ปริศนาหลุมดำยักษ์ใหญ่ที่หายไป

     ปริศนาการหายไปของหลุมดำมวลมหาศาลแห่งหนึ่งยังคงซับซ้อนมากขึ้น แม้ว่าจะมีการสำรวจหาด้วยหอสังเกตการณ์รังสีเอกซ์จันทรา และกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลของนาซาแล้ว นักดาราศาสตร์ก็ยังคงไม่เห็นหลักฐานว่าจะมีหลุมดำขนาดตั้งแต่ 3 พันล้านจนถึง 1 แสนล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์อยู่

กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลถ่ายภาพกระจุกกาแลคซี Abell 2261 จะสังเกตเห็นกาแลคซีขนาดใหญ่ที่สว่างมาก จากมวลของกาแลคซีแห่งนี้ นักดาราศาสตร์คาดว่าหลุมดำมวลมหาศาลในใจกลางกาแลคซีน่าจะมีมวลถึงระดับพันล้านเท่าดวงอาทิตย์ แต่กลับสำรวจไม่พบร่องรอยใดๆ 

     กระจุกกาแลคซี(galaxy cluster) เป็นโครงสร้างที่ยึดเกาะกันด้วยแรงโน้มถ่วงที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในเอกภพ โดยปกติ พวกมันจะเป็นกลุ่มของกาแลคซีหลายร้อยจนถึงหลายพันแห่งที่มาเกาะกลุ่มกัน โดยมีกาแลคซีที่สว่างมากขนาดมหึมาแห่งหนึ่งอยู่ใกล้กับใจกลางกระจุก ซึ่งเรียกกาแลคซีสว่างนี้ว่า BCG(Brightest cluster galaxy) และแม้แต่ในบรรดา BCGs ด้วยกันเอง BCG ของกระจุก Abell 2261 ซึ่งอยู่ห่างออกไป 2.6 พันล้านปีแสงก็มีความโดดเด่น เมื่อมันมีความกว้างถึง 1 ล้านปีแสง ใหญ่เป็นสิบเท่าของทางช้างเผือก และมีแกนกลางขนาดมหึมาที่ปุกปุยด้วยความกว้าง 1 หมื่นปีแสง เป็นแกนกลางกาแลคซีที่มีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยเห็นมา

     ในกาแลคซีขนาดใหญ่แทบทุกแห่งในเอกภพ จะมีหลุมดำมวลมหาศาลในใจกลาง ซึ่งมีมวลตั้งแต่หลายล้านจนถึงหลายพันล้านเท่าดวงอาทิตย์ เนื่องจากมวลของหลุมดำในใจกลางมักจะอยู่ในแนวโน้มเดียวกับมวลของกาแลคซีเอง นักดาราศาสตร์จึงคาดว่ากาแลคซีในใจกลางกระจุก Abell 2261(ซึ่งเรียกว่า A2261-BCG) นั้นสามารถคำนวณขนาดของหลุมดำได้ ซึ่งน่าจะเป็นปีศาจตัวมหึมาด้วยมวลระหว่าง 3 พันล้านจนถึง 1 แสนล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์ ซึ่งทำให้มันกลายเป็นหนึ่งในหลุมดำที่มีขนาดใหญ่ที่สุด(หลุมดำมวลมหาศาลของทางช้างเผือกมีมวลราว 4 ล้านเท่าดวงอาทิตย์)

     แต่แทนที่จะอุดมไปด้วยรังสีจากหลุมดำมวลสูงที่เปี่ยมด้วยกิจกรรม เมื่อมันกวนและทำให้วัสดุสารรอบๆ ร้อนจัด หลุมดำของ A2261-BCG กลับเต็มไปด้วยกลุ่มหมอกฝ้าจากแสงดาวที่สว่าง เครื่องมือหลายชิ้นก็ไม่พบร่องรอยใดๆ ของหลุมดำในใจกลางกาแลคซีแห่งนี้เลย

     ด้วยการใช้ข้อมูลจันทราที่ได้ในปี 1999 และ 2004 นักดาราศาสตร์ได้สำรวจใจกลางของกาแลคซีขนาดใหญ่ในใจกลางกระจุก Abell 2261 เพื่อหาสัญญาณของหลุมดำยักษ์ พวกเขามองหาวัสดุสารที่ร้อนยิ่งยวดเมื่อมันตกลงสู่หลุมดำและสร้างรังสีเอกซ์ขึ้นมา แต่กลับไม่พบแหล่ง(รังสีเอกซ์) เช่นนั้นเลย

A2261-BCG ด้วยกล้องจันทรา

     ขณะนี้ ด้วยการสำรวจจากจันทรางานใหม่จากปี 2018 ทีมที่นำโดย Kayhan Gultekin จากมหาวิทยาลัยมิชิกัน ที่แอนน์อาร์เบอร์ ได้ทำการสำรวจเชิงลึกเพื่อหาหลุมดำในใจกลางกาแลคซีแห่งนี้ พวกเขายังพยายามหาคำอธิบายทางเลือกอื่นว่าหลุมดำถูกผลักออกจากใจกลางกาแลคซีต้นสังกัด เหตุการณ์รุนแรงเช่นนี้อาจจะเป็นผลจากการควบรวมของกาแลคซีสองแห่งเพื่อสร้างกาแลคซีที่สำรวจพบนี้ ซึ่งหลุมดำในใจกลางกาแลคซีแต่ละแห่งจะควบรวมกันก่อตัวเป็นหลุมดำขนาดใหญ่ขึ้นแห่งเดียว

     เมื่อหลุมดำควบรวมกัน พวกมันจะสร้างระลอกในกาลอวกาศที่เรียกว่า คลื่นความโน้มถ่วง(gravitational waves) ถ้าคลื่นความโน้มถ่วงปริมาณมหาศาลที่ถูกสร้างในเหตุการณ์เช่นนี้ มีความไม่สมมาตรในทิศทางใดทิศทางหนึ่งมากกว่า ทฤษฎีได้ทำนายว่าหลุมดำมวลสูงขึ้นแห่งใหม่ก็น่าจะกระดอนออกจากใจกลางกาแลคซีในทิศทางตรงกันข้าม นี่เป็นสิ่งที่เรียกว่า หลุมดำกระดอนกลับ(recoiling black hole)

     นักดาราศาสตร์ยังไม่พบหลักฐานที่แน่ชัดของหลุมดำกระดอนกลับนี้เลย และก็ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ว่ามีหลุมดำมวลมหาศาลแห่งอื่นๆ ที่เข้ามาใกล้กันและกันมากพอที่จะสร้างคลื่นความโน้มถ่วงและควบรวมหรือไม่ โดยรวมแล้ว นักดาราศาสตร์ระบุได้แค่เพียงการควบรวมจากหลุมดำที่มีขนาดเล็กกว่ามาก การตรวจจับหลุมดำมวลมหาศาลที่กระดอนกลับน่าจะต้องให้นักวิทยาศาสตร์คิดค้นและพัฒนาหอสังเกตการณ์เพื่อมองหาคลื่นความโน้มถ่วงจากหลุมดำมวลมหาศาลที่ควบรวมกัน

เมื่อวัตถุมวลสูงอย่างหลุมดำสองแห่งหมุนวนเข้าหากันและกัน และระยะทางหดสั้นลงเรื่อยๆ พลังงานการโคจรจะถูกเปลี่ยนเป็นคลื่นความโน้มถ่วง ถ้าการควบรวมของหลุมดำทั้งสอง สร้างคลื่นความโน้มถ่วงที่ไม่สมมาตร หลุมดำใหม่ที่เกิดขึ้นก็อาจจะกระดอนถอยในทิศทางตรงกันข้ามกับความไม่สมมาตรนั้น

     รายละเอียดเหล่านี้ถูกจำแนกเป็นครั้งแรกโดย Marc Postman จากสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศและเพื่อนร่วมงานในภาพจากฮับเบิลและซูบารุก่อนหน้านั้น และชักนำให้พวกเขาเสนอแนวคิดหลุมดำที่ควบรวมใน Abell 2261 ขึ้นมา ในระหว่างการควบรวม หลุมดำมวลมหาศาลในแต่ละกาแลคซีจะจมเข้าหาใจกลางของกาแลคซีที่เพิ่งรวมตัวขึ้นใหม่ ถ้าพวกมันเชื่อมโยงกันและกันผ่านแรงโน้มถ่วงได้ และวงโคจรเริ่มสั้นลง ก็คาดว่าหลุมดำน่าจะมีปฏิสัมพันธ์กับดาวที่อยู่รอบๆ และผลักพวกมันออกจากใจกลางกาแลคซี นี่น่าจะอธิบายแกนกลางขนาดใหญ่ของ Abell 2261 ได้ และยังอาจอธิบายว่าเพราะเหตุใด กลุ่มของดาวที่อยู่กันอย่างหนาแน่นที่สุดจึงอยู่ไกลจากแกนกลางราว 2 พันปีแสง

     แต่กระนั้น การกระจายตัวของดาวที่เอียงยังอาจจะเกิดขึ้นจากเหตุการณ์รุนแรงเช่น การควบรวมของหลุมดำมวลมหาศาล 2 แห่งและการกระดอนกลับของหลุมดำยักษ์ที่ก่อตัวใหม่ ก็เป็นได้

     แม้ว่าจะมีเงื่อนงำว่ามีการควบรวมของหลุมดำเกิดขึ้น แต่ข้อมูลจากทั้งฮับเบิลและจันทราก็ไม่แสดงหลักฐานของหลุมดำเลย Gultekin และเพื่อนร่วมงานเกือบทั้งหมดของเขาซึ่งนำโดย Sarah Burke-Spolaor จากมหาวิทยาลัยเวสต์เวอร์จิเนีย เคยใช้ฮับเบิลเพื่อมองหากลุ่มก้อนของดาวฤกษ์ที่หลุมดำที่กระดอนกลับอาจจะดึงติดออกไปด้วยกัน พวกเขาศึกษากลุ่มก้อน 3 แห่งใกล้กับใจกลางกาแลคซี และตรวจสอบว่าการเคลื่อนที่ของดาวในกลุ่มก้อนเหล่านี้มีความเร็วมากพอที่จะบอกว่าพวกมันมีหลุมดำมวลระดับพันล้านเท่าอยู่ภายในด้วย แต่ก็ไม่มีหลักฐานที่แน่ชัดของหลุมดำในกลุ่มก้อนดาว 2 แห่ง และดาวในอีกกลุ่มที่เหลือก็สลัวเกินกว่าจะสร้างผลสรุปที่เป็นประโยชน์ได้

     พวกเขายังเคยศึกษาการสำรวจ Abell 2261 ด้วย VLA(Karl G. Jansky Very Large Array) การเปล่งคลื่นวิทยุที่ตรวจพบใกล้กับใจกลางของกาแลคซี ได้แสดงหลักฐานว่าเคยมีกิจกรรมของหลุมดำมวลมหาศาลเกิดขึ้นที่นั้นเมื่อ 50 ล้านปีก่อน แต่ไม่ได้บ่งชี้ว่าใจกลางของกาแลคซีในปัจจุบันมีหลุมดำเช่นนั้นอยู่ จากนั้น พวกเขาก็หันไปหากล้องจันทราเพื่อมองหาวัสดุสารร้อนยิ่งยวดและสร้างรังสีเอกซ์เมื่อมันตกลงสู่หลุมดำ ในขณะที่ข้อมูลจันทราได้เยผให้เห็นกลุ่มก๊าซร้อนที่หนาทึบที่สุดว่าไม่ได้อยู่ในใจกลางกาแลคซี แต่พวกมันก็ไม่ได้เผยให้เห็นสัญญาณรังสีเอกซ์ใดๆ ที่เป็นไปได้ว่าจะมาจากหลุมดำมวลมหาศษลที่กำลังเติบโต ไม่พบทั้งแหล่งรังสีเอกซ์ในใจกลางกระจุก หรือในกลุ่มก้อนของดาวใดๆ หรือในตำแหน่งที่มีการเปล่งคลื่นวิทยุใดๆ เลย

    ภาพรวมประกอบ Abell 2261 ซึ่งมีข้อมูลช่วงตาเห็นจากฮับเบิลและกล้องซูบารุ ได้แสดงกาแลคซีในกระจุกและที่พื้นหลัง และข้อมูลจากจันทราก็แสดงก๊าซร้อน(เป็นสีชมพู) กระจัดกระจายอยู่ทั่วกระจุก ใจกลางภาพแสดงกาแลคซีทรงรี(elliptical galaxy) ขนาดยักษ์ในใจกลางกระจุก

     ผู้เขียนจึงสรุปว่า อาจจะไม่มีหลุมดำอยู่ที่ใดเลย หรือ มันกำลังกลืนวัสดุสารช้าเกินกว่าจะสร้างสัญญาณรังสีเอกซ์ให้ตรวจจับได้ ปริศนาของตำแหน่งหลุมดำยักษ์ที่นั้นจึงยังคงอยู่ต่อไป แม้ว่าการสำรวจจะล้มเหลว แต่นักดาราศาสตร์ก็ยังมีความหวังว่าจะมองหาหลุมดำมวลมหาศาลแห่งนี้ในอนาคต เมื่อกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ น่าจะสามารถเผยให้เห็นการมีอยู่ของหลุมดำมวลมหาศาลในใจกลางกาแลคซี หรือในกลุ่มก้อนดาวเหล่านั้นได้ ถ้าเวบบ์ยังหาหลุมดำไม่เจอ คำอธิบายที่ดีที่สุดก็คือ หลุมดำกระดอนหลุดออกจากใจกลางกาแลคซีไปแล้ว

     รายงานอธิบายผลสรุปเหล่านี้เผยแพร่ในวารสารของสมาคมดาราศาสตร์อเมริกัน และเวบไซท์ก่อนตีพิมพ์ arXiv.org

 

แหล่งข่าว phys.org : on the hunt for a missing giant black hole
                sciencealert.com : somehow, a monstrous supermassive black hole has gone missing
                iflscience.com : a supermassive black hole appears to have gone missing   

Double Cluster

สวัสดีปีใหม่ 2021 ครับ

ผมไม่แน่ใจว่าคนที่ติดตามทั้งเพจและกลุ่มมีความสนใจเรื่องดูดาวกันระกับไหน เพราะการดูดาวเป็นกิจกรรมที่กว้างมากขึ้นกับความสนใจ ในส่วน Visual Astronomy ที่ผมทำอยู่ ปีนี้จะแนะนำออบเจคสำหรับการดูด้วยกล้องสองตาให้มากขึ้น หวังว่าจะสนใจกันนะ

กล้องสองตาหรือที่เรียกกันสั้นๆว่า “ไบนอค” เป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับการดูดาวตั้งแต่เริ่มต้นไปจนถึงมืออาชีพ ห้ภาพกว้าง แสกนท้องฟ้าได้เร็ว การใช้กล้องสองตาดูดาวจะทำให้เข้าใจคอนเซ็ปท์และความสนุกของการดูดาว หากสนใจจริงจังก็ค่อยหากล้องดูดาวมาภายหลัง

ดังนั้นใครที่อยากได้กล้องดูดาวตัวแรก ลองหันมามองไบนอคดู ใช้ได้กว้างขวาง ราคาไม่แพง ดูดาวได้สนุก บนท้องฟ้ามีหลายออบเจคที่ดูด้วยกล้องสองตาสวยกว่ากล้องดูดาว แถมบางทีคุณอาจจะมีไบนอคอยู่แล้วก็ได้...

Double Cluster

กระจุกดาวเปิดหรือ Open Star Cluster เป็นกลุ่มของดาวที่เพิ่งเกิดขึ้นมาใหม่ มีอายุน้อย (ในแบบของนักดาราศาสตร์นะ) เราจะเห็นชัดเจนว่าเกาะกันเป็นปมเป็นกลุ่ม หากคิดไม่ออกลองนึกถึงกระเป๋าหนังปลากระเบน มีหลายตัวที่มองเห็นด้วยตาเปล่าอย่างกระจุกดาวลูกไก่ที่น่าจะรู้จักกันดีแลัว

สำหรับ Double Cluster หรือกระจุกดาวคู่เพอร์เซอุสถ้าอยู่ไกลจากเมืองมากพอก็จะมองเห็นด้วยตาเปล่า เป็นฝ้าฟุ้งที่ชวนให้สงสัยว่าคืออะไร

ภาพจาก Stellarium คลิกภาพเพื่อขยาย

วิธีการหาตำแหน่งไม่ได้ยาก แต่เป็นสิ่งที่ต้องเรียนรู้ อันดับแรกเรามองรู้จักกลุ่มดาวแคสสิโอเปียหรือกลุ่มดาวค้างคาวเสียก่อน ดาวสว่าง 5 ดวงที่เรียงเป็นรูปตัวอักษร “M” อยู๋ทางทิศเหนือ มองหาง่ายและเป็นกลุ่มดาวสำคัญที่ช่วยนำทางไปหาดาวเหนือได้ ต้นเดือนมกราคมแบบนี้ ยังมองเห็นตั้งแต่หัวค่ำทางทิศเหนือ

เริ่มจากดูตาเปล่า มองหารูปร่างของกลุ่มดาวให้ชัดเจน ลองลากเส้นสมมติจากดาว “แกมม่า” ไปที่ “เดลต้า” แล้วลากเส้นเลยออกไปอีกสามเท่า กระจุกดาวคู่จะอยู่ตรงนั้น

หากมองไม่เห็นให้ใช้ไบนอคแทนการดูด้วยตาเปล่าโดยใช้วิธีเดียวกัน จะมองเห็น Double Cluster ได้ไม่ยากแม้อยู่ในเมือง

ภาพจำลอง Perseus Double Cluster เมื่อดูผ่านกล้องสองตา
Cr: Stellarium

ลองฝึกดูนะครับ จะได้เซนส์เรื่องของ การสังเกต แพทเทิร์นของดาว ทิศ ระยะทาง ขนาดของภาพ สำหรับการนำไปใช้ในการดูดาวด้วยกล้องดูดาวหรือแม้กระทั่งการถ่ายรูปต่อไป

ใครอยากรู้จัก Double Cluster มากขึ้นตามลิงค์ไปได้ครับ

https://tsg2018.blogspot.com/2019/12/ngc869-ngc884-perseus-double-cluster.html

กาแลคซีที่อยู่ห่างไกลที่สุด (และการปะทุรังสีแกมมาจากมัน)

 

การสำรวจโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ในโครงการ GOODS North Survey ได้พบกาแลคซีแห่งหนึ่งที่อยู่ห่างไกลที่สุดเท่าที่เคยพบมาที่ เรดชิพท์ 11 

     ในเดือนมีนาคม 2016 นักดาราศาสตร์ได้พบกาแลคซีแห่งหนึ่งซึ่งเรียกว่า GN-z11 ว่าอยู่ห่างไกลมากกว่า(และจึงเก่าแก่มากกว่า) กาแลคซีใดๆ ที่เคยพบมา แสงจากกาแลคซีที่โตเต็มวัยแห่งนี้มีกำเนิดเมื่อเอกภพมีอายุเพียง 420 ล้านปีหลังจากบิ๊กแบงเท่านั้น เมื่อทางช้างเผือกของเราก็ยังคงอยู่ในระหว่างก่อร่างสร้างตัว

    การสำรวจติดตามผลที่รายงานใน Nature Astronomy ทีมนักดาราศาสตร์ที่ใช้กล้องโทรทรรศน์เคก 1 ได้ตรวจสอบระยะทางสู่กาแลคซีแห่งนี้ยืนยันระยะทางที่สุดขั้วของมัน ซึ่งห่างไกลจนน่าจะอยู่ที่ขอบของเอกภพที่สังเกตการณ์ได้(observable universe) เลย ทีมหวังว่าการศึกษานี้จะช่วยเปิดมุมใหม่สู่ช่วงเวลาในความเป็นมาของเอกภพเมื่อเอกภพมีอายุเพียงไม่กี่ร้อยล้านปีเท่านั้น

     Nobunari Kashikawa จากแผนกดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยโตเกียว กล่าวว่า จากการศึกษาก่อนหน้านี้ GN-z11 ดูเหมือนจะเป็นกาแลคซีที่ไกลที่สุดเท่าที่เราจะสามารถสำรวจได้ คือที่ 13.4 พันล้านปีแสง แต่การตรวจสอบและชี้ชัดระยะทางดังกล่าวไม่ใช่เรื่องง่ายเลย Kashikawa และทีมตรวจสิบสิ่งที่เรียกว่า เรดชิพท์(redshift) ของกาแลคซี ซึ่งเป็นค่าที่บอกว่าแสงถูกยืดไปมากแค่ไหน คือยิ่งมีสีแดงมากขึ้น มันก็ยิ่งเดินทางมาไกล

การตรวจสอบกาแลคซีที่กำลังก่อตัวดาวฤกษ์ใหม่ๆ มักจะเปล่งแสงอุลตราไวโอเลต(uv) ที่รุนแรง แต่ถ้ามีกลุ่มเมฆรอบๆ พื้นที่ก่อตัว ก็จะเกิดแสงดร๊อปในช่วงความยาวคลื่นที่สูงขึ้น(Lyman break) ของอุลตราไวโอเลตได้ ซึ่งดร๊อปนี้ก็สามารถสำรวจพบจากกาแลคซีที่อยู่ห่างไกลมากๆ แต่เนื่องจากการขยายตัวของเอกภพ ทำให้การดร๊อปซึ่งเกิดในช่วงความยาวคลื่นอุลตราไวโอเลต ถูกยืดออกไปจนเป็นอินฟราเรด

     สัญญาณเคมีที่จำเพาะซึ่งเรียกว่า เส้นเปล่งคลื่น จะแสดงร่องรอยที่โดดเด่นในแสงจากวัตถุไกลโพ้น ด้วยการตรวจสอบว่าสัญญาณโดดเด่นเหล่านี้ยืดไปแค่ไหน นักดาราศาสตร์ก็สามารถระบุได้ว่าแสงเดินทางมาไกลแค่ไหน ก็จะบอกระยะทางสู่กาแลคซีเป้าหมาย เราพิจารณาแสงอุลตราไวโอเลตเป็นพิเศษ ซึ่งเป็นสเปคตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าที่เราคาดว่าจะได้เห็นสัญญาณสารเคมีที่เกิดเรดชิพท์ Kashikawa กล่าว กล้องฮับเบิลตรวจพบสัญญาณนี้ในสเปคตรัม GN-z11 หลายรอบ อย่างไรก็ตาม แม้แต่ด้วยฮับเบิลก็ไม่สามารถแสดงเส้นเปล่งคลื่นอุลตราไวโอเลตในระดับที่เราต้องการได้ ดังนั้น เราจึงต้องหันไปหาสเปคโตรกราฟภาคพื้นดินที่ทันสมัยกว่าชิ้นหนึ่งซึ่งเรียกว่า MOSFIRE ที่ติดตั้งบนเคก 1 ในฮาวาย

     MOSFIRE ได้จับเส้นเปล่งคลื่นจาก GN-z11 ในรายละเอียด ซึ่งช่วยให้ทีมได้ประเมินระยะทางได้ดีขึ้นมาก ซึ่งปรับปรุงความเที่ยงตรงของค่าเรดชิพท์(z value) เพิ่มขึ้นถึงร้อยเท่า

     นอกจากจะทราบระยะทางที่แน่ชัดแล้ว ทีมยังพบบางสิ่งที่ไม่คาดคิดด้วยซึ่งรายงานในการศึกษาชิ้นที่สองเผยแพร่ในวารสารเดียวกัน ตลอดช่วง 5 ชั่วโมงที่ทำการสำรวจด้วยเคก นักดาราศาสตร์ได้สำรวจพบแสงอุลตราไวโอเลตจ้าที่พุ่งสูงขึ้นหลายร้อยเท่าเป็นช่วงเวลาสั้นๆ จาก GN-z11 Linhua Jiang ผู้นำการศึกษาจากมหาวิทยาลัยเป่ยจิง ประเทศจีน กล่าวว่า เราสังเกตว่าภาพหนึ่งในนั้นมีการปะทุที่สว่างในตำแหน่งเดียวกับกาแลคซีพอดี มันเป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจเนื่องจากวัตถุนี้สลัวอย่างมาก หนทางเดียวที่เราจะได้มันก็คือเราเจอมันพอดี และอีกไม่กี่นาทีต่อมา มันก็หายไป

     Jiang และเพื่อนร่วมงานบอกว่าแสงจ้ายูวีที่คาดไม่ถึงนี้อาจจะเป็นแสงเรืองไล่หลัง(afterglow) ของการปะทุรังสีแกมมา(gamma-ray burst; GRB) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อดาวที่มีมวลสูงมากๆ ยุบตัวลง ก่อนหน้านี้ GRB ที่มีอายุน้อยที่สุดเป็นเหตุการณ์ที่เกิดย้อนกลับไปได้ที่ 520 ล้านปีแสงหลังบิ๊กแบง เหตุการณ์ที่อายุน้อยมากๆ จะอยู่นอกเหนือข่ายการล่า GRB ของดาวเทียมอย่างหอสังเกตการณ์สวิฟท์และกล้องโทรทรรศน์อวกาศรังสีแกมมาเฟอร์มีของนาซา

Gamma-ray burst 

     ก็เป็นไปได้ที่แสงจ้านี้แท้จริงแล้วจะไม่ได้มีกำเนิดจาก GN-z11 เลย มันอาจจะมาจากบางสิ่งที่ผ่านระหว่างโลกกับกาแลคซีแห่งนี้ในเวลาเดียวกันนั้นโดยบังเอิญ ทีมจึงหาตัวการที่เป็นไปได้ทั้งหมดทั้ง ดาวเทียม, ดาวเคราะห์น้อย, การลุกจ้าของดาว(stellar flares) แม้แต่ GRB ที่เกิดขึ้นในกาแลคซีที่ใกล้กว่า ในที่สุด การคำนวณก็บอกว่าไม่น่าเป็นไปได้อย่างสูงที่แสงจ้าจะมีกำเนิดจากแห่งอื่นๆ นอกเหนือจาก GN-z11

     และสำหรับแหล่งการปะทุ นักวิจัยสามารถกำจัดซุปเปอร์โนวาหรือเหตุการณ์การรบกวนด้วยแรงโน้มถ่วง(tidal disruption event) จากหลุมดำทิ้งได้เลย ซึ่งแสงจากเหตุการณ์เหล่านั้นจะอยู่นานหลายวัน และสิ่งที่ทีมได้เห็นก็โผล่มาและหายไปในเวลาไม่ถึงสามนาที พูดอีกอย่างว่า สเปคตรัม, ความสว่าง และระยะเวลาที่เกิดเหตุการณ์ชั่วคราวนี้ ทั้งหมดสอดคล้องกับการปะทุรังสีแกมมา

     เนื่องจากการปะทุรังสีแกมมาน่าจะพบได้ยากมากๆ Jiang กล่าวว่า ความเป็นไปได้ที่จะตรวจจับการปะทุรังสีแกมมา(ในกาแลคซีแห่งหนึ่งๆ) นั้นแทบจะเป็นศูนย์ ถ้าคุณสำรวจกาแลคซีหนึ่งเป็นเวลา 1 ล้านปี ก็อาจจะได้พบ GRB เพียงสองหรือสามเหตุการณ์เท่านั้น นี่จึงเป็นเหตุผลที่น่าประหลาดใจอย่างมาก อย่างไรก็ตาม ความสว่างและความยาวนานของเหตุการณ์ก็ชี้ไปที่การปะทุรังสีแกมมา และมันอาจจะพบได้บ่อยกว่าจากยุคเวลาดังกล่าว เราอาจจะโชคดีมากๆ หรือไม่ก็ อัตราการปะทุรังสีแกมมา(ในยุคนั้น) สูงกว่าที่เราคาดไว้ Jiang กล่าว

(บน) ลูกศรชี้กาแลคซีที่ไกลโพ้นที่สุดในเอกภพ (ล่าง) เส้นเปล่งคลื่นจากคาร์บอนที่สำรวจพบในช่วงอินฟราเรด เมื่อมันออกจากกาแลคซี สัญญาณสเปคตรัมนี้เคยอยู่ในช่วงอุลตราไวโอเลตที่ 0.2 ไมครอน แต่เกิดเรดชิพท์และยืดออกไปมากกว่าสิบเท่าจนถึง 2.28 ไมครอน สเปคตรัมของ GN-z11 แสดงการเปล่งคลื่นจากคาร์บอนไอออน ซึ่งเป็นธาตุที่ไม่ควรจะมีอยู่นอกจากว่าดาวฤกษ์รุ่นก่อนหน้านั้นได้หลอมมันขึ้นมาในแกนกลางแล้ว สเปคตรัมคาร์บอนจะปรากฏในช่วงความยาวคลื่นอุลตราไวโอเลต แต่มันจะถูกยืดจากเอกภพที่กำลังขยายตัว จนเคกสำรวจมันไว้ในช่วงอินฟราเรด

     Peter Meszaros จากมหาวิทยาลัยเพนน์สเตท ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการศึกษานี้ เห็นด้วยว่าสเปคตรัมที่เห็นเป็นสิ่งที่คาดไว้จาก GRB นี่อาจจะเป็นการค้นพบที่สำคัญมากๆ เขากล่าว เมื่อคิดกันว่าการปะทุรังสีแกมมาเกิดขึ้นจากการยุบตัวจากดาวมวลสูงมาก และจากที่ GN-z11 นั้นปรากฏอยู่หลังจากบิ๊กแบงไม่นานนัก ก็คิดได้ว่า GRB จากยุคต้นเช่นนั้นน่าจะแสดงถึงการดับของหนึ่งในดาวรุ่นแรกสุดที่เรียกว่า ประชากรกลุ่ม 3(Population III stars) Bing Zhang สมาชิกทีมจากมหาวิทยาลัยเนวาดา ลาสเวกัส กล่าวว่า แต่สิ่งที่น่าสนใจอย่างแท้จริงก็คือ เราได้เห็นเส้นเปล่งคลื่นจากคาร์บอนที่รุนแรง ซึ่งหมายความว่ามันเป็นดาวรุ่นที่สอง หมายเหตุ ประชากรกลุ่มสามซึ่งเป็นดาวรุ่นแรกสุดที่ก่อตัวในเอกภพ ควรจะประกอบด้วย ไฮโดรเจนและฮีเลียมเกือบทั้งหมด ธาตุที่หนักกว่าอย่าง คาร์บอน จะถูกหลอมขึ้นภายในแกนกลางของดาวและกระจายออกเมื่อดาวระเบิด

     โชคร้ายที่การสำรวจในช่วงอุลตราไวโอเลตเพียงลำพัง ไม่เพียงพอที่จะจำแนกว่าแสงจ้านั้นเป็นการปะทุรังสีแกมมาอย่างแน่นอนหรือไม่ โอกาสที่กล้องโทรทรรศน์อื่นๆ จะมองไปที่ส่วนเดียวกันบนท้องฟ้าในเวลาเดียวกันนั้นก็มีน้อยมากๆ การค้นพบนี้ซึ่งนอกเหนือจากที่ผลักดันขีดจำกัดความสามารถในการตรวจจับ ยืนยันอายุของ GN-z11 และให้หลักฐานประชากรกลุ่มสองในช่วงเวลาเพียง 4 ร้อยล้านปีหลังจากบิ๊กแบง การค้นพบนี้ยังแง้มให้เห็นอนาคตที่น่าตื่นเต้นด้วย เมื่อเครื่องมือรุ่นต่อไปอย่างกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ น่าจะตรวจสอบวัตถุเรดชิพท์สูงยิ่งขึ้นได้ หรือบางทีอาจจะสามารถพบประชากรดาวกลุ่ม 3 แต่กว่าจะถึงเวลานั้น ความทะเยอทะยานเพื่อตรวจสอบยุคอรุณรุ่งแห่งเอกภพก็ยังคงต้องเก็บงำได้

แหล่งข่าว phys.org : the farthest galaxy in the universe
                skyandtelescope.com : astronomers find most distant gamma-ray burst yet
                newscientist.com : we may have seen a huge explosion on the oldest galaxy in the universe    

ทำนายวัฏจักรสุริยะที่ 25

 

ภาพจุดดับดวงอาทิตย์ โดยกล้องโทรทรรศน์สุริยะอิโนะเอะ

     ดวงอาทิตย์อาจจะกำลังเข้าสู่ช่วงเวลาที่วุ่นวาย จากการทำนายครั้งใหม่บอกว่า วัฏจักรกิจกรรมสุริยะของมันในช่วงสูงสุดครั้งต่อไป อาจจะเป็นกิจกรรมครั้งที่รุนแรงที่สุดครั้งหนึ่งที่เราเคยได้เห็นมา นี่เป็นการแย้งโดยตรงกับการพยากรณ์สภาวะดวงอาทิตย์อย่างที่เป็นทางการจากนาซาและ NOAA ซึ่งถ้าเกิดขึ้นจริง มันก็อาจจะยืนยันทฤษฎีหนึ่งเกี่ยวกับวัฏจักรกิจกรรมสุริยะที่นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้เวลาหลายปีเพื่อสร้างขึ้น

     จุดดับดวงอาทิตย์(sunspots) เป็นส่วนหนึ่งในวัฏจักรขึ้นและลงที่กินเวลาประมาณ 11 ปีซึ่งถูกสำรวจมาตั้งแต่ปี 1610 แล้ว เป็นหนึ่งในชุดข้อมูลที่เก่าแก่ที่สุดเท่าที่มนุษยชาติเคยทำมา Dean Pesnell จากศูนย์การบินอวกาศกอดดาร์ดของนาซา ผู้เชี่ยวชาญวัฏจักรสุริยะ(solar cycle) กล่าว วัฏจักรจุดดับเองก็เป็นเพียงครึ่งเดียวของวัฏจักรแม่เหล็กเต็มๆ ที่เรียกว่า วัฏจักรเฮล(Hale cycle) ซึ่งสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์จะเปลี่ยนจนเป็นวัฏจักรครบถ้วนสมบูรณ์ในช่วงเวลา 22 ปี     

     แม้เราจะพอทราบช่วงเวลาของวัฏจักรจุดดับดวงอาทิตย์แบบคร่าวๆ ได้ แต่นักวิทยาศาสตร์อับจนปัญญาที่จะทำนายความรุนแรง(magnitude) ของวัฏจักรจุดดับดวงอาทิตย์ เนื่องจากเราขาดแคลนความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับกลไกที่ขับดันวัฏจักรนั้น Scott McIntosh นักฟิสิกส์สุริยะที่ศูนย์เพื่องานวิจัยชั้นบรรยากาศแห่งชาติ(NCAR) สหรัฐฯ ผู้นำการศึกษานี้ กล่าว ถ้าการทำนายของเราได้รับการพิสูจน์ว่าถูกต้อง เราก็จะมีหลักฐานว่ากรอบงานของเราเพื่อความเข้าใจเครื่องจักรแม่เหล็กภายในของดวงอาทิตย์นั้นมาถูกทางแล้ว

Anatomy of the Sun

     ระดับกิจกรรมของดวงอาทิตย์นั้นแท้จริงแล้วค่อนข้างแปรปรวน และวัฏจักรกิจกรรมของมันก็ขึ้นอยู่กับสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ ทุกๆ 11 ปี ขั้ว(แม่เหล็ก) ดวงอาทิตย์จะกลับทิศ ใต้กลายเป็นเหนือและเหนือกลายเป็นใต้ ยังคงไม่แน่ชัดว่าอะไรที่ผลักดันวัฏจักรเช่นนี้ แต่เราก็ทราบว่าขั้ว(แม่เหล็ก) สับเปลี่ยนเมื่อสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์อยู่ในจุดที่อ่อนแรงที่สุด

     เนื่องจากสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์นั้นควบคุมกิจกรรม ทั้ง จุดดับดวงอาทิตย์(พื้นที่ที่มีสนามแม่เหล็กรุนแรงเป็นการชั่วคราว), การลุกจ้าของดวงอาทิตย์(solar flare) และการผลักมวลจากชั้นโคโรนา(coronal mass ejection ซึ่งเกิดจากเส้นแรงสนามแม่เหล็กขาดออกและเชื่อมต่อกันใหม่อีกครั้ง) สถานะในวัฏจักรเหล่านี้จะไม่ปรากฏในช่วงเวลาที่มีกิจกรรมเบาบางที่สุด ซึ่งจะเรียกว่า solar minimum

     และเมื่อขั้วเปลี่ยนย้ายแล้ว สนามแม่เหล็กจะรุนแรงมากขึ้น และกิจกรรมสุริยะเช่นข้างต้นก็จะเกิดจนถึงระดับสูงสุด(solar maximum) ก่อนจะหดหายลงเข้าสู่การเปลี่ยนย้ายขั้วครั้งต่อไป โดยรวมแล้ว เราตามรอยช่วงกิจกรรมเบาบางที่สุดโดยการจับตาดูกิจกรรมสุริยะอย่างระมัดระวังและทราบความจริงหลังจากที่เกิดขึ้นแล้ว ด้วยตรรกะนี้ ช่วงกิจกรรมเบาบางที่สุดครั้งล่าสุดจึงเกิดขึ้นเมื่อเดือนธันวาคม 2019 และขณะนี้ เรากำลังอยู่ในวัฏจักรสุริยะที่ 25 นับตั้งแต่มีการบันทึกเป็นต้นมา กำลังมุ่งหน้าสู่ช่วงที่มีกิจกรรมรุนแรงที่สุด

ภาพแสงช่วงตาเห็นโดย Solar Dynamics Observatory ของนาซาแสดงดวงอาทิตย์ในช่วงกิจกรรมเบาบางที่สุด(solar minimum) ในเดือนธันวาคม 2019 และช่วงกิจกรรมรุนแรงที่สุด(solar maximum) ในเดือนเมษายน 2014 

      จากนาซาและ NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration) คาดว่าช่วงกิจกรรมรุนแรงที่สุดนี้จะเกิดขึ้นแบบเงียบเชียบ โดยมีจุดดับมากที่สุดราว 115 แห่งในช่วงเดือนกรกฎาคม 2025 ซึ่งค่อนข้างใกล้เคียงกับวัฏจักรสุริยะที่ 24 ซึ่งมีจุดดับมากที่สุดที่ 116 แห่ง แต่ McIntosh และเพื่อนร่วมงานเชื่อในสิ่งที่แตกต่างออกไป ในปี 2014 เขาและเพื่อนร่วมงานได้เผยแพร่รายงานฉบับหนึ่งที่อธิบายการสำรวจดวงอาทิตย์ในวัฏจักรเฮล 22 ปี ซึ่งคิดกันมานานแล้วว่าเป็นวัฏจักรแม่เหล็กสุริยะแบบเต็ม เมื่อขั้วย้ายกลับสู่ตำแหน่งเริ่มต้นของพวกมัน แต่ McIntosh สังเกตเห็นบางสิ่งที่น่าสนใจ ตลอดช่วงราว 20 ปี มีการกระพริบของรังสีอุลตราไวโอเลตสุดขั้วในชั้นบรรยากาศดวงอาทิตย์ที่เรียกว่า coronal bright points ซึ่งดูเหมือนจะเคลื่อนที่จากขั้วไปสู่ศูนย์สูตร และไปเจอกันตรงกลาง การเคลื่อนที่ของจุดสว่างเหล่านี้ข้ามละติจูดกลางในระยะเวลาราว 20 ปี ดูจะเกี่ยวข้องกับกิจกรรมจุดดับโดยบังเอิญ

     McIntosh เชื่อว่าจุดสว่างยูวีเหล่านี้เป็นตัวระบุการเดินทางของแถบของสนามแม่เหล็กที่ห่อไปรอบๆ ดวงอาทิตย์ ซึ่งคืบคลานจากขั้วทั้งสองเข้าหาศูนย์สูตรในทุกๆ 11 ปีโดยประมาณ เนื่องจากพวกมันมีองศาการบิดระนาบแสง(polarity) ที่ตรงกันข้ามกัน เมื่อพวกมันมาบรรจบที่ตรงกลางจะหักล้างกันจนหมด เป็นสิ่งที่นักวิจัยเรียกว่า terminator เหตุการณ์การกำจัดผลเหล่านี้จะเป็นจุดสิ้นสุดของวัฏจักรแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ 22 ปี และเป็นการเริ่มวัฏจักรต่อไป

     ในขณะที่แถบที่มีประจุตรงกันข้ามชุดหนึ่งกำลังเดินทางไปได้ครึ่งทางสู่การปะทะที่ศูนย์สูตร แถบชุดที่สองก็ปรากฏขึ้นที่ละติจูดสูงและเริ่มเดินทางตามมา แต่บางครั้งพวกมันก็ไม่ได้ใช้เวลาที่เท่าๆ กัน บางครั้งแถบเหล่านั้นก็เคลื่อนช้าลงเมื่อมาถึงละติจูดกลางๆ ซึ่งหมายความว่าความยาวของระยะเวลาระหว่างเหตุการณ์การกำจัดผลแต่ละครั้งก็จะแปรผันด้วย และทีมก็พบว่ามีความเกี่ยวข้องระหว่างความยาวของเวลาระหว่างการกำจัดผลแต่ละครั้ง กับความเข้มของช่วงกิจกรรมรุนแรงที่สุดในวัฏจักรต่อมา Bob Leamon จากมหาวิทยาลัยมารีแลนด์ บัลติมอร์ กล่าวว่า เมื่อเรามองย้อนไปตลอดบันทึกการสำรวจช่วงเวลาการกำจัดผลที่นาน 270 ปี เราก็เห็นว่าเวลาระหว่างการกำจัดผลแต่ละครั้งยิ่งนานขึ้นเท่าใด วัฏจักรต่อไปก็ยิ่งอ่อนแรงเพิ่มขึ้นด้วย และในทางตรงกันข้าม ถ้าใช้เวลาสั้นลง วัฏจักรสุริยะถัดไปก็มีความรุนแรงมากขึ้น

ซ้าย: แถบแม่เหล็กซึ่งมีขั้วที่ต่างกันเดินทางจากส่วนขั้วของดวงอาทิตย์ เข้าหาศูนย์สูตร ซึ่ง แถบเหล่านี้โดยปกติจะใช้เวลาใกล้เคียงกันมาพบกันที่ศูนย์สูตรเพื่อหักล้างผล(ขวา) ซึ่งจะกลายเป็นการสิ้นสุดวัฏจักรสุริยะ แต่บางครั้ง แถบอาจเคลื่อนที่ช้าจนหักล้างผลไม่หมดซึ่งจะเป็นผลสืบต่อไปถึงวัฏจักรสุริยะครั้งถัดไปที่จะอ่อนแรงลง

     ช่วงเวลาที่ยาวที่สุดที่บันทึกไว้ระหว่างช่วงเวลาการกำจัดผล ก็คือ วัฏจักรสุริยะที่ 4 ซึ่งเริ่มด้วยการกำจัดผลในปี 1786 และจบด้วยการกำจัดผลในปี 1801 ก็คือยาวนาน 15 ปี มันก็ตามด้วยวัฏจักรสุริยะที่ 5 ช่วงกิจกรรมเบาบางที่สุดครั้งใหญ่ดัลตัน(Dalton Grand Minimum) ซึ่งช่วงกิจกรรมรุนแรงที่สุดมีจุดดับเพียง 82 จุดเท่านั้น ซึ่งยาวนานเกือบ 14 ปี และพบจุดดับ 81 จุดในวัฏจักรที่ 6

     แต่วัฏจักรที่สั้นลง(คือพวกที่สั้นกว่า 11 ปี) จะตามมาด้วยช่วงกิจกรรมรุนแรงที่สุดที่มีจุดดับมากเกิน 200 จุด จากตรรกะนี้ วัฏจักรสุริยะที่ 23 ซึ่งค่อนข้างนานโดยเริ่มในปี 1998 และจบในปี 2011 อีกเกือบ 13 ปีต่อมา และวัฏจักรที่ 24 ซึ่งก็เงียบเชียบกว่าวัฏจักรก่อนหน้านี้ แต่วัฏจักรกลับสั้น ไม่ถึง 10 ปี ถ้าการวิเคราะห์ของทีมถูกต้อง เราก็น่าจะได้เห็นจุดดับจำนวนมากระหว่าง 210 ถึง 260 แห่ง ในช่วงกลางทศวรรษ 2020 ซึ่งก็มีทางเดียวที่จะรู้คือ เราก็ต้องรอและเฝ้าดู

     Lisa Upton จากบริษัทวิจัยระบบอวกาศซึ่งเป็นประธานร่วมคณะกรรมการ บอกว่าเธอและคนอื่นๆ ตระหนักถึงการใช้ข้อได้เปรียบจากแบบจำลองที่มีพื้นฐานทางฟิสิกส์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ใช้การตรวจสอบสนามแม่เหล็กที่ขั้วดวงอาทิตย์มาคำนวณร่วมในแบบจำลอง สนามที่ขั้วเหล่านี้ดูเหมือนจะเป็น “เมล็ดพันธุ์” ของกิจกรรมแม่เหล็กตลอดวัฏจักรถัดไป เราให้น้ำหนักกับการทำนายเหล่านี้สูงอยู่ เธอกล่าว เราทั้งหมดรู้สึกว่าแบบจำลองที่มีพื้นฐานจากฟิสิกส์ดูมีความเที่ยงตรงสูงที่สุด ข้อสงสัยว่าสนามที่ขั้วดวงอาทิตย์เป็นปัจจัยที่ส่งผลรุนแรงต่อกิจกรรมโดยตรงของดวงอาทิตย์ เป็นหนึ่งในแรงผลักดันปฏิบัติการ โซลาริส(Solaris) ซึ่งเป็นปฏิบัติการของนาซาที่ล่าสุดถูกเลือกเพื่อการศึกษาแนวคิด โซลาริสน่าจะให้มุมมองที่ไม่เห็นมาก่อนของขั้วดวงอาทิตย์ แม้ว่ายาน Solar Orbiter ขององค์กรอวกาศยุโรป ก็จะให้มุมมองคล้ายๆ กันในปี 2025  

ภาพโคโรนา(corona; ชั้นบรรยากาศดวงอาทิตย์) ส่วนล่างซึ่งแสดงกิจกรรมดวงอาทิตย์เปลี่ยนแปลงไปตามเวลา ในวัฏจักร 11 ปีที่แสดงตามภาพนี้ แท้จริงแล้วเป็นเพียงครึ่งเดียวของวัฏจักรแม่เหล็กเต็มวงจรที่เรียกว่า วัฏจักรเฮล

     McIntosh และทีมเชื่อมั่นในการแปลผลกิจกรรมดวงอาทิตย์ของพวกเขา และถ้าพวกเขาถูก ก็จะช่วยให้เรามีชุดเครื่องมือชุดใหม่เอี่ยมในการเข้าใจว่าดวงอาทิตย์ทำงานอย่างไร เมื่อคุณจำแนกการกำจัดผลได้ในบันทึกประวัติศาสตร์ ก็จะเห็นรูปแบบปรากฏขึ้น McIntosh กล่าว วัฏจักรสุริยะที่ 25 ซึ่งอ่อนแรงตามที่ประชาคมได้ทำนายไว้ ในจุดนี้น่าจะเป็นสิ่งที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิงกับที่ข้อมูลที่แสดงให้เราเห็น งานวิจัยนี้เผยแพร่ใน Solar Physics

แหล่งข่าว sciencealert.com : our Sun has entered a new cycle, and it could be one of the strongest ever recorded
               sciencedaily.com : new Sunspot cycle could be one of the strongest on record, new research predicts
                skyandtelescope.com : will the next solar cycle surprise us?