ติ่งในแขนกังหันทางช้างเผือก

ภาพซ้ายไปขวา: เนบิวลานกอินทรี, โอเมกา, สามแฉก และลากูน ภาพโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศอินฟราเรดสปิตเซอร์ เนบิวลาเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างใหม่ที่ปูดออกด้วยมุมที่กว้างจากแขนคนยิงธนูของทางช้างเผือก
 

     นักวิทยาศาสตร์ได้พบรายละเอียดที่ไม่เคยเห็นมาก่อนในทางช้างเผือก เป็นแถบเมฆก๊าซที่กำลังก่อตัวดาวและดาวอายุน้อยที่แปะติดกับแขนกังหันส่วนหนึ่งของทางช้างเผือก เหมือนกับเสี้ยนชิ้นหนึ่งที่หลุดออกจากแผ่นไม้ ด้วยความยาวประมาณ 3 พันปีแสง นี่เป็นโครงสร้างหลักอันแรกที่จำแนกพบว่ามีการเรียงตัวที่แตกต่างอย่างมากกับแขนกังหัน รายละเอียดที่เพิ่งค้นพบใหม่ได้ให้แง่มุมสู่โครงสร้างกาแลคซีของเราซึ่งยากที่จะศึกษาได้จากตำแหน่งของโลกที่อยู่ภายใน

     นักดาราศาสตร์มีแนวคิดคร่าวๆ เกี่ยวกับขนาดและรูปร่างของแขนกังหันของทางช้างเผือก แต่ก็ยังมีที่ไม่ทราบอีกมาก เราไม่สามารถมองเห็นกาแลคซีบ้านเกิดของเราได้อย่างเต็มที่เนื่องจากตำแหน่งของโลกที่อยู่ภายใน มันก็เหมือนกับการยืนอยู่ที่กลางไทม์สแควร์ แล้วพยายามวาดแผนที่เกาะแมนฮัตตัน คุณจะสามารถตรวจสอบได้อย่างแม่นยำเพียงพอที่จะทราบว่าตึกสองแห่งอยู่ในบล๊อกเดียวกัน หรืออยู่ห่างจากกันไม่กี่ช่วงถนน และคุณคิดหรือว่าจะได้เห็นตลอดจนถึงปลายเกาะในเมื่อมีหลายๆ สิ่งที่บดบังแนวสายตาอยู่

     เพื่อเรียนรู้เพิ่มขึ้น ผู้เขียนในการศึกษาใหม่มุ่งเป้าไปที่แขนกังหันแห่งหนึ่งที่อยู่ใกล้ๆ ซึ่งเรียกว่า แขนคนยิงธนู(Sagittarius Arm) ด้วยการใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์ของนาซาก่อนที่มันจะเกษียณตัวเองเมื่อเดือนมกราคม 2020 พวกเขาเสาะหาดาวที่เพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่ ฝังตัวอยู่ในเมฆก๊าซและฝุ่น(ซึ่งเรียกว่า เนบิวลา) ที่พวกมันถือกำเนิดขึ้นมา สปิตเซอร์ตรวจจับแสงอินฟราเรดที่สามารถทะลุผ่านเมฆเหล่านั้น ในขณะที่แสงช่วงตาเห็นที่สายตามนุษย์มองเห็นจะถูกปิดกั้นไว้

     คิดกันว่าดาวอายุน้อยและเนบิวลานั้นเรียงตัวอย่างแนบชิดตามรูปร่างของแขนกังหันที่พวกมันสังกัดอยู่ เพื่อให้ได้ภาพสามมิติของแขนส่วนนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้การเผยแพร่ข้อมูลล่าสุดเมื่อเดือนมิถุนายนจากดาวเทียมไกอา(Gaia) ขององค์กรอวกาศยุโรป(ESA) เพื่อตรวจสอบระยะทางถึงดาวอย่างแม่นยำ ข้อมูลรวมที่ได้เผยให้เห็นโครงสร้างยาวและบางที่เกี่ยวข้องกับแขนคนยิงธนู ซึ่งประกอบด้วยดาวอายุน้อยที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้เคียงกัน และอยู่ในทิศทางเดียวกันผ่านอวกาศ

     คุณสมบัติหลักของแขนกังหันก็คือพวกมันหมุนเวียนไปรอบๆ กาแลคซีแห่งหนึ่งแนบชิดแค่ไหน Michael Kuhn นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่คาลเทค และผู้เขียนนำรายงานใหม่ กล่าว คุณลักษณะนี้ตรวจสอบได้จากมุมพิทช์(pitch angle) ของแขน วงกลมวงหนึ่งจะมีมุมพิทช์ที่ 0 องศา และเมื่อกังหันเปิดมากขึ้น มุมพิทช์ก็จะเพิ่มขึ้น แบบจำลองทางช้างเผือกเกือบทั้งหมดบอกว่าแขนคนยิงธนูสร้างกังหันที่มีมุมพิทช์ประมาณ 12 องศา แต่โตรงสร้างที่เราตรวจสอบนี้แตกออกมาที่มุมเกือบ 60 องศา

แถบของดาวฤกษ์และเมฆที่กำลังก่อตัวดาวที่พบว่าปูดออกจากแขนคนยิงธนูของทางช้างเผือก ภาพเล็กแสดงขนาดของโครงสร้างและระยะทางจากดวงอาทิตย์

      โครงสร้างคล้ายๆ กันนี้ซึ่งบางครั้งเรียกว่า ติ่ง(spur) หรือขน(feathers) พบว่าปูดออกจากกาแลคซีกังหันอื่นๆ ได้ทั่วไป นักวิทยาศาสตร์สงสัยมาหลายทศวรรษแล้วว่าแขนกังหันของทางช้างเผือกเองก็จะมีรายละเอียดติ่งเหล่านี้หรือไม่ หรือว่าแขนกังหันค่อนข้างราบเรียบ

      รายละเอียดที่เพิ่งพบใหม่ประกอบด้วยเนบิวลา 4 แห่งที่เป็นที่รู้จักกันว่าสวยงามจนแทบหยุดหายใจ คือ เนบิวลานกอินทรี(Eagle Nebula ซึ่งมี Pillars of Creation), เนบิวลาโอเมกา(Omega Nebula), เนบิวลาสามแฉก(Trifid Nebula) และเนบิวลาลากูน(Lagoon Nebula) ในทศวรรษ 1950 นักดาราศาสตร์ทีมหนึ่งได้ทำการตรวจสอบระยะทางสู่ดาวบางส่วนในเนบิวลาเหล่านี้อย่างคร่าวๆ และสามารถบอกถึงการมีอยู่ของแขนคนยิงธนูได้ งานดังกล่าวได้ให้หลักฐานแรกๆ บางส่วนของโครงสร้างกังหันในกาแลคซีของเรา

     Alberto Krone-Martins ผู้เขียนร่วม นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์และอาจารย์ที่มหาวิทยาลัยคาลิฟอร์เนีย(UC) เออร์ และสมาชิกทีมไกอา DPAC(Gaia Data Processing and Analysis Consortium) กล่าวว่า ระยะทางเป็นสิ่งที่ตรวจสอบได้ยากที่สุดอย่างหนึ่งในทางดาราศาสตร์ ก็เพิ่งเมื่อเร็วๆ นี้เองที่การตรวจสอบระยะทางโดยตรงจากไกอา ได้ทำให้เรขาคณิตของโครงสร้างใหม่นี้เพิ่งปรากฏขึ้น

     ในการศึกษาใหม่ นักวิจัยยังพึ่งพาบัญชีรายชื่อดาวฤกษ์ที่เพิ่งเกิดใหม่มากกว่า 1 แสนดวงที่พบโดยสปิตเซอร์ ในงานสำรวจกาแลคซีที่เรียกว่า GLIMPSE(Galactic Legacy Infrared Mid-Plane Survey Extraordinaire) เมื่อเรารวมข้อมูลไกอาและสปิตเซอร์เข้าด้วยกัน และสุดท้ายก็ได้เห็นแผนที่รายละเอียดในแบบสามมิตินี้ เราก็เห็นว่าพื้นที่แห่งนี้ค่อนข้างซับซ้อนอยู่ไม่น้อยจนไม่เคยสังเกตเห็นมาก่อน Kuhn กล่าว

     นักดาราศาสตร์ยังไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้นักว่าอะไรทำให้แขนกังหันก่อตัวขึ้นในกาแลคซีอย่างทางช้างเผือกของเราได้ แม้ว่าเราจะมองไม่เห็นโครงสร้างเต็มๆ ของทางช้างเผือก แต่ความสามารถในการตรวจสอบการเคลื่อนที่ของดาวแต่ละดวงก็เป็นประโยชน์ในการเข้าใจปรากฏการณ์ประหลาดนี้ ดาวในโครงสร้างที่เพิ่งพบใหม่นี้น่าจะก่อตัวขึ้นในเวลาใกล้เคียงกัน ในพื้นที่โดยรวมกว้างๆ แหล่งเดียวกัน และได้รับอิทธิพลอย่างเป็นอัตลักษณ์จากการเปลี่ยนแปลงใหญ่ๆ ที่เกิดขึ้นภายในกาแลคซีซึ่งรวมถึงแรงโน้มถ่วงและแรงเฉือนอันเนื่องจากการหมุนรอบตัวของกาแลคซี 

     และสุดท้าย ก็ยังมีข้อย้ำคิดว่ายังมีความไม่แน่นอนอีกมากมายเกี่ยวกับโครงสร้างทางช้างเผือกในระดับใหญ่ และเรายังต้องพิจารณารายละเอียดถ้าเราต้องการจะเข้าใจภาพที่ใหญ่ขึ้นนี้ Robert Benjamin ผู้เขียนร่วมรายงานอีกคน นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยวิสคอนซิน-ไวท์วอเตอร์ และผู้นำโครงการสำรวจ GLIMPSE กล่าว โครงสร้างนี้เป็นเพียงชิ้นส่วนเล็กๆ ของทางช้างเผือก แต่มันก็สามารถบอกเราถึงบางสิ่งที่สำคัญของกาแลคซี โดยรวมได้ การศึกษานี้เผยแพร่ใน Astronomy & Astrophysics  

แหล่งข่าว spaceref.com : a break has been found in one of the Milky Way’s spiral arms
                space.com : the Milky Way has a “broken” arm that could reveal its galactic history