเก้าในระบบสุริยะ-ดวงจันทร์กานิมีด(Ganymede)

     การถ่ายภาพในช่วงอินฟราเรดโดยเครื่องมือ JIRAM(Jovian Infrared Auroral Mapper) ของยาน ได้ให้แผนที่อินฟราเรดพื้นที่ส่วนเหนือของดวงจันทร์ยักษ์ดวงนี้เป็นครั้งแรก

      กานิมีดเป็นดวงจันทร์เพียงดวงเดียวในระบบสุริยะที่มีขนาดใหญ่กว่าดาวเคราะห์อย่างดาวพุธ(กานิมีดมีความกว้าง 5268 กิโลเมตร) กานิมีดประกอบด้วยน้ำแข็งและหินซิลิเกตเป็นหลัก องค์ประกอบของมันให้เงื่อนงำพื้นฐานสู่การเข้าใจวิวัฒนาการของดวงจันทร์ดาวพฤหัสฯ ทั้ง 79 ดวงตั้งแต่ช่วงเวลาที่ก่อตัวจนถึงปัจจุบัน โดยมีชั้นเปลือกน้ำแข็งรอบๆ มหาสมุทรของเหลวที่ล้อมรอบแกนกลางเหล็กหลอมเหลว กานิมีดจึงเป็นดวงจันทร์เพียงดวงเดียวในระบบสุริยะที่มีสนามแม่เหล็กเป็นของมันเองซึ่งเกิดขึ้นจากการพาความร้อน(convection) ในแกนกลาง

 เปรียบเทียบขนาดดาวเคราะห์ กับดวงจันทร์ในระบบสุริยะ 

    บนโลก สนามแม่เหล็กเบี่ยงเบนเส้นทางพลาสมา(อนุภาคมีประจุจากดวงอาทิตย์) ให้เข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลก และหลุดมาถึงพื้นที่ขั้วโลก สร้างแสงเหนือ-ใต้(aurora) ขึ้นจากการทำปฏิกิริยากับอะตอมในชั้นบรรยากาศ ในเมื่อกานิมีดไม่มีชั้นบรรยากาศเพื่อปัดป้อง พลาสมาจำนวนมากจากมักนีโตสเฟียร์(magnetosphere) ขนาดมหึมาของดาวพฤหัสฯ ก็ชนกับพื้นผิวดวงจันทร์โดยตรง สนามแม่เหล็กของกานิมีดผันพลาสมาไปที่ขั้วทั้งสอง ทำให้พื้นผิวที่ขั้วของมันถูกระดมชนด้วยพลาสมาอย่างคงที่ การระดมชนส่งผลอย่างมากต่อน้ำแข็งของกานิมีด

     ข้อมูล JIRAM ได้แสดงว่าน้ำแข็งที่ขั้วเหนือกานิมีดและรอบๆ ถูกปรับแต่งโดยกระแสพลาสมาที่ตกลงมา Alessandro Mura ผู้นำร่วมปฏิบัติการจูโน นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ที่สถาบันเพื่อดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งชาติ ในกรุงโรม กล่าว มันเป็นปรากฏการณ์ประหลาดที่เราจะได้เรียนรู้เป็นครั้งแรกด้วยจูโนเนื่องจากเราสามารถมองขั้วเหนือได้โดยทั่วทั้งหมด

     น้ำแข็งใกล้ขั้วทั้งสองของดวงจันทร์เป็นแบบอสัณฐาน(amorphous; ไม่เกิดผลึก) นั้นเป็นเพราะอนุภาคมีประจุวิ่งตามสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์จนถึงขั้ว ที่ซึ่งพวกมันจะชนและทำลายน้ำแข็งที่นั้น ทำให้น้ำแข็งไม่สามารถมีโครงสร้างที่เป็นระเบียบ(หรือเป็นผลึกหกเหลี่ยม) ได้ ในความเป็นจริง โมเลกุลน้ำแข็งที่พบที่ขั้วทั้งสองไม่มีความเป็นระเบียบ และน้ำแข็งอสัณฐานก็มีสัญญาณอินฟราเรดที่แตกต่างจากผลึกน้ำแข็งที่พบที่ศูนย์สูตรกานิมีด

พื้นที่กลางภาพคือขั้วเหนือของกานิมีด เส้นทึบคือ เส้นลองจิจูดที่ 0

     ข้อมูลเหล่านี้เป็นอีกตัวอย่างของวิทยาศาสตร์อันยิ่งใหญ่ที่จูโนทำได้เมื่อสำรวจดวงจันทร์ของดาวพฤหัสฯ Giuseppe Sindoni ผู้จัดการโครงการของเครื่องมือ JIRAM ให้กับองค์กรอวกาศอิตาลี กล่าว ปฏิบัติการหลักของจูโนก็เพื่อสำรวจดาวพฤหัสฯ JIRAM ถูกออกแบบมาให้จับแสงอินฟราเรดที่ผุดขึ้นจากเบื้องลึกภายในดาวพฤหัสฯ ตรวจสอบชั้นต่างๆ ที่ลึกลงไป 50 ถึง 70 กิโลเมตรใต้ชั้นยอดเมฆของดาวพฤหัสฯ แต่เครื่องมือก็สามารถใช้เพื่อศึกษาดวงจันทร์ไอโอ(Io), ยูโรปา(Europa), กานิมีด และคัลลิสโต(Callisto) ซึ่งเรียกรวมๆ ว่า ดวงจันทร์กาลิเลโอ(Galilean moons) ด้วย

     ดวงจันทร์น้ำแข็งสามดวงของดาวพฤหัสฯ ยูโรปา, คัลลิสโต และกานิมีด มีคุณสมบัติน้ำแข็งที่แตกต่างกัน น้ำแข็งของคัลลิสโตนั้นเป็นผลึก ส่วนน้ำแข็งของยูโรปาเป็นอสัณฐาน และกานิมีดก็มีทั้งสองอย่าง งานวิจัยก่อนหน้านี้พบว่านี่อาจเกิดจากความใกล้กับดาวพฤหัสฯ โดยยูโรปาอยู่ใกล้ที่สุด จึงอาบรังสีจากแถบการแผ่รังสี(radiation belts) ที่สร้างโดยมักนีโตสเฟียร์ของดาวพฤหัสฯ ในปริมาณที่สูงที่สุดด้วย ส่วนคัลลิสโตอยู่ไกลที่สุด จึงอาบรังสีน้อยที่สุด

     การรู้ว่าจูโนมีโอกาสจะได้เห็นส่วนเหนือของกานิมีดในการบินผ่านดาวพฤหัสฯ วันที่ 26 ธันวาคม ทีมปฏิบัติการได้ตั้งโปรแกรมให้ยานหันเครื่องมืออย่าง JIRAM ไปเพื่อสำรวจพื้นผิวกานิมีด ในช่วงเวลาที่เข้าใกล้กานิมีดมากที่สุดที่ราว 1 แสนกิโลเมตร JIRAM ได้เก็บภาพพื้นผิวในช่วงอินฟราเรดราว 300 ภาพ โดยมีความละเอียดที่ 23 กิโลเมตรต่อพิกเซล

ภาพถ่ายขั้วเหนือกานิมีดในช่วงอินฟราเรดจาก JIRAM ในเส้นทางการโคจรของจูโน ภาพถ่ายห่างกันทุกๆ 20 นาที โดยช่วงที่เข้าใกล้ดวงจันทร์มากที่สุดคือภาพซ้ายสุดที่ประมาณ 1 แสนกิโลเมตร

     ความลับของดวงจันทร์ที่ใหญ่ที่สุดของดาวพฤหัสฯ ที่จูโนและ JIRAM ได้เผยออกมาจะเป็นประโยชน์กับปฏิบัติการต่อๆ ไปสู่พิภพน้ำแข็งแห่งนี้

 

    นอกจากข้อมูลใหม่ๆ แล้ว จากการพิจารณาการสำรวจเก่าๆ นักวิทยาศาสตร์ได้พบสิ่งที่พวกเขาเชื่อว่าอาจจะเป็นหลุมการชนที่มีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่พบในระบบสุริยะ โดยรอยแผลเป็นนี้ครอบคลุมพื้นที่กว้างใหญ่บนกานิมีด นักวิทยาศาสตร์เบื้องหลังงานวิจัยใหม่ต้องการกลับมาพิจารณาดูการสำรวจเก่าๆ จากปฏิบัติการในอดีตของนาซาที่ศึกษาดวงจันทร์ยักษ์ดวงนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พวกเขาสนใจรายละเอียดชุดหนึ่งซึ่งเรียกว่า เฟอร์โรว์(furrows) ซึ่งเป็นร่องมีขอบคมชัดที่ปรากฏอยู่บนพื้นที่ที่เก่าแก่ที่สุดบนดวงจันทร์นี้ นักวิจัยก่อนหน้านี้ได้บอกว่าเฟอร์โรว์ที่เป็นวงแหวนซ้อนเหล่านี้เป็นหลักฐานของการชนครั้งใหญ่เหตุการณ์หนึ่ง ซึ่งมีความรุนแรงมากพอที่จะทิ้งรอยแผลเป็นไว้ทั่วซีกโลกฟากหนึ่งของกานิมีดเลยทีเดียว แต่เมื่อกลับไปพิจารณาโครงสร้างเหล่านี้ซ้ำอีก นักวิทยาศาสตร์ในงานวิจัยใหม่ซึ่งนำโดย Naoyuki Hirata นักดาวเคราะห์วิทยาที่มหาวิทยาลัยโกเบ เชื่อว่า เป็นการประเมินที่ต่ำเกินไป เฟอร์โรว์นี้เป็นการชนที่ใหญ่มากจนส่งผลต่อดวงจันทร์ทั้งดวง

พื้นที่ที่สว่าง(bright terrain) และพื้นที่ที่มืด(dark terrain) สามารถแยกแยะได้ง่าย โดยมีร่องซ้อนๆ ปรากฏบนพื้นที่ที่มืดเหล่านั้น

     นักวิจัยเริ่มต้นด้วยการสะสมข้อมูลที่รวบรวมได้จากปฏิบัติการวอยยาจเจอร์(Voyager) แฝดของนาซาซึ่งต่างก็บินผ่านระบบดาวพฤหัสฯ ในปี 1979 และจากปฏิบัติการกาลิเลโอ(Galileo) ของนาซาซึ่งใช้เวลาแปดปีตั้งแต่ 1995 ถึง 2003 เพื่อศึกษาดาวเคราะห์ยักษ์ซึ่งแบ่งพื้นที่ได้เป็น 2 ชนิดคือ พื้นที่สีสว่าง(bright terrain) ซึ่งมีสีอ่อนและค่อนข้างขาดแคลนร่องรอยการชน และพื้นที่สีมืด(dark terrain) ซึ่งปุปะด้วยรอยแผลน่าจะเป็นพื้นผิวที่เก่าแก่ที่สุดของกานิมีดอยู่ด้วย ซ้ำอีกครั้ง ทั่วพื้นที่สีมืดนี้ แบบจำลองใหม่บอกว่า เฟอร์โรว์ทั้งหมดแม้แต่ที่อยู่ฝั่งตรงกันข้ามของดวงอาทิตย์ ก็แผ่เป็นวงระลอกออกจากจุดหนึ่งจุดเดียว

     นักวิจัยบอกว่าเฟอร์โรว์เป็นตัวระบุถึงเหตุการณ์การชนที่ส่งผลต่อกานิมีดทั้งปวง ไม่เพียงแต่ซีกโลกฝั่งเดียวอย่างที่เคยจำแนกก่อนหน้านี้ว่าเกิดการเปลี่ยนรูปร่างจากการชน แม้ว่าการจำแนกพื้นที่ชนจะใช้หลักฐานมากกว่าแค่วงแหวนที่น่าสงสัยเหล่านี้ แต่ถ้าการชนเกิดขึ้นจริง ก็น่าจะมาจากดาวเคราะห์น้อยที่มีขนาดใหญ่ ความกว้างอย่างน้อย 50 กิโลเมตร หรืออาจจะใหญ่ถึง 150 กิโลเมตรเลย ชนกับดวงจันทร์ด้วยความเร็วประมาณ 20 กิโลเมตรต่อวินาที ทิ้งวงแหวนและรอยแตกซ้อนชุดหนึ่งคล้ายกับตาวัว(bullseye) ไปทั่วดวงจันทร์ ซึ่งน่าจะเกิดในระหว่างการระดมชนอย่างหนักครั้งล่าสุด(Late Heavy Bombardment) เมื่อราว 4 พันล้านปีก่อน ซึ่งหลังจากหลายสหัสวรรษของกระบวนการทางธรณีวิทยา ก็กลายเป็นร่องและราง(troughs) ที่นักวิทยาศาสตร์ได้เห็นในขณะนี้    

     ถ้าแบบจำลองนี้ถูกต้อง นักวิทยาศาสตร์บอกว่าพวกเขาก็ได้พบรอยแผลเป็นจากการชนที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะแล้ว โดยมีเส้นผ่าศูนย์กลางถึง 7800 กิโลเมตร ใหญ่เป็นสองเท่าของความยาวแม่น้ำมิสซิสซิปปี้ ระบบแอ่งการชนที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยพบในปัจจุบันเรียกว่า หลุมอุกกาบาตวัลฮัลลา(Valhalla crater) ที่พบบนคัลลิสโต(Callisto) ดวงจันทร์ขนาดใหญ่อีกดวงของดาวพฤหัสฯ ซึ่งมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 3800 กิโลเมตร ดูเล็กไปทีเดียว   

บน: แผนที่ซึ่งมีศูนย์กลางที่ 20 องศาใต้ 180 องศาตะวันตก แสดงพื้นที่ที่มืดของกานิมีด และเฟอร์โรว์(ระบุด้วยเส้นสีเหลือง) ล่าง: แผนที่ซึ่งมีศูนย์กลางที่ 20 องศาเหนือ 0 องศาตะวันตก แสดงซีกโลกฝั่งตรงกันข้ามกับภาพบน บนกานิมีด พื้นที่สีขาวคือ พื้นที่ที่สว่าง(Bright terrain)  

      นักวิทยาศาสตร์ในงานใหม่ซึ่งเผยแพร่ในวารสาร Icarus วันที่ 15 กรกฎาคม หวังว่าข้อมูลใหม่จะช่วยพวกเขาให้แปลผลเฟอร์โรว์บนกานิมีดได้ดีขึ้น และให้เข้าใจอย่างแม่นยำว่าพวกมันก่อตัวได้อย่างไร ถ้าเฟอร์โรว์เหล่านี้เกิดขึ้นจากการชนครั้งใหญ่ ก็น่าจะพบความผิดปกติในแรงโน้มถ่วง(gravitational anomaly) ที่ตำแหน่งชนด้วย คล้ายกับที่พบบนโครงสร้างการชนขนาดใหญ่อื่นๆ เช่น แอ่งขั้วใต้-ไอท์เค่น(South Pole-Aitken basin) บนดวงจันทร์ของโลก

     ขณะนี้ เรารู้ว่าจะต้องมองหามัน บางทียานจูโนอาจจะถูกใช้เพื่อสำรวจความผิดปกติในแรงโน้มถ่วงนี้ นอกจากนี้ปฏิบัติการ JUICE(Jupiter Icy Moons Explorer) ขององค์กรอวกาศยุโรป(ESA) ซึ่งมีกำหนดออกสู่อวกาศในปี 2022 นอกจากจะทำการสำรวจชั้นมักนีโตสเฟียร์ของดาวพฤหัสฯ, ชั้นบรรยากาศที่ปั่นป่วนของมัน ยังอุทิศให้กับการศึกษาดวงจันทร์น้ำแข็งกานิมีด, คัลลิสโตและยูโรปา ตั้งแต่ปี 2030 เป็นเวลาอย่างน้อยสามปีครึ่ง

แหล่งข่าว spaceref.com : Juno takes first images of Ganymede’s north pole
                sciencealert.com : Juno delivers first images of the north pole of Ganymede, where it rains plasma    
               space.com : Jupiter’s huge moon Ganymede may have the largest impact scar in the solar system
                sciencealert.com : astronomers may have identified the biggest impact structure in our solar system