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