การสำรวจดาวหาง NEOWISE ของกล้องฮับเบิลและเจมิไน

credit: apod.nasa.gov 

      เมื่อดาวหาง NEOWISE(C/2020 F3) วิ่งผ่านเข้ามาในระบบสุริยะส่วนในในช่วงกลางปี 2020 นักดาราศาสตร์และสาธารณชนได้เห็นว่าลูกบอลหิมะสกปรกก้อนนี้ ได้ปล่อยก๊าซและฝุ่นออกสู่อวกาศ สร้างการแสดงที่เห็นได้เมื่อมองด้วยตาเปล่า

     ในความเป็นจริง มันเป็นดาวหางที่สว่างที่สุดที่เห็นได้ด้วยตาเปล่าจากซีกโลกเหนือนับตั้งแต่ดาวหางเฮล-บอพพ์(Hale-Bopp) ในปี 1997 ประเมินกันว่า NEOWISE กำลังเดินทางด้วยความเร็วกว่า 60 กิโลเมตรต่อวินาที ดาวหางเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด(perihelion) เมื่อวันที่ 3 กรกฎาคม ที่ระยะทาง 43 ล้านกิโลเมตร และขณะนี้กำลังมุ่งหน้าออกสู่ชายขอบของระบบสุริยะ และจะไม่ผ่านเข้ามาในละแวกใกล้โลกไปอีก 7000 ปี  

     การสำรวจอย่างใกล้ชิดโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลได้จับภาพผู้มาเยือนรายล่าสุดบนท้องฟ้าหลังจากที่มันผ่านเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ ภาพดาวหางภาพใหม่ซึ่งถ่ายในวันที่ 8 สิงหาคม ให้รายละเอียดโคมา(coma) หรือชั้นบรรยากาศรอบนิวเคลียสของมัน และทางฝุ่นที่ปล่อยออกมา การสำรวจ NEOWISE ของฮับเบิลเป็นครั้งแรกที่ได้ถ่ายภาพดาวหางที่สว่างขนาดนี้ด้วยความละเอียดสูงเช่นนี้หลังจากมันผ่านเข้าใกล้ดวงอาทิตย์แล้ว ความพยายามก่อนหน้านี้ที่จะถ่ายภาพดาวหางสว่างดวงอื่น(เช่น ดาวหาง ATLAS) ไม่ประสบความสำเร็จเนื่องจากดาวหางแตกสลายจากความร้อนแผดเผาที่รุนแรง

ภาพดาวหาง C/2020 F3(NEOWISE) ภาพนี้ถ่ายโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลเมื่อวันที่ 8 สิงหาคม 2020 ภาพจากฮับเบิลเป็นภาพแรกที่ถ่ายดาวหางที่สว่างด้วยความละเอียดสูงเช่นนี้ หลังจากที่มันผ่านเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ จะเห็นโครงสร้าง 2 อย่างปรากฏที่ด้านซ้ายและขวาของใจกลางดาวหาง เป็นไอพ่นที่ประกอบด้วยน้ำแข็งที่ระเหิดจากข้างใต้พื้นผิวนิวเคลียส โดยฝุ่นและก๊าซที่ได้ออกมาถูกฉีดด้วยความเร็วสูง ไอพ่นผุดออกมาเป็นโครงสร้างรูปกรวย และคลี่ออกโดยการหมุนรอบตัวของนิวเคลียสดาวหาง 

      ดาวหางมักจะแตกออกเป็นชิ้นเนื่องจากความเครียดจากอุณหภูมิและแรงโน้มถ่วงจากการผ่านเข้าใกล้ แต่ภาพใหม่จากฮับเบิลบอกว่า นิวเคลียสแข็งของ NEOWISE ยังคงรวมเป็นก้อน ใจกลางของดาวหางนั้นเล็กเกินกว่าที่ฮับเบิลจะเห็นได้โดยตรง ลูกบอลหิมะน่าจะมีความกว้างไม่เกิน 4.8 กิโลเมตร แต่ภาพของฮับเบิลก็ได้จับเมฆก๊าซและฝุ่นขนาดใหญ่ส่วนหนึ่งที่ล้อมรอบนิวเคลียสไว้ ซึ่งเมื่อตรวจสอบพบว่ามีความกว้างประมาณ 18,000 กิโลเมตรในภาพ

     การสำรวจของฮับเบิลยังเผยให้เห็นไอพ่นคู่หนึ่งจากนิวเคลียสที่ยิงออกมาในทิศทางที่ตรงกันข้ามกัน พวกมันโผล่ออกจากแกนกลางของดาวหาง เป็นกรวยฝุ่นและก๊าซ และจากนั้นก็บิดตัวกลายเป็นโครงสร้างคล้ายพัดที่กว้างขึ้นโดยการหมุนรอบตัวของนิวเคลียส ไอพ่นเป็นผลจากน้ำแข็งที่ระเหิดใต้พื้นผิว โดยฝุ่น/ก๊าซที่ได้ถูกบีบฉีดออกด้วยความเร็วสูง

     ภาพของฮับเบิลยังได้ช่วยเผยให้เห็นสีของฝุ่นดาวหาง และบอกได้ว่าสีเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อดาวหางถอยห่างออกจากดวงอาทิตย์ ซึ่งนี่อาจจะช่วยอธิบายว่าความร้อนจากดวงอาทิตย์ส่งผลต่อองค์ประกอบและโครงสร้างฝุ่นดังกล่าวและโคมาของดาวหางอย่างไร เป้าหมายสุดยอดจากการสำรวจก็คือเพื่อตรวจสอบคุณสมบัติดั่งเดิมของฝุ่น นักวิจัยที่ใช้ฮับเบิลเพื่อสำรวจดาวหางกำลังขุดลงไปในข้อมูลให้ลึกขึ้นเพื่อดูว่าพวกเขาจะหาอะไรได้บ้าง

          ฮับเบิลจะจับภาพดาวหางด้วยความละเอียดสูงมากกว่าที่เราจะได้จากกล้องโทรทรรศน์อื่นๆ Qicheng Zhang นักศึกษาที่สถาบันเทคโนโลจีแห่งคาลิฟอร์เนีย(Caltech) ซึ่งนำทีมโครงงานถ่ายภาพ กล่าวในแถลงการณ์ ความละอียดเช่นนี้เป็นหัวใจหลักในการเห็นรายละเอียดที่ใกล้กับนิวเคลียสมากๆ มันช่วยให้เราได้เห็นการเปลี่ยนแปลงในฝุ่นแทบจะทันทีที่ฝุ่นถูกดึงออกจากนิวเคลียสอันเนื่องจากความร้อนของดวงอาทิตย์ ช่วยให้มีการตรวจสอบฝุ่นที่มีสภาพใกล้เคียงกับคุณสมบัติดั่งเดิมของดาวหางมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ 

ภาพดาวหางจากภาคพื้นดินจากซีกโลกเหนือเมื่อวันที่ 16 กรกฎาคม 2020 ภาพเล็กจากกล้องฮับเบิล

      ฮับเบิลยังได้จับภาพผู้มาเยือนอื่นๆ ที่เป็นที่รู้จักดีตลอดปีที่แล้ว ซึ่งรวมถึงภาพการแตกเป็นชิ้นของดาวหาง ATLAS ในเดือนเมษายน 2020 และภาพที่น่าประทับใจของดาวหางจากต่างระบบ(interstellar comet) โบริซอฟ ในเดือนตุลาคมและธันวาคม 2019

      ในเวลาใกล้เคียงกัน การสำรวจในระยะประชิดโดยหอสังเกตการณ์เจมิไนเหนือ บนเมานาคี ฮาวาย ที่นำทีมโดย Michal Drahus และ Piotr Guzik จาก Jagiellonian University ในคราคุฟ โปแลนด์ ได้สำรวจวัสดุสารที่หนีออกจากดาวหาง การสำรวจชุดหนึ่งที่ทำในวันที่ 1 สิงหาคม 2020 ได้แสดงกระแสก๊าซที่หมุนซึ่งเผยให้เห็นการหมุนรอบตัวของนิวเคลียสดาวหาง

     การสำรวจที่ทำภายใต้โครงการวิจัยเพื่อสำรวจพลวัตการหมุนรอบตัวของดาวหาง ใช้เวลาหลายคืน และถูกจำกัดโดยตำแหน่งดาวหางที่อยู่ค่อนข้างใกล้กับดวงอาทิตย์ และมีช่วงการสำรวจที่สั้น แต่เจมิไนก็ช่วยให้นักวิจัยได้ตรวจสอบการหมุนรอบตัวของดาวหางด้วยความเที่ยงตรงสูงมาก และได้เห็นการเปลี่ยนแปลงอัตราการหมุนรอบตัว

     ดาวหางที่ประกอบด้วยน้ำแข็ง, หินและฝุ่นที่หลงเหลือจากการก่อตัวของระบบสุริยะ ดาวหางบางดวงก็มีเส้นทางโคจรที่รีมากๆ ซึ่งส่งพวกมันเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ซึ่งพวกมันจะอุ่นขึ้นและทำให้ก๊าซที่แข็งตัวกลายเป็นไอ ปล่อยโมเลกุลและเศษซากออกสู่อวกาศ คิดกันว่าดาวหางเกือบทุกดวงจะปล่อยก๊าซเป็นไอพ่นที่คล้ายน้ำพุ และนั้นก็เป็นสิ่งที่นักวิจัยคิดว่ากำลังเกิดขึ้นในภาพเจมิไนเหล่านี้ เมื่อวัสดุสารที่กลายเป็นไอปะทุออกจากดาวหาง การหมุนรอบตัวของนิวเคลียสจะทำให้ไอเหล่านี้ดูเสมือนหมุนวนออกข้างนอก เหมือนกับน้ำจากท่อรดน้ำในสวน วัสดุสารเดียวกันนี้ยังส่งผลต่อการหมุนรอบตัวของดาวหาง ซึ่งทำให้นิวเคลียสหมุนเร็วขึ้น หรือช้าลง แม้ว่าผลเช่นนี้เกิดขึ้นเพียงน้อยนิดจนยากที่จะตรวจสอบในดาวหางเกือบทั้งหมด

ภาพชุดต่อเนื่องแสดงการหมุนของดาวหาง NEOWISE

     วิวัฒนาการของรูปร่างที่สำรวจพบบอกว่าคาบการหมุนรอบตัวอยู่ที่ 7.58 ±0.03 ชั่วโมง โดยไม่พบการแปรผันสำคัญในสถานะการหมุนรอบตัวพื้นฐานตลอดช่วงเวลาที่สำรวจ ทีมนักวิจัยเขียนไว้ในโพสใน The Astronomer’s Telegram

     นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าการหมุนรอบตัวของดาวหางได้รับผลกระทบจากการปะทุก๊าซ มีการสำรวจพบความเร็วการหมุนรอบตัวที่สูงขึ้นในดาวหางหลายดวงที่เข้าใกล้ดวงอาทิตย์ ซึ่งคิดว่าเป็นผลจากอัตราการระเหิดที่เพิ่มขึ้นเมื่อความร้อนเพิ่มขึ้น ถ้าผลกระทบนี้รุนแรงมากพอ ก็อาจทำให้ดาวหางแตกออกเป็นชิ้นภายใต้ความไร้เถสียรภาพจากแรงหนีศูนย์กลาง

     ในภาพจากเจมิไนก็ได้เห็นไอพ่นด้วยเช่นกัน การสำรวจนี้และอื่นๆ น่าจะช่วยคำนวณว่าดาวหางมีการหมุนรอบตัวที่เร็วขึ้นหรือช้าลง ในระหว่างเดินทางไปรอบๆ ดวงอาทิตย์ ทีมเจมิไนบอกว่าการคำนวณของพวกเขาสอดคล้องกับการตรวจสอบคาบการหมุนรอบตัวที่ 7.5 ±2.3 ชั่วโมงที่ทำในวันที่ 21 กรกฎาคม

แหล่งข่าว sci.esa.int : Hubble snaps close-up of comet NEOWISE
                hubblesite.org : first images captured of comet after sizzling Sun flyby
                space.com : Hubble telescope catches stunning view of comet NEOWISE after its spectacular summer sky show    
                phys.org : Gemini observatory images reveal striking details of comet NEOWISE
                 sciencealert.com : this spiraling stream of gas just revealed the rotation of historic comet NEOWISE