ข้อโต้แย้งเรื่องฟอสฟีนบนดาวศุกร์

 

     นับตั้งแต่มีการประกาศการค้นพบสารเคมีที่มีชื่อว่า ฟอสฟีน(phosphine) บนดาวศุกร์ในเดือนกันยายนปีที่แล้วเป็นต้นมา ประชาคมวิทยาศาสตร์ก็แสดงความกังขา นักวิทยาศาสตร์ได้เผยแพร่รายงานมาเรื่อยๆ พยายามที่จะหาคัดค้านหรือสนับสนุนคำกล่าวอ้างนี้ และด้วยรายงานใหม่สองฉบับ มีทั้งการย้ำว่าได้ตรวจพบฟอสฟีนอย่างแน่นอน แต่การตรวจจับดังกล่าวก็ยังถูกสอบสวนและยกมาถกเถียงกัน จริงๆ เกิดอะไรบ้างมาติดตามกัน

ฟอสฟีนบนดาวศุกร์สำคัญอย่างไร

     การค้นพบฟอสฟีนเองก็เป็นเรื่องที่สร้างความประหลาดใจ ด้วยการใช้เครื่องมือ 2 ชนิดในช่วงเวลาที่แตกต่างกัน 2 ช่วง คือ กล้องโทรทรรศน์เจมส์ เคิร์ก มักซ์เวลล์(JCMT) ในปี 2017 และเครือข่ายขนาดใหญ่มิลลิเมตร/เสี้ยวมิลลิเมตรอะตาคามา(ALMA) ในปี 2019 ทีมที่นำโดยนักดาราศาสตร์ชีววิทยา Jane Greaves จากมหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์ในสหราชอาณาจักร ได้ตรวจจับสัญญาณสเปคตรัมของสารเคมีที่มีชื่อว่า ฟอสฟีน(phosphine) ในชั้นบรรยากาศดาวศุกร์ ด้วยปริมาณ 20 ส่วนในหนึ่งพันล้านส่วน การค้นพบเผยแพร่ใน Nature Astronomy

     ฟอสฟีนเองก็พบได้บนโลกเช่นกัน และยังพบได้มากในระบบนิเวศที่มีออกซิเจนต่ำ(anaerobic) พบได้ในหนองน้ำและน้ำเสียซึ่งจะมีจุลชีพที่ไม่ใช้ออกซิเจนอาศัยอยู่ นอกจากนี้ยังพบได้ในลำไส้ และผายลม บางครั้ง จุลชีพแบบไม่ต้องการออกซิเจนก็สร้างฟอสฟีนขึ้นมา และเมฆของดาวศุกร์ก็เป็นแบบไม่มีออกซิเจน แม้ว่า Greaves และทีมของเธอจะกำจัดความเป็นไปอื่นที่ฟอสฟีนในชั้นบรรยากาศดาวศุกร์จะถูกสร้างโดยกระบวนการอชีวภาพออกไปได้ แต่พวกเขาก็เตือนอย่างระมัดระวังว่าอาจมีวิถีอื่นที่สารเคมีนี้จะปรากฏขึ้น ยกตัวอย่างเช่น ในภูเขาไฟบนโลกก็สร้างฟอสฟีนขึ้น และเราก็มีหลักฐานว่าดาวศุกร์ยังคงมีกิจกรรมภูเขาไฟอยู่(มีรายงานอีกฉบับที่พบว่ากำเนิดฟอสฟีนดาวศุกร์จากภูเขาไฟ)

     ไม่ว่าจะมาแบบใด การตรวจจับนี้ก็ยังน่าประทับใจ แต่การเอ่ยอ้างถึงกำเนิดทางชีวภาพได้สร้างข้อสงสัยมากมาย และมีการวิเคราะห์ติดตามผลจากนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ

      เริ่มจาก ทีมนักวิทยาศาสตร์ทีมหนึ่งได้พิจารณาข้อมูลดาวศุกร์ที่บันทึกไว้ และพบว่ายานไพโอเนียร์(Pioneer) ก็เคยตรวจจับฟอสฟีนได้ย้อนไปถึงปี 1978 แต่รายงานฉบับนี้ยังไม่ได้ถูกตีพิมพ์ อีกงานซึ่งเสนอต่อวารสาร Science และยังไม่ได้ผ่านพิชญพิจารณ์(peer-reviewed) อ้างว่าได้ตรวจพบกรดอะมิโนไกลซีน(glycine) ซึ่งเป็นสารตั้งต้นของโปรตีน บนดาวศุกร์ด้วย

     นักวิทยาศาสตร์คนอื่นเมื่อพิจารณาข้อมูล ก็มีรายงาน 3 ฉบับ ฉบับหนึ่งเผยแพร่ใน Astronomy & Astrophysics ตรวจสอบข้อมูล ALMA, อีกทีมเผยแพร่ใน Monthly Notices of the Royal Astronomical Society จากข้อมูลของ JCMT และอีกฉบับวิเคราะห์ข้อมูลทั้งสองชุดซ้ำและยังคงรอพิชญพิจารณ์อยู่ ซึ่งทั้งหมดรายงานว่าไม่พบฟอสฟีนอย่างมีนัยสำคัญในชั้นบรรยากาศดาวศุกร์

     จากนั้นจึงดูจะเป็นเหมือนความผิดพลาดกับการประมวลผลข้อมูลจากการสำรวจของ ALMA Greaves จึงร้องขอให้ประมวลข้อมูลใหม่ และข้อมูลใหม่ก็เผยแพร่ในเดือนพฤศจิกายน 2020 เธอและทีมวิเคราะห์ข้อมูลใหม่ และพบว่าพวกเขาก็ยังคงตรวจสอบฟอสฟีนบนดาวศุกร์ได้ แต่ด้วยปริมาณที่ต่ำลง คือทั่วดาวเคราะห์มีระดับเฉลี่ยที่ 1 ถึง 4 ส่วนในหนึ่งพันล้านส่วน โดยบางจุดอาจจะมีสูงในระดับ 5 ถึง 10 ส่วนในหนึ่งพันล้านส่วน(ppb)

      เนื่องจากซัลเฟอร์ไดออกไซด์และฟอสฟีนต่างก็ดูดกลืนคลื่นใกล้กับความถี่ 266.94 กิกะเฮิร์ตซ์ นักวิจัยบางคนจึงบอกว่า Greaves และทีมอาจจะตรวจจับซัลเฟอร์ไดออกไซด์(ซึ่งก็มีกำเนิดจากกิจกรรมภูเขาไฟเช่นกัน) ไม่ใช่ฟอสฟีน ในรายงานฉบับใหม่ Greaves และทีมได้กำจัดความเป็นได้ของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ออกไป โดยเส้นสเปคตรัมดูดคลื่น(absorption line) ที่แปรผลว่าเป็นร่องรอยทางเคมีของฟอสฟีนนั้น กว้างเกินกว่าจะมาจากซัลเฟอร์ไดออกไซด์ และซัลเฟอร์ไดออกไซด์บนดาวศุกร์ก็ไม่ได้มีปริมาณมากพอที่จะสร้างสัญญาณที่สำรวจได้ และรายงานฉบับที่สามของทีม Greaves ก็ตามมา

จากการค้นพบเดิมบอกว่า ฟอสฟีน น่าจะอยู่ในชั้นเมฆที่ระดับความสูงระหว่าง 50 ถึง 60 กิโลเมตร

     มีรายงานล่าสุดอีก 2 ฉบับ ฉบับหนึ่งเผยแพร่ใน Astrophysical Journal Letters และอีกฉบับตอบรับเผยแพร่ใน Astrophysical Journal Letters ได้กลับไปวิเคราะห์ข้อมูลใหม่ รายงานทั้งสองฉบับค้านการค้นพบฟอสฟีน รายงานฉบับแรกได้วิเคราะห์ข้อมูลทั้งสองชุดของ ALMA เสียใหม่ ทั้งก่อนและหลังจากมีการประมวลข้อมูลใหม่ ทีมพบเส้นสเปคตรัมที่ 299.64 GHz ในชุดข้อมูลแรก แต่ไม่พบสัญญาณอย่างมีนัยสำคัญในชุดหลังมีการประมวลใหม่ พวกเขายังพบว่ากำมะถันไดออกไซด์น่าจะมีอยู่อย่างน้อย 10 ppb และ ALMA ตรวจไม่พบ ซึ่งบอกว่ามันน่าจะมีอยู่มากกว่าที่ Greaves และทีมคิดไว้

     รายงานฉบับที่สอง ทีมที่นำโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยวอชิงตันใช้ข้อมูลจากการสำรวจดาวศุกร์หลายสิบปีเพื่อทำแบบจำลองสภาวะในชั้นบรรยากาศดาวศุกร์ และตรวจสอบว่าฟอสฟีนและกำมะถันไดออกไซด์น่าจะมีพฤติกรรมอย่างไรในแต่ละระดับของชั้นบรรยากาศดาวศุกร์ สัญญาณของพวกมันเมื่อ JCMT และ ALMA ตรวจพบน่าจะมีสภาพเช่นไร พวกเขาพบว่าสัญญาณที่ 299.64 GHz สอดคล้องอย่างดีเยี่ยมกับกำเนิดที่ระดับความสูงราว 80 กิโลเมตร เหนือแถบเมฆ แทนที่จะเป็น 50 ถึง 60 กิโลเมตรตามที่ Greaves และทีมเสนอไว้ ที่ระดับความสูงขนาดนี้ การแผ่รังสีอุลตราไวโอเลตน่าจะฉีกโมเลกุลฟอสฟีนในเวลาเพียงไม่กี่วินาที ถ้ามีการเติมฟอสฟีนขึ้นสู่ระดับความสูงดังกล่าว อัตราการเติมจะต้องสูงประมาณ 1 ร้อยเท่าของที่การสังเคราะห์แสงบนโลกส่งออกซิเจนขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศ ดังนั้นคำอธิบายที่ดีที่สุดก็น่าจะไปตกที่กำมะถันไดออกไซด์แทน พวกเขาสรุปไว้

      การค้นพบอื่นก็คือทีมคิดว่าข้อมูล ALMA น่าจะประเมินปริมาณของกำมะถันไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศดาวศุกร์ต่ำเกินไป ซึ่งทำให้เกิดความเข้าใจผิดว่าสัญญาณ JMCT เกือบทั้งหมดน่าจะมาจากฟอสฟีน การเรียงตัวของจานรับสัญญาณของ ALMA ในช่วงปี 2019 ที่ทำการสำรวจนั้นมีผลข้างเคียงที่ไม่เป็นที่ปรารถนา สัญญาณจากก๊าซซึ่งสามารถพบได้เกือบทั่วทุกแห่งหนในชั้นบรรยากาศดาวศุกร์อย่างกำมะถันไดออกไซด์ กลับให้สัญญาณที่อ่อนกว่าก๊าซที่กระจายอยู่ในพื้นที่ที่แคบกว่า Alex Akin ผู้เขียนร่วมจากห้องทดลองไอพ่นขับดัน(JPL) กล่าว ปรากฏการณ์ที่เรียกว่า spectral line dilution  

     แล้วจะสรุปได้หรือยัง? ยังไม่ใกล้เคียงเลย สำหรับผู้เริ่มเรียนรู้ Greaves และทีมน่าจะมีปฏิกิริยาตอบสนองกับรายงานใหม่ทั้งสองฉบับนี้ ซึ่งก็จะยิ่งกระตุ้นให้เกิดการตอบสนองเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ด้วยแบบจำลองเสมือนจริงและแบบจำลองเพิ่มขึ้นมา และอาจจะแม้แต่การทดลองเพื่อตรวจสอบความเป็นไปได้และความน่าจะเป็นต่างๆ นอกจากนี้ เรายังไม่เห็นจุดที่จะสรุปได้เลย เป็นไปได้ว่าทางเดียวที่เราจะทำให้การโต้แย้งนี้หยุดลงก็คือ ด้วยการทำการสำรวจในรายละเอียดให้มากขึ้นด้วยเครื่องมือที่ทรงพลังมากขึ้น ซึ่งเราคงต้องรออีกพักใหญ่ๆ มีปฏิบัติการสู่ดาวศุกร์ที่เสนอขึ้นมา แต่ก็ยังต้องรั้งรอเวลาอีกนานระหว่างช่วงเสนอ กับการตัดสิน

     อย่างไรก็ตาม นั้นก็เป็นส่วนที่ดีที่สุดของวิทยาศาสตร์ ระหว่างถูกกับผิด ไม่ว่าจะมีฟอสฟีนบนดาวศุกร์หรือไม่ นักวิทยาศาสตร์ก็จะใช้ความคิดสร้างสรรค์เพื่อพยายามหาคำตอบ ซึ่งจะนำไปสู่การปรับปรุงเทคนิคและเครื่องมือในการวิเคราะห์ และสุดท้าย เราจะได้เรียนรู้ความจริง และไม่ว่าความจริงจะเป็นเช่นไร มันจะสอนสิ่งใหม่ๆ เกี่ยวกับเอกภพนี้ให้แก่เรา

 

แหล่งข่าว sciencealert.com – fact check: what’s going on with that phosphine detection on Venus?
                 iflscience.com – sulfur dioxide not phosphine may explain that mysterious atmospheric signature on Venus

                Sciencedaily.com – purported phosphine on Venus more likely to be ordinary sulfur dioxide

R Leporis

 

“ดู "อาร์ลีปุริส" สิ” ครูดูดาวของผมแนะนำระหว่างที่กำลังหมุนซ้ายหมุนขวาเพราะไม่รู้จะดูอะไรดี

เปิดแผนที่กลุ่มดาวลีปุสหรือกระต่ายป่ามองเห็นเด่นชัด อาร์ลีปุริสมีชื่อแปลกๆกำกับอยู่ Hind’s Crimson Star

ผมไม่เคยรู้จักดาวดวงนี้มาก่อนจนกระทั่งวันนี้ ดาวที่มีสีแดงเข้มที่สุดบนฟ้า...

ใช้เวลาหาอยู่ครู่หนึ่งบนท้องฟ้าก็พบดาวสีแดงก่ำคล้ายทับทิมไร้ประกาย บางคนก็บอกว่าเหมือนหยดเลือดหยดเล็กๆที่ใครสักคนทำหยดไว้ ดูแปลกประหลาดกว่าดาวทุกดวงที่เคยเห็น

ดาวดวงนี้ค้นพบโดย J.R. Hind เมื่อปี 1845 เลยได้รับเกียรติตั้งชื่อว่า “Hind’s Crimson Star” หรือ “ดาวสีแดงเข้มของไฮด์”

แล้วทำไมถึงมีสีแดงเข้มแบบนี้?

ดาวที่มีสีแดงไปจนถึงสีส้มมีอยู่หลายดวงที่รู้จักกันดีอย่างเช่น บีเทลจูส แอนทาเรส อันเดอร์บารัน ดาวสีแดงอยู่ในช่วงวาระสุดท้ายของชีวิต เรียกกันว่าดาวยักษ์แดง

ผิวของดาวจะพองแล้วก็ยุบเป็นรอบ ความสว่างก็มีการเปลี่ยนแปลง ดวงอาทิตย์ของเราเองต่อไปก็จะกลายเป็นดาวยักษ์แดง คาดกันว่าขอบเขตของดวงอาทิตย์จะขยายออกไปจนใกล้เนปจูนโน่นเลย

ในบรรดาดาวยักษ์แดงทั้งหลายจะมีบางดวงที่ในชั้นบรรยากาศมีธาตุคาร์บอนมากกว่าออกซิเจน และธาตุคาร์บอนนี่เองที่เป็นสาเหตุให้ดาวยักษ์แดงกลุ่มนี้มีสีแดงเข้มกว่าปกติ เพราะโดยธรรมชาติคาร์บอนดูดซับแสงสีน้ำเงินไว้หมด เหลือแต่สีแดงที่ผ่านออกมา

ดาวคาร์บอนที่มีสีแดงเข้มแบบนี้เป็นของหายากบนฟ้า มีไม่กี่ดวง ดวงที่สีเข้มที่สุดและอยู่ใกล้เราที่สุดก็คือ R Leporis ดวงนี้นี่เอง

เคยดูจากบางพลีด้วย Borg 101ED ถึงจางสักหน่อยแต่ก็มองเห็นครับ

คลิกภาพเพื่อขยาย

Name: Hind’s Crimson Star 
Catalog Numbers: R Leporis  
Type: Carbon Variable Star 
Visual Magnitude: 5.5-11.7 
Constellation: Lepus 
Distance: 1300 ly 

Coordinates:

RA: 05h 00’ 25.71” 
Dec: -14°46’ 54.5’

ว่าที่ดาวเคราะห์อีกดวงในระบบอัลฟา เซนทอไร

 

     การศึกษาใหม่รายงานว่า ระบบสุริยะที่อยู่ใกล้ระบบของเรามากที่สุด แท้จริงแล้วอาจจะมีดาวเคราะห์ที่เกื้อหนุนชีวิตได้ถึงสองดวง

     ในปี 2016 นักวิทยาศาสตร์ได้พบพิภพขนาดพอๆ กับโลกโคจรรอบ พรอกซิมา เซนทอไร(Proxima Centauri) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งในระบบไตรดารา อัลฟา เซนทอไร(Alpha Centauri system) ซึ่งอยู่ห่างออกไปประมาณ 4.37 ปีแสงจากโลก ดาวเคราะห์ซึ่งเรียกกันว่า Proxima b โคจรอยู่ในเขตเอื้ออาศัยได้(habitable zone) ซึ่งเป็นช่วงระยะทางจากดาวฤกษ์แม่ที่อาจจะมีน้ำของเหลวอยู่บนพื้นผิวดาวเคราะห์หินได้ หมายเหตุ รอบดาวฤกษ์นี้ยังพบดาวเคราะห์ดวงที่สอง Proxima c โคจรไกลออกมาเลยขอบนอกของเขตเอื้ออาศัยได้

      เป็นที่โต้เถียงกันเกี่ยวกับความสามารถในการเอื้ออาศัยได้ที่แท้จริงของ Proxima b อย่างไรก็ตาม จากที่ดาวฤกษ์แม่ของมันเป็นดาวแคระแดง(red dwarf) ซึ่งแม้จะเป็นดาวฤกษ์ชนิดที่พบได้มากที่สุดในทางช้างเผือก มีขนาดที่เล็กและมืด ดังนั้น เขตเอื้ออาศัยได้ของพวกมันจะต้องอยู่ใกล้อย่างมากๆ จนในความเป็นจริง ดาวเคราะห์ที่อยู่ในเขตดังกล่าวน่าจะถูกแรงบีบฉีกล๊อค(tidal lock) จนหันด้านเดียวด้านเดิมเข้าหาดาวฤกษ์แม่ เหมือนอย่างที่ดวงจันทร์หันด้านใกล้เข้าหาโลกอยู่เสมอ นอกจากนี้ ดาวแคระแดงยังเป็นดาวอารมณ์รุนแรงมีการลุกจ้าบ่อยครั้งโดยเฉพาะเมื่อยังอายุน้อย ดังนั้นจึงไม่แน่ชัดว่าพิภพในเขตเอื้ออาศัยได้ของแคระแดงจะยืดจับชั้นบรรยากาศไว้ได้นานนัก

      อย่างไรก็ตาม ดาวฤกษ์อีกสองดวงในระบบไตรดาราแห่งนี้ มีลักษณะคล้ายกับดวงอาทิตย์ เป็นดาวฤกษ์คู่ที่เรียกว่า Alpha Centauri A และ B ซึ่งโคจรรอบกันและกัน รอบจุดศูนย์กลางมวลร่วม และจากการวิจัยใหม่ที่เผยแพร่ออนไลน์วันที่ 10 กุมภาพันธ์ ในวารสาร Nature Communications บอกว่า A เองยังมีดาวเคราะห์ในเขตเอื้ออาศัยได้ของมันเอง การศึกษาได้นำเสนอผลสรุปจาก NEAR(Near Earths in the Alpha Cen Region) ซึ่งเป็นโครงการมูลค่า 3 ล้านดอลลาร์ที่นำโดยหอสังเกตการณ์ทางใต้ของยุโรป(ESO) และ Breakthrough Watch ซึ่งเป็นโครงการที่ตามล่าหาพิภพที่คล้ายกับโลกรอบดาวฤกษ์ใกล้ๆ

ซ้าย-ท้องฟ้าบริเวณใกล้ๆ กลุ่มดาวคนครึ่งม้า(Centaurus) เหนือ VLT ขวา-ภาพมุมกว้างแสดงสมาชิกในระบบ อัลฟา เซนทอไร(Alpha Centauri) ซึ่งประกอบด้วยดาวฤกษ์คู่ Alpha Centauri A และ B ซึ่งอยู่ใกล้กันจนแยกไม่ออกในภาพ และ Alpha Centauri C หรือ Proxima Centauri ซึ่งโคจรรอบดาวคู่นี้ห่างออกมา แต่ใกล้ระบบสุริยะมากกว่า 

     NEAR ได้สำรวจหาดาวเคราะห์ในเขตเอื้ออาศัยได้ของ Alpha Cen A และ B โดยใช้ VLT ในชิลี ทีม NEAR ได้อัพเกรด VLT ด้วยเทคโนโลจีใหม่มากมาย ซึ่งรวมถึงโคโรนากราฟความร้อน(thermal coronagraph) ซึ่งเป็นเครื่องมือที่ออกแบบมาให้กันแสงของดาวฤกษ์ และปล่อยให้พบสัญญาณความร้อนของดาวเคราะห์ในวงโคจร หลังจากวิเคราะห์ข้อมูล 100 ชั่วโมงที่รวบรวมได้จาก NEAR ในเดือนพฤษภาคมและมิถุนายน 2019 นักวิทยาศาสตร์ก็ได้ตรวจสอบร่องรอยความร้อนในเขตเอื้ออาศัยได้ของ Alpha Cen A สัญญาณอาจจะเป็นพิภพขนาดพอๆ กับเนปจูน ซึ่งโคจรที่ระยะทางระหว่าง 1 ถึง 2 เท่าระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์(astronomical unit; AU)

     แต่ดาวเคราะห์นั้นก็ยังไม่ได้รับการยืนยันแต่อย่างใด ยังเป็นแค่เพียงว่าที่เท่านั้นในขณะนี้ เราต้องประหลาดใจที่ได้พบสัญญาณในข้อมูลของเรา ในขณะที่การตรวจสอบก็บรรลุถึงข้อแม้ทุกอย่างว่าดาวเคราะห์จะมีสภาพอย่างไร แต่ก็ยังต้องหาทางกำจัดคำอธิบายทางเลือกอื่นๆ เช่น ฝุ่นที่โคจรรอบดาวฤกษ์ภายในเขตเอื้ออาศัยได้ หรือเป็นแค่ความผิดพลาดของเครื่องมือจากแหล่งที่ไม่ทราบกำเนิด Kevin Wagner ผู้เขียนนำการศึกษา จากมหาวิทยาลัยอริโซนา กล่าวในแถลงการณ์     

      การวินิจฉัยอาจจะต้องใช้เวลาและต้องการการมีส่วนร่วมจากประชาคมวิทยาศาสตร์มากขึ้น Wagner กล่าว ส่วนผู้เขียนร่วมการศึกษา Pete Klupar บอกว่าเขาหวังว่าผลสรุปใหม่จะเป็นแรงบันดาลใจให้กับนักดาราศาสตร์เพื่อศึกษาระบบอัลฟา เซนทอไร ในรายละเอียดที่สูงยิ่งขึ้น ทั้งจากโครงงานสำรวจใหม่ๆ และการตรวจคัดกรองข้อมูลในคลังอย่างใกล้ชิดมากขึ้น ซึ่งอาจจะมีหลักฐานของว่าที่ดาวเคราะห์นอกระบบดวงนี้ เพิ่มขึ้นอีก

     นี่ไม่ใช่ครั้งแรกที่นักดาราศาสตร์ได้พบดาวเคราะห์ในระบบอัลฟา เซน มีดาวเคราะห์ที่ยืนยันแล้วหลายดวงในระบบนี้ และก็มีว่าที่ดาวเคราะห์อีกหลายดวงเช่นกัน แต่ไม่ใช่ดวงใดเลยที่ถูกถ่ายภาพได้โดยตรงอย่างว่าที่ดาวเคราะห์ดวงใหม่ซึ่งระบุเป็นชื่อ C1 ถ้า C1 ได้รับการตรวจสอบว่าเป็นดาวเคราะห์จริง ทีม Breakthrough ก็จะประสบความสำเร็จกับเป้าหมายที่วางไว้ โดยเป็นกลุ่มแรกที่ตรวจจับดาวเคราะห์ที่คล้ายโลกได้จากการถ่ายภาพโดยตรง

     และถ้าพิภพรอบ Alpha Centauri A มีอยู่จริง มันก็อาจจะไม่ได้อยู่เพียงลำพัง ในความคิดของผม สิ่งที่น่าตื่นเต้นที่สุดเกี่ยวกับมันก็คือ เมื่อเราได้พบดาวเคราะห์สักดวงแล้ว เราก็มีแนวโน้มจะได้พบดวงอื่นๆ Klupar กล่าว อย่างไรก็ตาม แม้ถ้าดาวเคราะห์รอบ Alpha Cen A เป็นเพียงภาพลวงตา การทำงานของ NEAR ก็ไม่กระทบกระเทือน ความสามารถใหม่ที่เราได้แสดงด้วย NEAR เพื่อถ่ายภาพดาวเคราะห์ในเขตเอื้ออาศัยได้ที่อยู่ใกล้ๆ ได้โดยตรง กำลังเป็นแรงบันดาลใจสู่การพัฒนาวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์นอกระบบและดาราศาสตร์ชีววิทยาให้ก้าวหน้ายิ่งขึ้น Wagner กล่าว

     ผู้เขียนเชื่อมั่นว่า NEAR สามารถทำงานได้ดีแม้จะเทียบกับกล้องโทรทรรศน์ที่มีขนาดใหญ่กว่า ข้อสรุปในรายงานยังอธิบายถึงความไวโดยรวมของเครื่องมือซึ่งพวกเขาเขียนไว้ว่า ในทางทฤษฎีสิ่งนี้จะเพียงพอที่จะตรวจสอบดาวเคราะห์คล้ายโลกรอบ อัลฟา เซน เอ ได้ในเวลาเพียงไม่กี่ชั่วโมง ซึ่งสอดคล้องกับสิ่งที่คาดไว้จากกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่สุดขั้วอีกหลายตัว

     E-ELT(European Extremely Large Telescope) จะมีกระจกปฐมภูมิ 39 เมตร หนึ่งในความสามารถและเป้าหมายในการออกแบบของมันก็คือ เพื่อถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบ โดยเฉพาะพวกที่มีขนาดเล็กใกล้เคียงกับโลก โดยตรง แน่นอนว่า ELT จะเป็นกล้องโทรทรรศน์ที่ทรงพลังสูงซึ่งจะทำให้การค้นพบทางวิทยาศาสตร์สุกงอมเพิ่มขึ้นได้เป็นเวลานานไม่เพียงแค่การถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบโดยตรง แต่ยังในหลายๆ ทางด้วย

      และกล้องโทรทรรศน์ยักษ์ภาคพื้นดินตัวอื่นๆ ก็จะเป็นกลยุทธการถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบไปด้วยเช่นกัน สำหรับ NEAR ซึ่งต้องใช้เวลาในระดับชั่วโมง แต่สำหรับ E-ELT, TMT(Thirty Meter Telescope) หรือ GMT(Giant Magellan Telescope) อาจใช้เวลาเพียงไม่กี่นาทีเท่านั้นเพื่อมองเห็น ซึ่งคงไม่อาจแข่งขันกับกล้องใหญ่สุดขั้วพวกนี้ได้ แต่ถ้าผลสรุปเหล่านี้ได้รับการยืนยัน NEAR ก็จะประสบความสำเร็จในแบบที่แตกต่างออกไป และด้วยงบประมาณเพียงเศษเสี้ยวของกล้องยักษ์เหล่านั้น

     ไม่ว่าทางใด สิ่งที่ NEAR ทำสำเร็จคือการแสดงถึงอนาคตของงานวิจัยดาวเคราะห์นอกระบบ แทนที่จะเป็นการสำรวจพื้นที่กว้างอย่างเคปเลอร์และ TESS นักวิทยาศาสตร์ก็จะสามารถมุ่งเป้าไปที่ดาวเคราะห์ทีละดวงได้ในไม่ช้า

แหล่งข่าว space.com : potentially habitable exoplanet candidate spotted around Alpha Centauri A in Earth’s backyard 
               sciencealert.com : new technique used to spot possible super-Earth in Alpha Centauri’s habitable zone

กลุ่มของหลุมดำในกระจุกดาวทรงกลม

 

    นักวิทยาศาสตร์คาดว่าจะได้พบหลุมดำมวลปานกลางในใจกลางกระจุกดาวทรงกลม NGC 6397 แต่พวกเขากลับได้พบหลักฐานการรวมกลุ่มของหลุมดำขนาดเล็กกว่าที่นั้นแทน ข้อมูลใหม่จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลได้นำไปสู่การขยายการตรวจสอบกลุ่มของหลุมดำในกระจุกทรงกลมที่เกิดแกนกลางยุบตัว

     กระจุกดาวทรงกลม(globular cluster) เป็นระบบที่ดาวราวหนึ่งแสนจนถึงหนึ่งล้านดวงอยู่กันอย่างแออัดหนาแน่นมาก ในกระจุกทรงกลมใดๆ ดาวทั้งหมดจะก่อตัวขึ้นในเวลาเดียวกันจากเมฆก๊าซก้อนเดียวกัน โดยปกติพวกมันจะมีอายุเก่าแก่มาก ทางช้างเผือกพบกระจุกทรงกลมราว 150 แห่ง กระจุกทรงกลมในการศึกษานี้ NGC 6397 มีอายุเก่าแก่เกือบเท่ากับอายุของเอกภพเลยทีเดียว มันอยู่ห่างออกไป 7800 ปีแสง ทำให้มันเป็นหนึ่งในกระจุกทรงกลมที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุดแห่งหนึ่ง เนื่องจากนิวเคลียสที่หนาแน่นมากของกระจุกจึงถูกเรียกว่ากระจุกที่แกนกลางยุบตัว(core-collapsed cluster)

     เมื่อ Eduardo Vitral และ Gary A. Mamon จากสถาบันดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งปารีส ได้เริ่มศึกษาแกนกลางของ NGC 6397 พวกเขาคาดว่าจะได้พบหลักฐานของหลุมดำมวลปานกลาง(intermediate-mass black hole; IMBH) ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าหลุมดำมวลมหาศาล(supermassive black holes มวลตั้งแต่ 1 ล้านเท่าดวงอาทิตย์ขึ้นไป) ที่อยู่ในใจกลางกาแลคซีขนาดใหญ่ แต่ก็ยังใหญ่กว่าหลุมดำมวลดวงดาว(stellar-mass black holes อาจมีมวลได้ถึงระดับร้อยเท่ามวลดวงอาทิตย์) ซึ่งก่อตัวจากการยุบตัวของดาวมวลสูง IMBH เป็นส่วนเชื่อมที่หายไปที่ตามหามานานในวิวัฒนาการหลุมดำและการมีอยู่ของพวกมันก็ยังเป็นข้อถกเถียงที่ร้อนแรง แม้ว่าจะได้พบว่าที่หลุมดำมวลปานกลางหลายแห่งแล้วก็ตาม ทฤษฎีและแบบจำลองต่างๆ บอกว่าอาจจะพบ IMBH ได้ในกระจุกทรงกลม

NGC 6397

     เมื่อมองหา IMBH Vitral และ Mamon ได้วิเคราะห์ตำแหน่งและความเร็วของดาวในกระจุก พวกเขาทำโดยใช้การประเมินการเคลื่อนที่เฉพาะ(proper motion) ของดาวจากภาพฮับเบิลที่ถ่ายภาพกระจุกตลอดหลายปี นอกจากนั้นก็ใช้การเคลื่อนที่เฉพาะที่ได้จากหอสังเกตการณ์ไกอา(Gaia) ของอีซาซึ่งทำการตรวจสอบตำแหน่ง, ระยะทางและการเคลื่อนที่ของดาวอย่างแม่นยำ(แต่ในส่วนแกนกลางกระจุกก็แม่นยำน้อยกว่าการสำรวจของฮับเบิล) การทราบระยะทางสู่กระจุกแห่งนี้ช่วยให้นักดาราศาสตร์ได้แปลผลการเคลื่อนที่เฉพาะของดาว ให้กลายเป็นความเร็วได้

      การวิเคราะห์ของเราบอกว่าวงโคจรของดาวนั้นใกล้เคียงกับการโคจรแบบสุ่มทั่วกระจุกทรงกลม แทนที่จะเป็นแบบวงกลมหรือวงรีมากๆ อย่างเป็นระบบระเบียบ Mamon อธิบาย เราพบหลักฐานที่ชัดเจนของมวลที่มองไม่เห็นในพื้นที่ใจกลางที่หนาแน่นของกระจุก แต่เราต้องประหลาดใจที่ได้พบว่ามวลพิเศษนี้ไม่ได้มีลักษณะเป็นจุดเดียว(อย่างที่คาดไว้ในกรณีหลุมดำมวลสูงที่อยู่โดดๆ) แต่กระจายกินพื้นที่ส่วนเล็กๆ ในกระจุก Vitral กล่าวเสริม ยิ่งมีมวลในบางตำแหน่งสูงมากเท่าใด ดาวก็เคลื่อนที่รอบพื้นที่เหล่านั้นเร็วขึ้นตามไปด้วย

      องค์ประกอบที่มองไม่เห็นนี้ควรจะประกอบด้วยซากจากดาวมวลสูง(เช่น ดาวแคระขาว, ดาวนิวตรอนและหลุมดำ)  เท่านั้น ก่อตัวขึ้นเมื่อแกนภายในดาวยุบตัวลงภายใต้แรงโน้มถ่วงเมื่อเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ของพวกมันหมดลง วัตถุเหล่านี้จึงมีความหนาแน่นสูงกว่าดาววิถีหลัก ดาวจะค่อยๆ จมลงสู่ส่วนกลางของกระจุกหลังจากมีปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงกับดาวมวลสูงน้อยกว่าที่อยู่ใกล้เคียง ในเกมพินบอลดาวที่เรียกกันว่า dynamical friction จากการแลกเปลี่ยนโมเมนตัม ดาว(และวัตถุ) ที่หนักกว่าจะแยกตัวจมลงสู่แกนกลางกระจุก ในขณะที่ดาวที่มีมวลเบากว่าจะอพยพออกสู่ปริมณฑลของกระจุก นำไปสู่การกระจุกตัวของมวลที่มองไม่เห็นในพื้นที่ขนาดเล็ก

ภาพจากศิลปินเพื่อแสดงการกระจุกตัวของหลุมดำที่ใจกลางของ NGC 6397 ในความเป็นจริงแล้ว หลุมดำขนาดเล็กที่แสดงอยู่ในภาพนั้นมีขนาดเล็กเกินความสามารถในการสำรวจด้วยกล้องโทรทรรศน์ใดๆ ที่มีอยู่(รวมทั้งฮับเบิล) และกล้องที่อยู่ในการเตรียมการ มีการทำนายว่ากระจุกทรงกลมที่แกนกลางยุบตัวแห่งนี้ น่าจะมีหลุมดำอยู่มากกว่า 20 แห่ง

     ด้วยการใช้ทฤษฎีวิวัฒนาการดาวฤกษ์ นักวิทยาศาสตร์สรุปว่าองค์ประกอบที่มองไม่เห็นส่วนใหญ่เป็นหลุมดำมวลดวงดาว แทนที่จะเป็นดาวแคระขาวหรือดาวนิวตรอนซึ่งสลัวเกินกว่าจะสำรวจได้ Mamon กล่าว เพิ่งมีการศึกษาล่าสุดสองงานที่ก็เสนอว่าซากของดาว และโดยเฉพาะอย่างยิ่งหลุมดำมวลดวงดาว น่าจะพบได้จำนวนหนึ่งในพื้นที่ส่วนในของกระจุกทรงกลม การศึกษาของเราเป็นการค้นพบแรกที่ได้ให้ทั้งมวลและพื้นที่ของสิ่งที่ดูเหมือนจะเป็นกลุ่มของวัตถุที่น่าจะเป็นหลุมดำเสียส่วนใหญ่ ในกระจุกทรงกลมที่แกนกลางยุบตัว Vitral กล่าวเสริม งานวิจัยรายงานใน Astronomy & Astrophysics

     การวิเคราะห์ของเราคงไม่น่าจะเป็นไปได้ถ้าปราศจากทั้งข้อมูลฮับเบิลเพื่อตรวจสอบพื้นที่ส่วนในของกระจุก และข้อมูลไกอาที่บอกถึงรูปร่างการโคจรของดาวส่วนนอก ซึ่งก็จะบอกโดยอ้อมถึงความเร็วของดาวที่พื้นหน้าและพื้นหลังในพื้นที่ส่วนใน Mamon กล่าวเสริม นักดาราศาสตร์ยังบอกว่าการค้นพบนี้เพิ่มคำถามว่า การควบรวมของหลุมดำที่อยู่กันอย่างแออัดในกระจุกทรงกลมที่แกนกลางยุบตัวลง อาจจะเป็นแหล่งหลักที่สร้างคลื่นความโน้มถ่วงที่สำรวจที่เพิ่งพบโดย LIGO หรือไม่

แหล่งข่าว spacetelescope.org : Hubble uncovers concentration of small black holes
                hubblesite.org : Hubble uncovers concentration of small black holes
                sciencealert.com : astronomers find a fascinating cluster of stars filled with small black holes   
                iflscience.com : peculiar congregation of black holes found lurking at the center of a stellar cluster

วงปีต้นไม้บอกถึงกิจกรรมสุริยะในช่วงหนึ่งพันปี

 

     นักดาราศาสตร์กำลังใช้วงปีต้นไม้เป็นบันทึกประวัติศาสตร์แสดงกิจกรรมสุริยะ และพวกเขาพบว่าดวงอาทิตย์ในอดีตเคยเปี่ยมด้วยกิจกรรมมากกว่านี้

     ดวงอาทิตย์ของเราไม่ได้เป็นแหล่งแสงที่ซื่อตรงคงที่อย่างที่มันแสดงให้เห็น กิจกรรมสุริยะแปรเปลี่ยนด้วยวัฏจักรสุริยะซึ่งเกิดขึ้นในประมาณ 11 ปี ซึ่งสังเกตได้ง่ายที่สุดจากจำนวนจุดดับดวงอาทิตย์(sunspots) ที่เพิ่มขึ้นและลดลงอย่างเป็นคาบเวลาแน่นอน ยิ่งมีจุดดับมากเท่าใด ก็มีความปั่นป่วนภายในดวงอาทิตย์มากขึ้นตามไปด้วย

     แม้ว่านักดาราศาสตร์ชาวเจอรมัน Samuel Heinrich Schwabe ได้ค้นพบวัฏจักรสุริยะในศตวรรษที่ 19 แต่การสำรวจจุดดับดวงอาทิตย์ก็มีมาตั้งแต่เมื่อประมาณ 400 ปีก่อนโดย กาลิเอโอ กาลิเลอิ และสามารถตามรอยวัฏจักรสุริยะย้อนกลับไปได้จนถึงการสำรวจในช่วงแรก

จุดดับดวงอาทิตย์ในช่วงที่ดวงอาทิตย์มีกิจกรรมต่ำสุด(minima) เทียบกับช่วงที่มีกิจกรรมสูงสุด(maxima) ในภาพช่วงตาเห็นจากหอสังเกตการณ์ Solar Dynamics Observatory ของนาซา เน้นความแตกต่างจำนวนจุดดับ

     ขณะนี้ ทีมนักวิทยาศาสตร์ซึ่งมีฐานที่สวิตเซอร์แลนด์ประสบความสำเร็จในการสร้างบันทึกวัฏจักรชวาเบที่นาน 11 ปีขึ้นได้ใหม่ย้อนกลับไปได้ถึงปี คศ 969 โดยใช้ร่องรอยดวงอาทิตย์ที่บันทึกไว้ในต้นไม้โบราณบนโลก แม้วัฏจักรชวาเบ 11 ปีจะเป็นส่วนหนึ่งในวัฏจักรที่ยาวนานกว่านั้น รายงานของทีมที่นำโดย Hans-Arno Synal และ Lukas Wacker จากห้องทดลองฟิสิกส์ลำแสงไอออน สถาบันเทคโนโลจีกลางแห่งสมาพันธรัฐสวิสที่ซือริค(ETH Zürich) รวมทั้งนักวิจัยจากสถาบันมักซ์พลังค์เพื่อการวิจัยระบบสุริยะในเกิตทิงเงน และมหาวิทยาลัยลุนด์ในสวีเดน ปรากฏใน Nature Geoscience

     วงปีต้นไม้ได้ให้บันทึกสภาพแวดล้อมในอดีตที่ผ่านมาของโลก ต้นไม้สร้างวงใหม่ทุกๆ ปี ความหนาของวงขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำและสภาพภูมิอากาศโดยรวม ด้วยการระบุวงปีเข้ากับปีที่จำเพาะ นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถศึกษาว่าภูมิอากาศของโลกมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไร Nocolas Brehm จาก ETH Zürich และเพื่อนร่วมงานได้ใช้ตัวอย่างต้นไม้ที่ตัด บางส่วนก็พบเป็นวัสดุก่อสร้างในตึกเก่าแก่ในอังกฤษและสวิตเซอร์แลนด์ เพื่อสร้างผลกระทบที่แปรเปลี่ยนจากดวงอาทิตย์ที่มีต่อดาวเคราะห์ของเรา โดยการตรวจสอบองค์ประกอบคาร์บอน-14 ซึ่งเป็นธาตุกัมมันตรังสี

     บนโลกมีต้นไม้ที่อายุยืนมากๆ หนึ่งในนั้นก็คือต้นสนบริสเติลโคน(bristlecone pinetree) ในคาลิฟอร์เนียต้นหนึ่งที่มีชื่อว่า เมธูเซลาห์(Methuselah) ซึ่งคิดกันว่ามีอายุถึง 5000 ปี แต่สำหรับการศึกษานี้ ไม่จำเป็นต้องไปโค่นต้นไม้โบราณที่ยังมีชีวิตเหล่านั้น แต่นักวิจัยตรวจสอบแผ่นไม้โบราณที่ใช้ในอาคารอย่างโบสถ์แอบบี้แห่งเซนต์อัลบาน(Abbey Church of St Alban) เฮิร์ตฟอร์ดไชร์ สหราชอาณาจักร ซึ่งมีอายุย้อนกลับไปได้ถึงศตวรรษที่ 11 ทีมได้ใช้แผ่นไม้ที่แตกต่างกัน 13 แผ่นจากอาคาร 11 แห่งในสหราชอาณาจักรและสวิตเซอร์แลนด์

วงปีต้นไม้สามารถบอกถึงสภาพภูมิอากาศในสมัยโบราณได้ นอกจากนี้การวิเคราะห์องค์ประกอบที่เป็นคาร์บอนกัมมันตรังสี หรือคาร์บอน-14 ในตัวอย่างเนื้อไม้ยังบอกถึงกิจกรรมสุริยะในช่วงเวลาต่างๆ ได้

     คาร์บอน-14 หรือคาร์บอนกัมมันตรังสี มีนิวตรอน 14 ตัวเป็นอะตอมคาร์บอนที่พบได้ยาก จากอะตอมคาร์บอนปกติที่มีนิวตรอน 12 ตัว เนื่องจากนิวตรอนที่เพิ่มขึ้นมา นิวเคลียสที่หาได้ยากกว่าจึงสลายตัวกลายเป็นไนโตรเจนด้วยครึ่งชีวิต(half-life) 5730 ปี คาร์บอนกัมมันตรังสีมีอยู่บนโลกก็เพราะอนุภาคทรงพลังจากดวงอาทิตย์กำลังชนกับอะตอมไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศส่วนบนของโลกอย่างคงที่ เปลี่ยนไนโตรเจนเป็นคาร์บอนกัมมันตรังสี คาร์บอน-14 ที่เพิ่งถูกสร้างขึ้นใหม่จะถูกดึงมาสร้างคาร์บอนไดออกไซด์และสุดท้ายก็ถูกดูดซับโดยพืชหรือสัตว์ที่ยังมีชีวิตอยู่ ตราบเท่าที่สิ่งมีชีวิตยังมีชีวิตอยู่ อัตราส่วนคาร์บอนกัมมันตรังสีต่อคาร์บอนปกติ ก็จะคงที่ที่ประมาณ 1 ส่วนต่อหนึ่งพันล้านส่วน แต่เมื่อตายลง คาร์บอนกัมมันตรังสีจะเริ่มสลายตัว ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงสามารถตรวจสอบปริมาณของมันเพื่อหาอายุสสารอินทรีย์เหล่านี้ได้

     Brehm และเพื่อนร่วมงานใช้วิธีนี้จนถึงแก่น ตอนแรก พวกเขาตรวจสอบอายุของตัวอย่างแต่ละอัน, ทีละวงแหวน โดยใช้บันทึกวงปีต้นปีที่มีอยู่ จากนั้น เมื่อทราบอายุที่แน่นอนของวงปีแต่ละปีในตัวอย่าง ก็ระบุให้ได้ว่ามีคาร์บอน-14 ในชั้นบรรยากาศที่วงปีแต่ละวงโตขึ้นมากแค่ไหน และปริมาณของคาร์บอน-14 เปลี่ยนแปลงในแต่ละปีอย่างไร

     วงปีต้นไม้ควรจะมีปริมาณคาร์บอน-14 ที่แตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับกิจกรรมของดวงอาทิตย์(โดยอ้อม) กล่าวคือ ในช่วงเวลาที่ดวงอาทิตย์มีกิจกรรมสูง สนามแม่เหล็กดวงอาทิตย์และลมสุริยะ(solar wind) ก็จะรุนแรงมากขึ้น ซึ่งจะปกป้องโลกจากรังสีคอสมิคจากกาแลคซีซึ่งจะสร้างธาตุกัมมันตรังสีได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น เมื่อกิจกรรมสุริยะลดต่ำ ก็เช่นกันกับเกราะป้องกัน และจะมีอนุภาครังสีคอสมิคมาถึงโลกได้มากขึ้น กิจกรรมสุริยะที่สูงขึ้น(ตามที่ตรวจสอบจากจำนวนจุดดับดวงอาทิตย์) ก็น่าจะส่งผลให้สร้างคาร์บอน-14 ในปริมาณที่ลดลง

โดยปกติ สนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์และลมอนุภาคจะช่วยปกป้องโลกจากรังสีคอสมิคซึ่งเป็นอนุภาคมีประจุพลังงานสูงกว่าที่เดินทางจากนอกระบบสุริยะ ด้วยเหตุนี้ การสร้างคาร์บอน-14 ในชั้นบรรยากาศจะลดลงในช่วงที่ดวงอาทิตย์มีกิจกรรมสูง

     อย่างไรก็ตาม ผลของดวงอาทิตย์ต่อการสร้างคาร์บอน-14 นั้นเล็กน้อยมากๆ และระดับสัญญาณกวนที่เกิดจากอากาศก็อยู่ในระดับเดียวกับสัญญาณการสร้างคาร์บอน-14 จากดวงอาทิตย์ด้วย ความพยายามก่อนหน้านี้โดยทีมอื่นจึงได้ผลที่สรุปไม่ได้ ยิ่งกว่านั้น คาร์บอน-14 ในความเข้มข้นต่ำมากๆ ก็ต้องการตัวอย่างแก่นไม้จำนวนมาก และปริมาณที่มากก็ต้องใช้เวลาเพื่อตรวจสอบมากตามไปด้วย เพื่อให้ครอบคลุมช่วงเวลาสหัสวรรษ(จาก คศ 969 จนถึง 1933) ก็น่าจะต้องใช้เวลามากเกินไปถ้าทำการวิเคราะห์ในแนวทางเดิมๆ

     ดังนั้น ทีมจึงมองหาทางออกใหม่โดยแทนที่จะตรวจสอบระดับกัมมันตภาพรังสีที่คาร์บอน-14 สลายตัว พวกเขานับอะตอมโดยตรงด้วยสเปคโตรมิเตอร์มวลเครื่องเร่งอนุภาค(accelerator mass spectrometer) ซึ่งจะระเหยตัวอย่างเพื่อให้อะตอมแตกตัวเป็นไอออน จากนั้นก็ใช้สนามแม่เหล็กเพื่อเร่งความเร็วอนุภาคไอออนและแยกมันออกตามมวล คาร์บอนทั้งสองไอโซโทปมีมวลแตกต่างกันจึงหักเหด้วยองศาที่แตกต่างกัน และจึงสามารถแยกแยะและนับได้ นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถใช้ตัวอย่างกลุ่มเล็กกว่า(จากรูที่เจาะหนาเพียงระดับมิลลิเมตร), เร่งกระบวนการวิเคราะห์ และเข้าถึงระดับความแม่นยำที่ต้องการที่ 0.1% ผลสรุปวิเคราะห์ตัวอย่างมากเป็นสองเท่าของที่เคยทำการวิเคราะห์คาร์บอน-14 ในแต่ละปีมาทั้งหมด ด้วยการจับอัตราการสร้างคาร์บอน-14 กับกิจกรรมสุริยะตลอดช่วง 400 ปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถขยายบันทึกกิจกรรมสุริยะไปถึงช่วงเวลาก่อนการคิดค้นกล้องโทรทรรศน์ได้

      ในช่วงเวลาที่มีกิจกรรมสุริยะลดลงอย่างยาวนาน อัตราการสร้างคาร์บอน-14 ก็สูงขึ้นตามคาดไว้ กล่าวคือ ช่วงเวลาที่ไม่ค่อยพบจุดดับดวงอาทิตย์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงกิจกรรมต่ำสุด(minima) ที่ Spörer, Maunder และ Dalton ได้สำรวจ ก็ปรากฏชัดเจนในบันทึกวงปีต้นไม้ด้วย

กราฟแถวแรกแสดงข้อมูลคาร์บอน-14 ในแต่ละปี โดยลูกศรแดงระบุเหตุการณ์ที่เป็นไปได้ว่าจะสร้างคาร์บอน-14 สูงขึ้น แถวสองข้อมูลยังดูปกติ แถวสามแสดงกิจกรรมสุริยะโดยเส้นสีดำระบุจำนวนจุดดับที่บันทึกไว้ แถวสุดท้ายแสดงข้อมูลที่กรองแล้ว โดยเหตุการณ์บางส่วนมีความเกี่ยวข้องกับลูกศร(ยุคน้ำแข็งเล็กเป็นช่วงเวลาที่มีสภาพอากาศเย็นในบางส่วนบนโลก แต่ยังไม่อาจสรุปความเกี่ยวข้องกับกิจกรรมสุริยะได้)

     นักวิทยาศาสตร์ยังได้จำแนกพบการสร้างคาร์บอนกัมมันตรังสีที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว 3 ช่วง ซึ่งพวกเขาเชื่อมโยงกับกิจกรรมการปะทุของดวงอาทิตย์ที่พิเศษในปี 993, 1052 และ 1279 ครั้งแรกนั้นถูกพบและเผยแพร่ในปี 2013 จากการวิเคราะห์วงปีต้นไม้งานอื่น เหตุการณ์เหล่านี้เกิดขึ้นเมื่อโปรตอนที่ดวงอาทิตย์เปล่งออกมาถูกเร่งความเร็วจนสามารถทะลุผ่านสนามแม่เหล็กของโลก และเป็นสาเหตุให้ก๊าซในชั้นบรรยากาศโลกแตกตัวเป็นไอออน เป็นครั้งแรกที่ได้พบเหตุการณ์ลักษณะนี้ และอาจจะบ่งชี้ว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นได้ถี่กว่าที่คิดไว้ ขณะนี้ ด้วยเหตุการณ์ที่พบในการศึกษานี้ ก็ดูเหมือนจะมีความเป็นไปไม่ได้ในทางสถิติที่จะมีต้นเหตุเป็นสิ่งอื่นนอกเหนือจากดวงอาทิตย์

     อย่างไรก็ตาม ทั้งสามเหตุการณ์ดูจะมีกำเนิดจากการปะทุของดวงอาทิตย์ซึ่งรุนแรงกว่าอย่างมาก หรืออย่างน้อยก็แตกต่างจากการปะทุครั้งใหญ่ๆ จากดวงอาทิตย์ที่สำรวจในยุคใหม่นี้ ซึ่งรวมถึงครั้งที่มีชื่อเสีย(ง) คือ เหตุการณ์คาร์ริงตัน(Carrington event) ในปี 1859 ซึ่งการปะทุในปี 1859 กลับไม่ทิ้งร่องรอยใดๆ ในบันทึกคาร์บอน-14

การผลักมวลในชั้นโคโรนา(coronal mass ejection) เป็นการปะทุจากดวงอาทิตย์ได้พ่นอนุภาคมีประจุทรงพลังออกมา ถ้าการปะทุนี้รุนแรงมากพอและมีทิศทางมุ่งหน้ามาที่โลก อนุภาคเหล่านี้จะเป็นสาเหตุให้เกิดการสร้างคาร์บอน-14 ที่พุ่งสูงขึ้นมาก

     แทบจะดูราวกับว่าดวงอาทิตย์ของเรามีสองบุคลิกภาพ โดยใช้เวลาเกือบทั้งหมดเป็นแบบพี่ชายใจดี ที่ปกป้องเราจากอนุภาคทรงพลังที่วิ่งไปทั่วกาแลคซี แต่บางครั้งก็เปลี่ยนเป็นไอ้ตัวร้าย ที่ฟาดอนุภาคของมันใส่เราในตอนที่เราเผลอ งานวิจัยนี้จึงช่วยขยายบันทึกกิจกรรมของดวงอาทิทตย์กินเวลานานกว่าที่เคยเข้าถึงได้ มันยังให้การประเมินที่ดีขึ้นเกี่ยวกับความเป็นไปได้ที่ดวงอาทิตย์จะมีการปะทุที่อันตราย สมาชิกทีม Lukas Wacker จาก ETH Zurich บอกว่าทีมกำลังขยายขอบข่ายการวิเคราะห์ออกไปอีก ข้อมูลวงปีต้นไม้ที่ตรวจอายุได้แล้วมีไปถึงช่วง 12000 ปี และก็ควรจะมีหลักฐานที่สนับสนุนการปะทุจากดวงอาทิตย์ในประวัติศาสตร์อื่นๆ ด้วย นักวิจัยหวังว่าจะใช้วิธีการนี้เพื่อตรวจสอบความเข้มข้นของคาร์บอน-14 ในไม้อายุหมื่นปีที่กลายเป็นฟอสซิลนั้น ซึ่งจะช่วยพวกเขาให้สร้างประวัติกิจกรรมสุริยะย้อนกลับไปถึงยุคน้ำแข็งครั้งล่าสุด(last ice age) ได้

แหล่งข่าว skyandtelescope.com : tree rings help reconstruct a millennium of the Sun’s activity
                sciencealert.com : clues on 1000 years of the Sun’s turbulent activity are hidden in Earth’s trees
                 sciencedaily.com : solar activity reconstructed over a millennium