ภาพฉลอง 31 ปีที่กล้องฮับเบิลออกสู่อวกาศ : AG Carinae

 

     ในการฉลองครบ 31 ปีที่นำส่งกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลออกสู่อวกาศ นักดาราศาสตร์ได้หันกล้องไปที่หนึ่งในดาวที่สว่างที่สุดในทางช้างเผือกของเรา เพื่อเก็บภาพความงดงามของมัน

     ดาวฤกษ์ยักษ์ในภาพฉลองจากกล้องฮับเบิลล่าสุดนี้ กำลังอยู่ในสงครามแรงดึงระหว่างแรงโน้มถ่วงกับการแผ่รังสี เพื่อไม่ให้เกิดการทำลายล้างตัวเอง ดาวฤกษ์ AG Carinae มีเนบิวลาซึ่งเป็นเปลือกก๊าซและฝุ่นที่กำลังขยายตัวล้อมรอบ เนบิวลานี้เกิดขึ้นจากลมที่เป็นกระแสอนุภาคมีประจุทรงพลังของดาว เนบิวลามีขนาดกว้าง 5 ปีแสง ซึ่งพอๆ กับระยะทางจากโลกไปถึงระบบดาวที่อยู่ใกล้เรามากที่สุด อัลฟา เซนทอไร(Alpha Centauri)

     โครงสร้างขนาดมหึมานี้ถูกสร้างขึ้นจากการปะทุครั้งใหญ่เหตุการณ์หนึ่งหรือมากกว่านั้น เมื่อประมาณ 1 หมื่นปีก่อน ชั้นส่วนนอกของดาวถูกเป่าออกสู่อวกาศ วัสดุสารที่ถูกผลักออกมามีมวลเทียบเท่ากับ 10 เท่ามวลดวงอาทิตย์ การปะทุเหล่านี้เป็นเรื่องปกติในชีวิตของดาวสายพันธุ์ที่พบได้ยากที่เรียกว่า ดาวแปรแสงสีฟ้าเจิดจ้า(Luminous Blue Variables; LBV) เป็นสถานะสั้นๆ ที่ไม่เสถียรในช่วงชีวิตที่สั้นของดาวมวลสูงมากที่สว่างมากๆ ซึ่งใช้ชีวิตอย่างรวดเร็วและตายตั้งแต่อายุยังน้อย ดาวเหล่านี้เป็นดาวกลุ่มที่มีมวลสูงที่สุดและสว่างที่สุดเท่าที่เคยพบมา พวกมันมีชีวิตอยู่แค่ไม่กี่ล้านปี เปรียบเทียบกับดวงอาทิตย์ของเราซึ่งน่าจะมีชีวิตอยู่ได้ 1 หมื่นล้านปี AG Carinae เพิ่งมีอายุไม่กี่ล้านปี และอยู่ห่างออกไป 2 หมื่นปีแสงในทางช้างเผือก คาดว่าดาวจะมีชีวิตระหว่าง 5 ถึง 6 ล้านปีเท่านั้น

     ดาว LBV นั้นพบได้ยากคือพบไม่ถึง 50 ดวงในกาแลคซีที่อยู่ในกระจุกท้องถิ่น(Local group) ดาวเหล่านี้ใช้เวลาหลายหมื่นปีในสถานะนี้ ซึ่งเป็นเวลาเพียงพริบตาของเอกภพเท่านั้น คาดว่าบางดวงจะจบชีวิตในการระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวาซึ่งจะเติมธาตุที่หนักกว่าเหล็กให้กับเอกภพ

     LBVs มีบุคลิกสองหน้า พวกมันดูเหมือนจะใช้ชีวิตหลายปีในสภาพหลับๆ ตื่นๆ และจากนั้นก็กราดเกรี้ยวเกิดการปะทุครั้งรุนแรง ในช่วงเวลาดังกล่าว กำลังสว่าง(luminosity) ของพวกมันจะเพิ่มขึ้น บางครั้งอาจจะเพิ่มขึ้นหลายสิบเท่า ดาวอวบอ้วนเหล่านี้เป็นดาวที่สุดขั้ว แตกต่างอย่างมากจากดาวปกติอย่างดวงอาทิตย์ของเรา ในความเป็นจริงประเมินกันว่า AG Carinae น่าจะมีมวลสูงถึง 70 เท่าดวงอาทิตย์ และสว่างไสวเจิดจ้าถึง 1 ล้านเท่าดวงอาทิตย์

     การปะทุครั้งใหญ่อย่างเช่นครั้งที่สร้างเนบิวลาที่ปรากฏในภาพนี้ เกิดขึ้นเมื่อไม่กี่ครั้งในช่วงชีวิตของ LBV ดวงหนึ่งๆ ดาว LBV จะทิ้งมวลสารออกมาก็ตอนเมื่อชีวิตอยู่ในช่วงอันตรายของการทำลายล้างตัวเองกลายเป็นซุปเปอร์โนวา เนื่องจากมวลที่สูงและอุณหภูมิที่ร้อนยิ่งยวด LBVs อย่าง AG Carinae จึงตกอยู่ในการต่อสู้เพื่อรักษาเสถียรภาพไว้ตลอดเวลา

     เป็นการงัดข้อกันระหว่างแรงดันการแผ่รังสีจากภายในดาวที่ผลักออกข้างนอก กับแรงโน้มถ่วงที่พยายามบีบเข้าข้างใน การงัดข้อนี้เป็นผลให้ดาวขยายตัวและหดตัว แรงดันที่ผลักออกมักจะชนะการต่อสู้นี้ ทำให้ดาวขยายตัวจนมีขนาดที่ใหญ่มโหฬาร ซึ่งจะเป่าเปลือกก๊าซชั้นนอกๆ ออกมาเหมือนกับภูเขาไฟที่เกิดการปะทุ แต่การปะทุของดาวจะเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อดาวใกล้จะฉีกออกเป็นชิ้นๆ เท่านั้น หลังจากที่ดาวทิ้งมวลสารออกมา มันก็จะหดตัวลงจนมีขนาด(ใหญ่) เท่าปกติ สงบลงและอยู่ในสภาพเสถียรอีกครั้ง

     เช่นเดียวกับ LBVs อื่น AG Carinae ก็ไม่เสถียรนัก มันพบกับการปะทุครั้งเล็กกว่าซึ่งไม่ได้ทรงพลังมากพอๆ กับครั้งที่สร้างเนบิวลาที่เห็นในปัจจุบัน แม้ว่า AG Carinae จะอยู่ในสภาพครึ่งหลับครึ่งตื่นในตอนนี้ แต่การแผ่รังสีที่ร้อนแรงและลมดวงดาว(stellar wind) ซึ่งเป็นกระแสของอนุภาคมีประจุ ก็สลักเสลาเนบิวลาโบราณนี้ กัดเซาะโครงสร้างในรายละเอียด เมื่อก๊าซที่ไหลออกได้ชนกับเนบิวลาที่เคลื่อนที่ช้ากว่า ลมซึ่งมีความเร็วถึง 1 ล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมง เร็วเป็นสิบเท่าของเนบิวลาที่กำลังขยายตัว เมื่อเวลาผ่านไป ลมร้อนจะวิ่งไล่วัสดุสารในเนบิวลาที่เย็นกว่าจนทัน วิ่งแซงและเจาะทะลุ และผลักเนบิวลาให้ออกไปไกลจากดาวมากขึ้น ปรากฏการณ์ “การกวาดหิมะ”(snowplough) นี้ได้สร้างช่องว่างขึ้นรอบๆ ดาวฤกษ์

ภาพมุมกว้างบนท้องฟ้า รอบๆ AG Carinae

     วัสดุสารสีแดงเป็นก๊าซไฮโดรเจนที่เรืองสว่างถักร้อยกับก๊าซไนโตรเจน วัสดุสารสีแดงจางๆ ที่ด้านบนซ้ายเป็นส่วนที่ลมได้ทะลุเข้ามาพื้นที่ที่มีวัสดุสารเบาบาง และกวาดมันออกสู่อวกาศ แต่รายละเอียดที่โดดเด่นที่สุดซึ่งเน้นเป็นสีฟ้า เป็นโครงสร้างเส้นใยที่มีรูปร่างคล้ายลูกอ๊อดและฟองที่เอียงข้าง โครงสร้างเหล่านี้เป็นกลุ่มฝุ่นที่อาบแสงจากดาว รายละเอียดคล้ายลูกอ๊อดซึ่งปรากฏชัดที่ทางซ้ายและล่าง นั้นเป็นกลุ่มฝุ่นที่หนาทึบกว่าซึ่งถูกลมดวงดาวกัดเซาะ สายตาที่คมกริบของฮับเบิลยังเผยให้เห็นโครงสร้างที่ละเอียดอ่อนเหล่านี้ในรายละเอียดสูงสุด

     ภาพนี้ถ่ายในช่วงแสงที่ตาเห็นและอุลตราไวโอเลต กล้องฮับเบิลเป็นอุปกรณ์ที่ดีที่สุดในการสำรวจแสงช่วงยูวีเนื่องจากแสงในช่วงความยาวคลื่นนี้จะเห็นได้เฉพาะในอวกาศ

     ดาวมวลสูงอย่าง AG Carinae มีความสำคัญต่อนักดาราศาสตร์เนื่องจากผลกระทบต่อสภาพแวดล้อมที่กว้างไกลของดาว โครงการสำรวจขนาดใหญ่ที่สุดในประวัติของกล้องฮับเบิล ULLYSES(Ultraviolet Legacy Library of Young Stars as Essential Standards) กำลังศึกษาแสงยูวีจากดาวอายุน้อยและผลที่ดาวอายุน้อยพวกนี้ส่งผลกระทบต่อสภาพแวดล้อม

     กล้องฮับเบิลถูกส่งออกสู่อวกาศในวันที่ 24 เมษายน 1990 ได้ทำการสำรวจมากกว่า 1.5 ล้านครั้งกับวัตถุฟากฟ้าประมาณ 48000 แห่ง ในการทำงาน 31 ปีของมัน ฮับเบิลโคจรรอบโลกมากกว่า 181,000 รอบ ระยะทางมากกว่า 7.2 พันล้านกิโลเมตร การสำรวจของฮับเบิลได้สร้างข้อมูลรวมแล้วมากกว่า 169 เทร่าไบต์ ให้กับนักวิจัยปัจจุบันและในอนาคต นักดาราศาสตร์ใช้ข้อมูลจากกล้องฮับเบิล ได้เผยแพร่เป็นรายงานทางวิทยาศาสตร์มากกว่า 18000 ฉบับ โดยในปี 2020 มีรายงานมากกว่า 900 ฉบับแล้ว กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลเป็นโครงการร่วมระดับนานาชาติระหว่างนาซาและอีซา(European Space Agency)

 

แหล่งข่าว spacetelescope.org : Hubble celebrates 31^st birthday with giant star on the edge of destruction
               hubblesite.org : Hubble captures giant star on the edge of destruction

ดาวหางที่หมดไฟ

     เป็นครั้งแรกที่มีการสำรวจนิวเคลียสเปลือยของดาวหางดวงหนึ่งจากภาคพื้นดิน นิวเคลียสดาวหางที่แทบจะใกล้จบชีวิตอันรุ่งโรจน์ของมันได้เผยให้เห็นว่านิวเคลียสมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 800 เมตร และปกคลุมด้วยฟิลโลซิลิเกต(phyllosilicate) เม็ดขนาดใหญ่ บนโลก เม็ดวัสดุสารขนาดใหญ่นั้นก็คือแป้งฝุ่นทาตัว(talcum powder) การค้นพบได้ให้เงื่อนงำเพื่อประติดประต่อความเป็นมาว่าดาวหางดวงนี้พัฒนาจนมีสถานะหมดไฟในปัจจุบันได้อย่างไร

     นิวเคลียสดาวหางนั้นยากที่จะสำรวจเนื่องจากเมื่อพวกมันเข้ามาในระบบสุริยะส่วนใน ซึ่งจะสังเกตเห็นได้ง่ายจากโลก พวกมันจะร้อนขึ้นและปล่อยก๊าซและฝุ่นออกมาซึ่งก่อตัวเป็นชั้นบรรยากาศหรือโคมา(coma) ปกคลุมนิวเคลียสไว้ เมื่อดาวหาง P/2016 BA14(PANSTARRS) ถูกพบในเดือนมกราคม 2016 ในตอนแรกก็เข้าใจผิดว่าเป็นดาวเคราะห์น้อย แต่การสำรวจในเวลาต่อมาได้เผยให้เห็นกิจกรรมดาวหางอ่อนๆ เชื่อกันว่าหลังจากเดินทางผ่านระบบสุริยะส่วนในมาหลายรอบแล้ว ดาวหางนี้ก็หมดไฟลงเมื่อน้ำแข็งเกือบทั้งหมดระเหยไป และขณะนี้ก็เกือบสิ้นสุดชีวิตดาวหางของมันแล้ว

      ในวันที่ 22 มีนาคม 2016 ดาวหางนี้ได้ผ่านเข้ามาในระยะทาง 3.6 ล้านกิโลเมตรจากโลก หรือเพียง 9 เท่าระยะทางจากโลกถึงดวงจันทร์ ทีมนักดาราศาสตร์จากหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์แห่งชาติญี่ปุ่น(NAOJ) และหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์โคยามะของมหาวิทยาลัยเกียวโตซังเกียว ได้ใช้โอกาสอันเป็นอัตลักษณ์ครั้งนี้เพื่อสำรวจดาวหางด้วยกล้องโทรทรรศน์ซูบารุประมาณ 30 ชั่วโมงก่อนที่ดาวหางจะเข้าใกล้โลกมากที่สุด พวกเขาประสบความสำเร็จในการสำรวจนิวเคลียสโดยมีการรบกวนจากเม็ดฝุ่นในโคมาที่น้อยที่สุด ก่อนหน้านี้ จะสำรวจองค์ประกอบพื้นผิวนิวเคลียสดาวหางได้ก็จากปฏิบัติการยานอวกาศเพียงไม่กี่งานที่ไปบินรอบๆ ดาวหางเท่านั้น

     เนื่องจากทีมสำรวจการแผ่รังสีอินฟราเรดความร้อน ซึ่งเป็นอินฟราเรดช่วงเดียวกับที่ใช้ในเทอร์โมมิเตอร์แบบไม่สัมผัส พวกเขาก็พบหลักฐานว่านิวเคลียสมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 800 เมตร และปกคลุมไปด้วยโมเลกุลอินทรีย์และเม็ดฟิลโลซิลิเกตขนาดใหญ่ นี่เป็นครั้งแรกที่พบแร่ธาตุไฮดรัสซิลิเกต(hydrous silicate) อย่างนี้บนดาวหาง เมื่อเปรียบเทียบกับการตรวจสอบแร่ธาตุอื่นๆ ในห้องทดลอง ได้เผยให้เห็นว่าแร่ธาตุไฮดรัสซิลิเกต บนพื้นผิว P/2016 BA14 ได้รับความร้อนสูงกว่า 330 องศาเซลเซียสในอดีต เนื่องจากอุณหภูมิพื้นผิวของ P/2016 BA14 ไม่เคยสูงกว่า 130 องศาเซลเซียสในวงโคจรปัจจุบันเลย ดาวหางอาจจะเคยอยู่ในวงโคจรที่เข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากกว่านี้ในอดีต

     คำถามต่อมาก็คือแล้วดาวหางปกคลุมไปด้วยแป้งทอล์คตั้งแต่เริ่มต้น หรือมันเกิดขึ้นในช่วงที่หมดไฟแล้ว ผลสรุปที่ได้ให้เงื่อนงำที่แม่นยำแก่เราในการศึกษาวิวัฒนาการของดาวหาง Takafumi Ootsubo ผู้เขียนนำงานวิจัยนี้ กล่าว เราเชื่อว่าการสำรวจนิวเคลียสดาวหางในอนาคตจะช่วยให้เราได้เรียนรู้เพิ่มขึ้นเกี่ยวกับวิวัฒนาการของดาวหาง

     ดาวหาง P/2016 BA14 เป้าหมายในงานวิจัยนี้ อาจจะเป็นเป้าหมายสำคัญของปฏิบัติการที่จะไปตัดเส้นทางโคจรดาวหาง(Comet Interceptor) เป็นการสำรวจดาวหางโดยองค์กรอวกาศยุโรป(ESA) และองค์กรการสำรวจอวกาศญี่ปุ่น(JAXA)

 

แหล่งข่าว phys.org – exploring comet thermal activity: burnt-out comet covered with talcum powder  

คู่เควซาร์ในกาแลคซีที่กำลังควบรวมกัน

      กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลกำลังโชคสองชั้นเมื่อมองย้อนเวลากลับไป 1 หมื่นล้านปี นักดาราศาสตร์ฮับเบิลได้พบเควซาร์คู่หนึ่งที่อยู่ใกล้กันอย่างมากจนปรากฏเป็นวัตถุเดี่ยวในภาพจากกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดิน แต่ก็หนีรอดจากสายตาที่คมกริบของกล้องฮับเบิลไม่ได้

ภาพจากศิลปินแสดงแสงจ้าจากเควซาร์สองแห่งที่อยู่ภายในแกนกลางของกาแลคซีสองแห่งที่กำลังอยู่ในกระบวนการควบรวมที่สับสนวุ่นวาย สงครามแรงโน้มถ่วงระหว่างกาแลคซีทั้งสองได้ยืดตัวกาแลคซีออก ก่อตัวเป็นหางไทดัล(tidal tails) ยาวและจุดประกายการก่อตัวดาวราวกับเป็นพายุไฟ 

     นักวิจัยเชื่อว่าเควซาร์(quasars) ที่อยู่ใกล้กันอย่างมากนี้ก็เป็นเพราะพวกมันอยู่ในแกนกลางของกาแลคซีสองแห่งที่กำลังควบรวมกัน ทีมยังโชคดีชั้นสองเมื่อได้พบเควซาร์อีกคู่หนึ่งในกาแลคซีอีกคู่ที่กำลังชนกันด้วย เควซาร์นั้นเป็นประภาคารสว่างเจิดจ้าจากใจกลางของกาแลคซีที่ห่างไกลแห่งหนึ่ง ซึ่งสว่างจนกลบแสงของกาแลคซีทั้งปวง เควซาร์ได้รับพลังจากหลุมดำมวลมหาศาล(supermassive black hole) ที่กำลังกลืนกินวัสดุสารอย่างตะกละตะกลาม สร้างรังสีรุนแรงจำนวนมาก

      เราประเมินว่าในเอกภพที่ห่างไกล สำหรับเควซาร์ทุกๆ 1 พันแห่ง จะมีเควซาร์คู่ 1 คู่ ดังนั้น การพบเควซาร์คู่เหล่านี้ก็เหมือนกับการงมเข็มในมหาสมุทร Yue Shen นักวิจัยนำจากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ ที่เออร์บานา แชมเปญ กล่าว การค้นพบเควซาร์ทั้ง 4 แห่งเหล่านี้ยังให้หนทางใหม่ในการตรวจสอบการชนของกาแลคซีและการควบรวมของหลุมดำมวลมหาศาลในเอกภพยุคต้นด้วย นักวิจัยกล่าว

      เควซาร์อยู่กระจัดกระจายไปทั่วท้องฟ้า และจะพบได้มากที่สุดเมื่อ 1 หมื่นล้านปีก่อน เมื่อมีการควบรวมของกาแลคซีเกิดขึ้นจำนวนมากในช่วงนั้นซึ่งจะส่งวัสดุสารให้กับหลุมดำของพวกมัน ดังนั้น นักดาราศาสตร์จึงตั้งทฤษฎีว่าน่าจะมีเควซาร์คู่จำนวนมากในช่วงเวลาดังกล่าว แต่นี่ก็เป็นตัวอย่างเควซาร์คู่แรกจริงๆ ที่พบในช่วงเวลาที่มีการก่อตัวกาแลคซีสูงที่สุด ซึ่งเราสามารถใช้เพื่อตรวจสอบแนวคิดว่าหลุมดำมวลมหาศาลเข้ามาใกล้กันและสุดท้ายก็ก่อตัวเป็นระบบคู่ได้อย่างไร Nadia Zakamska สมาชิกทีมวิจัย จากมหาวิทยาลัยจอห์น ฮอบกินส์ ในบัลติมอร์ มารีแลนด์ กล่าว ผลสรุปของทีมเผยแพร่ในวารสาร Nature Astronomy ออนไลน์วันที่ 1 เมษายน

     Shen และ Zakamska เป็นสมาชิกทีมที่กำลังใช้กล้องฮับเบิล, หอสังเกตการณ์อวกาศไกอาขององค์กรอวกาศยุโรป และโครงการ Sloan Digital Sky Surveys เช่นเดียวกับกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินอีกหลายแห่ง เพื่อทำสำมะโนประชากรเควซาร์คู่ในเอกภพยุคต้น การสำรวจนี้มีความสำคัญเนื่องจากบทบาทของเควซาร์ในการผ่านเข้าใกล้กันของกาแลคซี มีส่วนสำคัญอย่างยิ่งยวดต่อการก่อตัวกาแลคซี เมื่อกาแลคซีสองแห่งที่อยู่ใกล้กันเริ่มต้นรบกวนกันและกันด้วยแรงโน้มถ่วง ปฏิสัมพันธ์ของพวกมันจะไขวัสดุสารเข้าสู่หลุมดำของพวกมัน จุดระเบิดเควซาร์ขึ้นมา เมื่อเวลาผ่านไป การแผ่รังสีรุนแรงจาก “ดวงไฟ” ร้อนแรงสูงเหล่านี้ก็ส่งลมกาแลคซีที่ทรงพลัง ซึ่งจะกวาดก๊าซเกือบทั้งหมดออกจากกาแลคซีที่กำลังควบรวม เมื่อขาดแคลนก๊าซ การก่อตัวดาวก็ยุติลง และกาแลคซีก็พัฒนากลายเป็นกาแลคซีทรงรี(elliptical)

ภาพสองภาพจากกล้องฮับเบิลเผยให้เห็นเควซาร์ 2 คู่ที่มีอยู่เมื่อ 1 หมื่นล้านปีก่อนในใจกลางกาแลคซีที่กำลังควบรวมกัน เควซาร์ทั้งสี่แต่ละแห่งอยู่ในกาแลคซีต้นสังกัดซึ่งไม่สามารถมองเห็นได้เนื่องจากพวกมันสลัวเกินไปแม้แต่มองด้วยกล้องฮับเบิล เควซาร์แต่ละคู่อยู่ห่างจากกันเพียง 1 หมื่นปีแสงเท่านั้น เควซาร์เป็นประภาคารเจิดจ้าสว่างจากใจกลางกาแลคซีที่อยู่ห่างไกล พวกมันได้รับพลังจากหลุมดำยักษ์ที่กลืนกินวัสดุสารที่ตกมาอย่างพรั่งพรู งานเลี้ยงนี้ได้สร้างรังสีจำนวนมหาศาลที่สว่างจนกลบแสงจากดาวหลายพันล้านดวงในกาแลคซีต้นสังกัดไปจนหมด เควซาร์คู่ซ้าย J0749+2255 ถ่ายภาพได้เมื่อวันที่ 5 มกราคม 2020 ส่วนเควซาร์คู่ขวา J0841+4825 ถ่ายเมื่อวันที่ 30 พฤศจิกายน 2019 ทั้งสองภาพถ่ายในช่วงแสงตาเห็นโดยกล้องมุมกว้าง 3(WFC3) ของฮับเบิล

     เควซาร์ส่งผลกระทบต่อการก่อตัวกาแลคซีในเอกภพ Zakamska กล่าว การพบเควซาร์คู่ในยุคต้นๆ นั้นสำคัญเนื่องจากขณะนี้เราสามารถทดสอบแนวคิดที่มีมานานเกี่ยวกับว่าหลุมดำและกาแลคซีต้นสังกัดของพวกมันพัฒนาไปด้วยกันได้อย่างไร โดยรวมแล้ว นักดาราศาสตร์ได้พบเควซาร์คู่มากกว่า 100 คู่ในกาแลคซีที่กำลังควบรวมกัน อย่างไรก็ตาม ไม่มีคู่ใดเลยที่มีอายุเก่าแก่เท่าๆ กับเควซาร์ทั้งสองคู่ในการศึกษานี้

      ภาพจากกล้องฮับเบิลแสดงเควซาร์ในแต่ละคู่อยู่ห่างกันเพียงประมาณ 1 หมื่นปีแสงเท่านั้น เมื่อเปรียบเทียบแล้ว ดวงอาทิตย์ของเราอยู่ห่างจากหลุมดำที่ใจกลางกาแลคซีทางช้างเผือก 26000 ปีแสง กาแลคซีต้นสังกัดของทั้งสองคู่จะควบรวมกันในที่สุด และจากนั้น เควซาร์ก็จะควบรวมกันตามมา เป็นผลให้เกิดหลุมดำเดี่ยวๆ ที่มีมวลสูงขึ้นไปอีก

     การค้นพบพวกมันไม่ใช่เรื่องง่าย ฮับเบิลเป็นกล้องโทรทรรศน์เพียงตัวเดียวที่มีสายตาที่คมชัดมากพอที่จะย้อนเวลากลับไปในเอกภพยุคต้นและแยกแยะเควซาร์ทั้งสองที่อยู่ใกล้ชิดกันมาก แต่อยู่ไกลจากโลกอย่างมากได้ อย่างไรก็ตาม ความละเอียดที่สูงของฮับเบิลก็ไม่ได้มากพอที่จะค้นหาดวงไฟคู่เหล่านี้ได้ เริ่มต้นด้วยนักดาราศาสตร์ต้องระบุให้ได้ว่าจะหันกล้องฮับเบิลเพื่อศึกษาพวกมันที่ไหน ความท้าทายก็คือท้องฟ้านั้นปกคลุมไปด้วยเควซาร์โบราณเป็นเทือกซึ่งเปล่งประกายมีชีวิตชีวาเมื่อ 1 หมื่นล้านปีก่อน แต่มีเพียงไม่กี่แห่งที่เป็นคู่ ต้องใช้เทคนิคที่เหนือชั้นและก้าวหน้าซึ่งต้องการการช่วยเหลือจากดาวเทียมไกอา และ SDSS เพื่อรวบรวมรายชื่อว่าที่เควซาร์คู่ให้ฮับเบิลได้สำรวจ

     กล้องโทรทรรศน์สโลน ซึ่งอยู่ที่หอสังเกตการณ์ อาปาเช่พอยท์ ในนิวเมกซิโก สร้างแผนที่วัตถุทั่วท้องฟ้าในแบบสามมิติ ทีมกรองผ่านการสำรวจสโลนเพื่อจำแนกเควซาร์เพื่อศึกษาในรายละเอียด จากนั้น นักวิจัยก็ยื่นรายชื่อให้กับไกอาเพื่อช่วยระบุว่าที่เควซาร์คู่ที่เป็นไปได้ ไกอาตรวจสอบตำแหน่ง, ระยะทาง และการเคลื่อนที่ของวัตถุใกล้ๆ ได้แม่นยำมากๆ แต่ทีมก็ปรับใช้ไกอาเพื่อศึกษาเอกภพอันห่างไกล พวกเขาใช้ฐานข้อมูลของไกอาเพื่อสำรวจหาเควซาร์ที่ทำตัวเลียนแบบการเคลื่อนที่ปรากฏของดาวฤกษ์ใกล้เคียง เควซาร์จะปรากฏเป็นวัตถุเดี่ยวๆ ในข้อมูลไกอา อย่างไรก็ตาม ไกอาสามารถตรวจการส่ายเล็กน้อยที่คาดไม่ถึงในตำแหน่งปรากฏของเควซาร์ได้

     เควซาร์ไม่ได้เคลื่อนที่ผ่านอวกาศในแบบที่ตรวจสอบได้ แต่การส่ายนั้นกลับเป็นหลักฐานการแปรแสงที่เกิดอย่างสุ่ม เมื่อสมาชิกแต่ละแห่งในคู่เควซาร์มีความสว่างที่แปรผัน เควซาร์มีความสว่างที่วูบวาบในเวลาไม่กี่วันจนถึงไม่กี่เดือน ขึ้นอยู่กับตารางการกินของหลุมดำเอง ความสว่างที่ถูกกวนระหว่างคู่เควซาร์นี้ก็คล้ายกับการเฝ้าดูสัญญาณจุดตัดรางรถไฟจากระยะไกล เมื่อแสงจากด้านทั้งสองของสัญญาณที่สถิตเกิดกระพริบ สัญญาณจะลวงตาเหมือนมีการส่าย

     เมื่อกล้องฮับเบิลสำรวจเป้าหมาย 4 แห่งแรก สายตาที่คมกริบก็เผยให้เห็นว่าเป้าหมาย 2 แห่งแรกเป็นเควซาร์คู่ที่อยู่ใกล้กัน 2 คู่ นักวิจัยบอกว่ามันเป็นช่วงเวลาที่หลอดไฟสว่างขึ้น เมื่อวางแผนการใช้สโลน, ไกอา และฮับเบิล เพื่อตามล่าหาประภาคารคู่โบราณที่ล่องหน Xin Liu สมาชิกทีมจากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ เรียกการยืนยันของกล้องฮับเบิลนี้ว่า เรื่องประหลาดใจที่มีความสุข เธอตามล่าหาเควซาร์คู่ที่อยู่ใกล้โลกมากกว่ามานาน โดยใช้เทคนิคที่ต่างออกไปด้วยกล้องภาคพื้น เทคนิคใหม่ไม่เพียงแต่ได้พบเควซาร์คู่ที่อยู่ห่างไกลออกไปมากกว่า แต่มันยังมีประสิทธิภาพสูงกว่าวิธีการใดๆ ที่เราเคยใช้มาก่อน เธอกล่าว

     ทีมยังทำการสำรวจติดตามผลด้วย NOIRLab บนกล้องโทรทรรศน์เจมิไน Yu-Ching Chen สมาชิกทีม นักศึกษาที่มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ เออร์บานา-แชมเปญ กล่าวว่า การตรวจสอบสเปคตรัมความละเอียดสูงด้วยเจมิไนสามารถขจัดตัวหลอกที่เกิดจากการเรียงตัวของระบบดาวฤกษ์-เควซาร์ที่ไม่เกี่ยวข้องโดยบังเอิญ เมื่อดาวในพื้นหน้าบังเอิญเรียงตัวพอดีกับเควซาร์ที่พื้นหลัง แม้ว่าทีมจะเชื่อมั่นในผลสรุป แต่พวกเขาก็บอกว่ามีโอกาสอีกเล็กน้อยที่กล้องฮับเบิลจะได้จับภาพ 2 ภาพที่มาจากเควซาร์แห่งเดียวกัน เป็นภาพลวงตาที่เกิดขึ้นจากปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วง(gravitational lensing) อย่างไรก็ตาม นักวิจัยคิดว่าไม่น่าเกิดขึ้นได้เนื่องจากกล้องฮับเบิลตรวจไม่พบกาแลคซีที่พื้นหน้าใดๆ อยู่ใกล้เควซาร์คู่ทั้งสองคู่

     การควบรวมของกาแลคซีเกิดขึ้นถี่กว่านี้เมื่อหลายพันล้านปีก่อน แต่ก็เกิดขึ้นเพียงเล็กน้อยในทุกวันนี้ ตัวอย่างก็คือ NGC 6240 ซึ่งเป็นระบบของกาแลคซีสองแห่งที่กำลังควบรวมกัน ซึ่งมีหลุมดำมวลมหาศาล 2 แห่งหรืออาจจะถึง 3 แห่ง การควบรวมของกาแลคซีที่เกิดขึ้นใกล้กว่ามากจะเกิดขึ้นในอีกไม่กี่พันล้านปีข้างหน้าเมื่อทางช้างเผือกของเราชนกับกาแลคซีอันโดรเมดา การปะทะกันนี้น่าจะป้อนวัสดุสารให้กับหลุมดำในใจกลางกาแลคซีแต่ละแห่ง จุดระเบิดให้พวกมันกลายเป็นเควซาร์ได้

     

แหล่งข่าว hubblesite.org : Hubble spots double quasars in merging galaxies
                spaceref.com : Hubble spots double quasars in merging galaxies

โบริซอฟ : ดาวหางเนื้อสารดั่งเดิม

 

การสำรวจใหม่จากกล้องโทรทรรศน์ใหญ่มาก(VLT) ของหอสังเกตการณ์ทางใต้ของยุโรป(ESO) ได้บ่งชี้ว่า ดาวหางพเนจรโบริซอฟ(2I/Borisov) ซึ่งเป็นวัตถุที่ข้ามระบบ(interstellar object) ดวงที่สองและเป็นดวงล่าสุดที่มาเยี่ยมเยือนระบบสุริยะของเรา เป็นวัตถุที่ดึกดำบรรพ์ที่สุดเท่าที่เคยพบมาดวงหนึ่ง นักดาราศาสตร์สงสัยว่าดาวหางไม่น่าจะเคยผ่านเข้าใกล้ดาวฤกษ์ใดๆ มาก่อน ทำให้มันอยู่ในสภาพที่ไม่ถูกรบกวนเลยนับตั้งแต่ที่ก่อตัวขึ้นจากเมฆฝุ่นก๊าซที่ให้กำเนิดมา

      ดาวหางโบริซอฟถูกพบโดยนักดาราศาสตร์สมัครเล่นชาวไครเมีย Gennadiy Borisov ในเดือนสิงหาคม 2019 และได้รับการยืนยันว่ามาจากนอกระบบสุริยะในอีกไม่กี่สัปดาห์ต่อมา ในช่วงต้น การสำรวจเกือบทั้งหมดได้แสดงว่าโบริซอฟนั้นธรรมดามากๆ เป็นวัตถุสีแดงมืดที่ก็เหมือนกับดาวหางคาบยาว(long-period comet) ใดๆ ที่วิ่งจากขอบนอกสุดของระบบสุริยะเข้ามา แต่ขณะนี้ ทีมวิจัย 2 ทีมได้แสดงว่าแท้จริงแล้ว โบริซอฟนั้นค่อนข้างมีอัตลักษณ์ในตัว  

     การศึกษางานแรก Stefano Bagnulo จากหอสังเกตการณ์และท้องฟ้าจำลองอาร์มาธ์ ไอร์แลนด์เหนือ สหราชอาณาจักร ซึ่งนำการศึกษาใหม่ที่เผยแพร่ใน Nature Communications กล่าวว่า โบริซอฟน่าจะเป็นดาวหางที่มีเนื้อสารเดิมอย่างแท้จริงดวงแรกที่เคยพบมา ทีมเชื่อว่าดาวหางไม่เคยผ่านเข้าใกล้ดาวฤกษ์ใดๆ ก่อนที่จะวิ่งผ่านดวงอาทิตย์ในปี 2019

      Bagnulo และเพื่อนร่วมงานใช้เครื่องมือ FORS2 บน VLT ซึ่งอยู่ในชิลี เพื่อศึกษาการกระเจิงของแสงในโคมา(coma; ชั้นบรรยากาศฝุ่นก๊าซรอบๆ นิวเคลียส) ดาวหางในรายละเอียด เมื่อก๊าซปะทุออกจากดาวหาง(เป็นโคมาก๊าซ) พวกมันจะนำอนุภาคฝุ่นออกมาด้วยสร้างเป็นโคมาฝุ่น จากนั้น แรงดันการแผ่รังสีและลมสุริยะจะผลักก๊าซและฝุ่นออกไป สร้างเป็นหางของดาวหาง นั้นจึงเป็นเหตุผลว่าทำไมหางของดาวหางที่มักหันออกจากดวงอาทิตย์ ด้วยการใช้เทคนิคที่เรียกว่า การตรวจสอบโพลาไรซ์(polarimetry) เทคนิคนี้ถูกใช้ในการศึกษาดาวหางและวัตถุขนาดเล็กอื่นๆ ในระบบของเราเป็นปกติ ช่วยให้ทีมได้เปรียบเทียบผู้มาเยือนจากต่างระบบกับดาวหางท้องถิ่นของเรา ทีมพบว่าโบริซอฟมีคุณสมบัติโพลาไรซ์ที่แตกต่างจากดาวหางในระบบยกเว้นแต่ เฮลล์-บอพพ์(Hale-Bopp)

การเกิดโพลาไรซ์(polarization) ของแสง แสงมีคุณสมบัติเป็นคลื่นจึงมีการสั่นในหลายๆ ระนาบ เมื่อแสงกระทบกับโมเลกุลจะเกิดสะท้อนในระนาบที่จำเพาะ เรียกว่าแสงเกิดโพลาไรซ์

     ดาวหางเฮลล์-บอพพ์ ได้รับความสนใจจากสาธารณชนในช่วงปลายทศวรรษ 1990 ซึ่งเป็นผลจากที่มันเห็นได้ง่ายด้วยตาเปล่า และยังเพราะมันเป็นหนึ่งในดาวหางเนื้อสารเดิมที่สุดดวงหนึ่งเท่าที่นักดาราศาสตร์เคยพบมา ก่อนการผ่านเข้าใกล้ครั้งล่าสุด คิดกันว่าเฮลล์-บอพพ์เคยผ่านเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มาแล้วครั้งหนึ่ง และแทบไม่ได้รับผลจากลมและการแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์เลย นี่หมายความว่า มันยังมีสภาพเดิมๆ มีองค์ประกอบที่คล้ายคลึงอย่างมากกับองค์ประกอบของเมฆฝุ่นและก๊าซที่มันและระบบสุริยะที่เหลือ ก่อตัวขึ้นมาเมื่อ 4.5 พันล้านปีก่อน

     ด้วยการวิเคราะห์การเกิดโพลาไรซ์พร้อมกับสีของดาวหางเพื่อรวบรวมเงื่อนงำองค์ประกอบ แสงโพลาไรซ์ของมันในระดับสูง บอกถึงเม็ดฝุ่นที่มีจำนวนมากและมีขนาดเล็กกว่า ซึ่งบอกว่าดาวหางไม่เคยปะทุฝุ่นออกมาเลย แสงโพลาไรซ์ยังเป็นเนื้อเดียวกัน(uniform) ซึ่งหมายความว่ามันอาจมีสภาพเดิมๆ มากกว่าเฮลล์-บอพพ์ นี่หมายความว่ามันนำพาสัญญาณจากเมฆก๊าซและฝุ่นที่มันก่อตัวขึ้นมา มาเปิดเผยให้ได้เห็น Alberto Cellino ผู้เขียนร่วมการศึกษา จากหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งโตริโน สถาบันเพื่อดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งชาติ(INAF) อิตาลี กล่าวว่า ความจริงที่ว่าดาวหางทั้งสองดวงมีความคล้ายกันมากก็หมายถึงว่า สภาพแวดล้อมที่ให้กำเนิดโบริซอฟไม่ได้แตกต่างมากนักกับองค์ประกอบในสภาพแวดล้อมในระบบสุริยะช่วงต้น Olivier Hainaut นักดาราศาสตร์ที่ ESO ในเจอรมนี ซึ่งศึกษาดาวหางและวัตถุใกล้โลก(Near-Earth Objects) อื่นๆ แต่ไม่ได้เกี่ยวข้องกับการศึกษานี้ เห็นด้วยว่า ผลสรุปหลักที่ว่า โบริซอฟไม่คล้ายกับดาวหางอื่นๆ ยกเว้นเฮลล์-บอพพ์ นั้นชัดเจนมากๆ ก็สมเหตุสมผลที่พวกมันจะก่อตัวขึ้นในสภาวะที่คล้ายกันอย่างมาก

     การมาถึงของโบริซอฟจากห้วงอวกาศนอกระบบสุริยะกลายเป็นโอกาสแรกในการศึกษาองค์ประกอบของดาวหางที่มาจากระบบดาวเคราะห์อื่นๆ และตรวจสอบว่าวัสดุสารที่มาจากดาวหางนี้นั้นแตกต่างจากองค์ประกอบท้องถิ่นของเราหรือไม่ Ludmilla Kolokolova จากมหาวิทยาลัยมารีแลนด์ ซึ่งมีส่วนในงานวิจัยนี้ อธิบาย

     Bagnulo หวังว่านักดาราศาสตร์จะมีโอกาสอีกครั้งที่ดีกว่าในการศึกษาดาวหางพเนจรในรายละเอียดก่อนสิ้นทศวรรษนี้ องค์กรอวกาศยุโรป(ESA) กำลังวางแผนที่จะส่งปฏิบัติการ Comet Interceptor ในปี 2029 ซึ่งจะมีความสามารถในการเข้าถึงวัตถุจากนอกระบบอีกดวงซึ่งเป็นดวงที่พบว่ามีเส้นทางที่เหมาะสม เขากล่าว

ดาวหางโบริซอฟ โดยกล้องโทรทรรศน์เจมิไน การสำรวจใหม่พบว่าโคมารอบดาวหางโบริซอฟ เป็นก้อนกรวดขนาดเล็กซึ่งอัดตัวกันอย่างหนาแน่น และพบคาร์บอนมอนอกไซด์ในปริมาณสูง ซึ่งบ่งบอกว่าดาวหางไม่เคยเจอกับความร้อน นิวเคลียสของมันแทบไม่มีการเปลี่ยนแปลงนับตั้งแต่ที่ก่อตัวขึ้นมาในระบบของมัน จนวิ่งผ่านเข้ามาพบกับความอบอุ่นของดวงอาทิตย์

     แม้ถ้าปราศจากปฏิบัติการอวกาศ นักดาราศาสตร์ก็ยังสามารถใช้กล้องโทรทรรศน์มากมายบนโลกเพื่อให้ได้แง่มุมสู่คุณสมบัติที่แตกต่างของดาวหางพเนจรอย่างโบริซอฟ Bin Yang นักดาราศาสตร์ที่ ESO กล่าวว่า ลองจินตนาการว่าเราโชคดีแค่ไหนที่มีดาวหางดวงหนึ่งจากระบบแห่งหนึ่งที่อยู่ห่างออกไปหลายปีแสง ดันเดินทางเข้ามาถึงบ้านของเราโดยบังเอิญ Yang ซึ่งนำทีมศึกษาดาวหางดวงนี้อีกงาน ผลสรุปเผยแพร่ใน Nature Astronomy เธอและทีมใช้ข้อมูลจาก ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) เช่นเดียวกับจาก VLT เพื่อศึกษาเม็ดฝุ่นของโบริซอฟ เพื่อรวบรวมเงื่อนงำเกี่ยวกับการกำเนิดและสภาวะของระบบบ้านเกิดของมัน

     พวกเขาพบว่าโคมาดาวหาง ประกอบด้วยก้อนกรวด(pebbles) ขนาดไม่ใหญ่ เป็นเม็ดที่มีความกว้างประมาณ 1 มิลลิเมตร แต่ขณะที่เม็ดฝุ่นของดาวหางในระบบสุริยะที่มีขนาดใหญ่กว่า จะปุกปุยกว่า แต่กรวดรอบๆ โบริซอฟกลับหนาแน่นสูงกว่าดาวหางอื่น นอกจากนี้ พวกเขายังพบว่ามีคาร์บอนมอนอกไซด์จำนวนมาก ปริมาณคาร์บอนมอนอกไซด์เปรียบเทียบกับไอน้ำ ในดาวหางยังเปลี่ยนแปลงพอสมควรเมื่อมันเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ ทีมซึ่งก็มี Olivier Hainaut บอกว่านี่บ่งชี้ว่าดาวหางนั้นก่อตัวขึ้นจากหินที่มาชนกันและติดหนึบอยู่ด้วยกัน ประกอบด้วยชั้นของวัสดุสารที่มีกำเนิดจากพื้นที่ที่แตกต่างกันในระบบดาวเคราะห์ของมัน   

      การสำรวจของ Yang และทีมบอกว่าสสารของระบบบ้านเกิดของโบริซอฟนั้น มีการผสมตั้งแต่ส่วนที่อยู่ใกล้ดาวฤกษ์แม่ของมันมากที่สุดจนถึงที่ไกลออกไป บางทีอาจจะเป็นเพราะการมีอยู่ของดาวเคราะห์ยักษ์ ซึ่งมีแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงได้กวนวัสดุสารในระบบจนยุ่งเหยิง นักดาราศาสตร์เชื่อว่ากระบวนการคล้ายๆ กันนี้ก็เกิดขึ้นในช่วงต้นของความเป็นมาของระบบของเราด้วยเช่นกัน ภายใต้การรบกวนเหล่านี้ ดาวหางที่กำลังก่อตัวขึ้นน่าจะถูกนำไปยังตำแหน่งที่แตกต่างออกไปเลยจากเส้นเยือกแข็งหรือเส้นหิมะ(frost line/snow line; จุดที่สารระเหยจะเยือกแข็งกลายเป็นน้ำแข็ง) ซึ่งมีระดับสารเคมีที่แตกต่างไป

     ในขณะที่โบริซอฟเป็นดาวหางพเนจรดวงแรกที่ผ่านเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ แต่มันก็ไม่ใช่ผู้มาเยือนจากนอกระบบดวงแรกแต่อย่างใด วัตถุจากนอกระบบดวงแรกที่ถูกพบว่าผ่านเข้ามาในระบบสุริยะของเราก็คือโอมูอามูอา(‘Oumuamua) เป็นวัตถุที่พบในปี 2017 เริ่มแรกด้วยการจำแนกว่าเป็นดาวหาง แต่ต่อมาโอมูอามูอาก็ถูกจำแนกใหม่ว่าเป็นดาวเคราะห์น้อย เมื่อมันขาดแคลนรายละเอียดโคมา

 

แหล่งข่าว phys.org : first interstellar comet may be the most pristine ever found
                skyandtelescope.com : interstellar comet was pristine sample of planet formation
                sciencealert.com : this interstellar object could be the first truly pristine comet we’ve ever seen