ความเป็นมาของฟองก๊าซท้องถิ่น

 

     การศึกษาใหม่พบว่า โลกล้อมรอบด้วยฟองขนาดยักษ์ที่มีความกว้างประมาณหนึ่งพันปีแสง ที่รอยต่อของฟองผลักดันให้เกิดการก่อตัวดาวฤกษ์อายุน้อยทั้งหมดที่อยู่ใกล้เคียง

     เป็นเวลาหลายทศวรรษที่นักดาราศาสตร์ทราบว่าระบบสุริยะอยู่ภายในสิ่งที่เรียกว่า ฟองท้องถิ่น(Local Bubble) เป็นฟองขนาดยักษ์ที่ล้อมรอบด้วยดาวฤกษ์อายุน้อยหลายพันดวง อย่างไรก็ตาม ยังมีความคลุมเครือเกี่ยวกับฟองนี้ ตั้งแต่ไม่ทราบขนาดและรูปร่างของมันที่แม่นยำ จนถึงกำเนิดและวิวัฒนาการ ในการศึกษาใหม่ นักวิจัยได้สำรวจฟองนี้ และพบแง่มุมใหม่ๆ ว่าฟองนี้เกื้อหนุนการก่อตัวดาวใหม่ๆ ได้อย่างไร

    ที่ไม่คาดคิดก็คือ นักดาราศาสตร์พบว่าพื้นที่ก่อตัวดาวที่อยู่ใกล้ๆ ทั้งหมดเรียงอยู่ตามพื้นผิวของฟองท้องถิ่นพอดี Catherine Zucker ผู้เขียนนำการศึกษา นักดาราศาสตร์ที่สถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศ ในบัลติมอร์ กล่าว เรามีการค้นพบนี้บังเอิญโดยสิ้นเชิง

ภาพจากศิลปินแสดงฟองรอบดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์สว่างที่อยู่ใกล้ๆ กลายเป็นฟองท้องถิ่น

     ด้วยการศึกษานี้ พวกเขาได้สร้างแผนที่จุดสำคัญหลักๆ ในละแวกกาแลคซีใกล้กับระบบสุริยะ พวกเขาได้วิเคราะห์ตำแหน่งในแบบสามมิติ, รูปร่างและการเคลื่อนที่ของก๊าซหนาทึบ และดาวอายุน้อย ภายในระยะทาง 650 ปีแสงจากดวงอาทิตย์ หนึ่งในความท้าทายที่สุดในงานวิจัยนี้ก็คือ จำนวนข้อมูลมากมายที่ต้องใช้เพื่อสร้างภาพสามมิติของจริงเพื่อแสดงการก่อตัวดาวบนพื้นผิวฟอง

     งานวิจัยเกี่ยวข้องกับการทำแผนที่อวกาศในแบบสามมิติ, การเคลื่อนที่ในแบบสามมิติ และมิติของเวลา ขณะนี้เราพูดได้ว่า ได้ย้อนเวลากลับไปและดูว่าพื้นที่ก่อตัวดาวเหล่านี้พัฒนาอย่างไรในช่วงพันปีที่ผ่านมา เมื่อเทียบแล้ว ความเข้าใจเกี่ยวกับการก่อตัวดาวดั่งเดิมของเราเกือบทั้งหมดมีพื้นฐานมาจากภาพพื้นที่ก่อตัวดาวในแบบสองมิติสถิต Zucker กล่าวเพิ่ม การวิเคราะห์การเคลื่อนที่ของดาวอายุน้อยเหล่านี้ได้ช่วยนักวิทยาศาสตร์ได้สร้างห่วงโซ่เหตุการณ์เบื้องหลังการสร้างและการเจริญของฟองท้องถิ่นขึ้นมาอีกครั้ง

     พวกเขาได้พบว่าดาวเหล่านี้กำลังเดินทางโดยตรงออกจากพื้นผิวฟอง ซึ่งบอกว่าพวกมันกำลังเคลื่อนที่เนื่องจากฟองกำลังขยายตัวตามเวลา ภายในฟองมีดาวที่อายุเก่าแก่มากกว่าแต่ไม่มีดวงใดเลยที่มีอายุน้อยกว่า 50 ล้านปี  

    นักวิจัยได้พบว่ามีซุปเปอร์โนวาชุดหนึ่งประมาณ 15 เหตุการณ์ที่น่าจะเริ่มเกิดขึ้นใกล้กับใจกลางของฟองท้องถิ่นเมื่อราว 14 ล้านปีก่อน การระเบิดซุปเปอร์โนวาได้สร้างคลื่นกระแทก และต่อมาคลื่นกระแทกที่ขยายตัวนี้ก็ได้กวาดก๊าซเย็นให้เป็นชั้นที่หนา นั้นก็คือพื้นผิวของฟองท้องถิ่น ซึ่งในขณะนี้ได้ยุบตัวลงก่อตัวดาวฤกษ์ใหม่ๆ หลายพันดวง Zucker กล่าว ทุกวันนี้ พื้นที่ก่อตัวดาวและเมฆโมเลกุลที่เป็นที่รู้จักกันดี 7 แห่ง ก็อยู่ตามพื้นผิวฟองนี้ ได้แก่ พื้นที่ก่อตัวดาวกลุ่มดาวคนแบกงู, สุนัขป่า, กิ้งก่าคามิเลียน และแมลงวัน, พื้นที่ก่อตัวดาวไปป์, พื้นที่ที่กลุ่มดาวมงกุฏใต้ และเมฆโมเลกุลกลุ่มดาววัว  

ตำแหน่งฟองท้องถิ่นในทางช้างเผือก

     นักดาราศาสตร์ตั้งทฤษฎีมานานแล้วว่าซุปเปอร์โนวาน่าจะกวาดก๊าซไปกองเป็นเมฆหนาทึบที่สุดท้ายจะก่อตัวดาวฤกษ์ใหม่ๆ แต่นักวิจัยในการศึกษานี้ก็ค่อนข้างประหลาดใจเมื่อได้เรียนรู้ว่า ดาวฤกษ์ใหม่ดวงเดี่ยวๆ เกือบทุกดวงใกล้ดวงอาทิตย์ ก็กำลังบนพื้นผิวฟองท้องถิ่นนี้ โดยปกติ เราสามารถอธิบายได้ว่าพื้นที่ก่อตัวดาวฤกษ์ใกล้เคียงทั้งหมดเริ่มต้นได้อย่างไร และเมื่อทำเช่นนั้น ก็จะให้หลักฐานจากการสำรวจที่ชัดเจนมากๆ แก่ทฤษฎีการก่อตัวดาวที่ขับดันโดยซุปเปอร์โนวา ว่าการแตกดับของดาวสามารถเหนี่ยวนำให้เกิดการก่อตัวของดาวได้ Zucker กล่าว

      การค้นพบใหม่ยังบอกว่าซุปเปอร์โนวามีความเกี่ยวข้องกับฟองนี้ ได้ระเบิดประมาณทุกๆ ล้านปี นับตั้งแต่ซุปเปอร์โนวาเหตุการณ์แรกเริ่มต้นเมื่อราว 14 ล้านปีก่อน และเหตุการณ์ล่าสุดอาจจะเกิดเมื่อเพียงไม่กี่ล้านปีก่อน เราคิดว่าเราทราบว่าซุปเปอร์โนวาที่ทำให้ฟองขยายตัวออกนี้มาจากกลุ่มดาวไหน ก็คือสองกระจุกเหล่านี้ที่เรียกว่า Upper Centaurus Lupus และ Lower Centaurus Crux ในกลุ่มของดาวที่เรียกว่า Sco-Cen stellar Association ซึ่งก่อตัวขึ้นใกล้ชิดกันและกันอย่างมากห่างกันเพียง 50 ปีแสง เมื่อราว 15 ถึง 16 ล้านปีก่อน ดังนั้น ดาวทั้งหมดในกระจุกทั้งสองเหล่านี้จึงมีอายุใกล้เคียงกัน Zucker กล่าว

    ดาวในกระจุกทั้งสองก่อตัวขึ้นมาโดยมีช่วงมวลที่แตกต่างกัน จากดาวทั้งหมดที่มีอยู่ในปัจจุบัน กระจุกน่าจะมีดาวใหญ่ที่สุดก็ใหญ่มากพอที่จะระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวาได้ ดาวมวลสูงที่สุดเหล่านั้นเริ่มกลายเป็นซุปเปอร์โนวาก่อนเลย โดยดาวที่มีมวลสูงน้อยกว่าก็ระเบิดตามๆ กันมา Zucker กล่าว ในกระจุกน่าจะมีซุปเปอร์โนวาเกิดขึ้นตั้งแต่ 14 ถึง 20 เหตุการณ์ ก็สอดคล้องกับจำนวนการระเบิดที่ต้องใช้เพื่อเป่าฟองท้องถิ่น

ภาพจากศิลปินแสดงฟองท้องถิ่น(Local bubble) ซึ่งมีการก่อตัวดาวใหม่ๆ เกิดขึ้นบนพื้นผิวฟอง ขณะนี้นักวิทยาศาสตร์ได้แสดงว่าห่วงโซ่เหตุการณ์ชุดหนึ่งซึ่งเริ่มต้นเมื่อ 14 ล้านปีก่อน โดยมีซุปเปอร์โนวาชุดหนึ่งได้นำไปสู่การก่อตัวฟองขนาดใหญ่นี้ ส่งผลให้เกิดการก่อตัวดาวอายุน้อยทั้งหมดภายในระยะ 650 ปีแสงจากโลก ที่ไม่พบพื้นที่การก่อตัวดาวทั้งบนและล่างอาจเป็นเพราะฟองท้องถิ่นดูเหมือนเป็นปล่อง ซึ่งจะปล่อยก๊าซออกจากระนาบกาแลคซี

     ฟองท้องถิ่นไม่ได้สิ้นฤทธิ์ แต่มันขยายตัวอย่างช้าๆ ที่ราว 6.4 กิโลเมตรต่อวินาที อย่างไรก็ตาม มันได้สูญเสียแรงผลักดันเกือบทั้งหมดไปและมีความเร็วที่คงที่มาก Joao Alves ผู้เขียนร่วม นักวิจัยที่มหาวิทยาลัยแห่งเวียนนา กล่าวในแถลงการณ์ว่า เมื่อซุปเปอร์โนวาเหตุการณ์แรกที่สร้างฟองท้องถิ่นเริ่มระเบิด ดวงอาทิตย์ของเรายังอยู่ไกลจากการระเบิด อย่างไรก็ตาม จนเมื่อ 5 ล้านปีก่อน เส้นทางของดวงอาทิตย์ในทางช้างเผือกก็นำมันผ่านเข้ามาในฟอง และขณะนี้ดวงอาทิตย์ก็อยู่เกือบใจกลางฟองพอดี

     ความจริงที่ว่าดวงอาทิตย์กำลังอยู่ในใจกลางฟองท้องถิ่นพอดี ได้บอกว่าฟองยักษ์ลักษณะนี้อาจจะพบได้ทั่วไปในทางช้างเผือก ไม่เช่นนั้น ดวงอาทิตย์ก็ไม่น่าจะมีโอกาสที่ไปอยู่ใจกลางฟองได้ Zucker กล่าว ทางช้างเผือกก็ไม่ต่างจากสวิสชีส ซึ่งมีโพรงในชีสที่ระเบิดจากซุปเปอร์โนวา และดาวฤกษ์ใหม่ๆ ก็กำลังก่อตัวอยู่ในเนื้อชีสรอบโพรงที่สร้างโดยดาวที่ตายแล้ว

     เป็นไปได้ที่ดวงอาทิตย์และโลกเคยวิ่งผ่านฟองยักษ์ลักษณะนี้หลายแห่งในทางช้างเผือก Zucker กล่าว เราคิดว่าเป็นไปได้ที่จะมีซุปเปอร์โนวาอื่นๆ หรือเพียงแค่ฟองยักษ์ที่เราผ่านเข้าไปก็เป็นได้ แต่ขณะนี้เมื่อดวงอาทิตย์บังเอิญอยู่ตรงกลางฟองท้องถิ่น เราก็จะมีที่นั่งแถวหน้าสุดที่ได้เห็นการก่อตัวดาวเกิดขึ้นรอบๆ เรา

ภาพนิ่งแสดงหน้าจอการแสดงข้อมูลด้วยภาพและไทม์ไลน์วิวัฒนาการฟองท้องถิ่นซึ่งระบุด้วยสีม่วงในภาพ ดวงอาทิตย์เป็นสีเหลือง(ตำแหน่งปัจจุบันดวงอาทิตย์ระบุด้วย x) กระจุกดาวและเมฆเป็นรหัสสีแดงจนถึงฟ้า ขึ้นอยู่กับว่าอยู่ด้านไหนเทียบกับดวงอาทิตย์

     นักวิทยาศาสตร์วางแผนจะทำแผนที่ตำแหน่ง, ขนาดและรูปร่างของฟองอื่นๆ ในทางช้างเผือก ฟองท้องถิ่นอาจจะกำลังมีปฏิสัมพันธ์กับฟองอื่นๆ ในกาแลคซี และเราหวังว่าจะทำแผนที่ฟองอื่นๆ ในอนาคต Zucker กล่าว เธอยังสงสัยว่าแล้วฟองเหล่านี้จะไปแตะกันที่ไหน พวกมันจะมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันและกันอย่างไร และฟองยักษ์ผลักดันการกำเนิดดาวอย่างดวงอาทิตย์ของเราในทางช้างเผือก อย่างไรบ้าง ก็น่าจะช่วยให้นักดาราศาสตร์ได้เข้าใจบทบาทที่ดาวที่ตายแล้วมีต่อการให้กำเนิดดาวฤกษ์ใหม่ๆ และในโครงสร้างและวิวัฒนาการของกาแลคซีอย่างทางช้างเผือก

     หนึ่งในความท้าทายที่สุดก็คือการพยายามหาอายุและกระจุกดาวต้นกำเนิดซุปเปอร์โนวาที่สร้างฟองเหล่านี้ เมื่อเราขยับไปไกลจากดวงอาทิตย์มากขึ้นเรื่อยๆ อย่างไรก็ตาม ข้อมูลใหม่จากปฏิบัติการไกอา(Gaia) ที่เรียกว่า Gaia DR3 จะช่วยเราได้ เมื่อมันจะให้การเคลื่อนที่ของดาวราว 30 ล้านดวงในอวกาศสามมิติ ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญในการปะติดปะต่อปริศนานี้

     นักวิทยาศาสตร์อธิบายการค้นพบออนไลน์วันที่ 12 มกราคม ในวารสาร Nature พวกเขายังนำเสนอผลสรุปในการแถลงข่าวในการประชุมสมาคมดาราศาสตร์อเมริกัน ด้วย

แหล่งข่าว space.com : giant galactic bubble is driving star formation, new study finds
                sciencedaily.com : 1000-light-year wide bubble surrounding Earth is source of all nearby, young stars
                skyandtelescope.com : 1000-light-year “bubble” is the source of all nearby baby stars   

ว่าที่ดวงจันทร์นอกระบบดวงที่สอง

 

     นักดาราศาสตร์ได้รายงานว่าพบดวงจันทร์ขนาดใหญ่ดวงที่สอง โคจรรอบดาวเคราะห์ขนาดพอๆ กับดาวพฤหัสฯ นอกระบบสุริยะของเรา

     ถ้ายืนยันก็น่าจะหมายความว่า ดวงจันทร์นอกระบบ(exomoons) ก็พบได้ทั่วไปในเอกภพพอๆ กับดาวเคราะห์นอกระบบ(exoplanets) และจะใหญ่หรือเล็ก ดวงจันทร์ก็เป็นส่วนหนึ่งในรายละเอียดของระบบดาวเคราะห์ การพบดวงจันทร์นอกระบบดวงแรกเมื่อ 4 ปีก่อน ยังคงรอคอยการยืนยันผล และว่าที่ดวงใหม่เองก็คงต้องรอคอยการยืนยันที่ยาวนานด้วยเช่นกัน

     การค้นพบนี้เผยแพร่ใน Nature Astronomy นำทีมโดย David Kipping และห้องทดลอง Cool Worlds ที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบีย ซึ่งรายงานว่าที่ดวงจันทร์นอกระบบดวงแรกในปี 2017 นักดาราศาสตร์ได้พบว่าที่ดาวเคราะห์นอกระบบมากกว่าหมื่นดวงและยืนยันดาวเคราะห์แล้วมากกว่าสี่พันดวง แต่ดวงจันทร์นอกระบบนั้นท้าทายกว่ามาก Kipping กล่าว เขาใช้เวลาทศวรรษที่ผ่านมาในการตามล่าดวงจันทร์นอกระบบ สำหรับว่าที่ดวงจันทร์นอกระบบดวงแรก Kepler-1625b-I มีขนาดพอๆ กับเนปจูน อยู่ไกลออกไป 7800 ปีแสงจากโลก

     ทีมได้พบว่าที่ดวงจันทร์นอกระบบขนาดยักษ์โคจรรอบดาวเคราะห์ Kepler-1780b ซึ่งเป็นพิภพที่อยู่ไกลออกไป 5500 ปีแสงในทิศทางกลุ่มดาวหงส์(Cygnus) และพิณ(Lyra) ว่าที่ดวงใหม่มีขนาดประมาณ 2.5 เท่ารัศมีโลก แต่ก็ยังเล็กเพียงหนึ่งในสามของว่าที่ดวงจันทร์นอกระบบดวงแรก แต่โคจรรอบดาวเคราะห์ขนาดพอๆ กับดาวพฤหัสรอบดาวฤกษ์ที่คล้ายกับดวงอาทิตย์ในวงโคจรคล้ายกับดาวอังคาร(ที่ระยะทางราว 1.6 เท่าระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์) ดวงจันทร์ของมันอยู่ไกลออกไปราว 12 เท่ารัศมีดาวเคราะห์(ใกล้เคียงกับระยะทางของยูโรปารอบดาวพฤหัสฯ)   

ภาพจากศิลปินแสดงดวงจันทร์นอกระบบที่มีขนาดพอๆ กับเนปจูน รอบดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ดวงหนึ่ง(ซ้าย) การค้นพบว่าที่ดวงจันทร์นอกระบบดวงที่สอง บอกใบ้ถึงความเป็นไปได้ที่ดวงจันทร์นอกระบบ(exomoons) อาจจะมีอยู่ทั่วไปพอๆ กับดาวเคราะห์นอกระบบ(exoplanets)  

     ว่าที่ดวงจันทร์ใหญ่ทั้งสองน่าจะเป็นก๊าซ ซึ่งสะสมขึ้นภายใต้แรงโน้มถ่วงจากขนาดที่ใหญ่ เมื่อเทียบกับในระบบสุริยะของเรา ดวงจันทร์ที่มีขนาดใหญ่ที่สุดก็คือ กานิมีด(Ganymede) ซึ่งมีขนาดราว 60% ของโลก ถ้าสมมุติฐานของนักดาราศาสตร์ถูกต้อง ดวงจันทร์นอกระบบก็อาจจะเริ่มต้นในฐานะดาวเคราะห์ด้วยซ้ำ เพียงแต่พวกมันถูกจับไว้โคจรรอบดาวเคราะห์ที่มีขนาดใหญ่กว่าอย่าง Kepler-1625b และ Kepler-1708b

     ดวงจันทร์ทั้งสองอยู่ไกลจากดาวฤกษ์แม่ ซึ่งจะมีแรงโน้มถ่วงกระทำต่อดาวเคราะห์และดึงดวงจันทร์ของพวกมันออกไปได้น้อยกว่า ในความเป็นจริง นักวิจัยมองหาดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์เย็นในวงโคจรที่กว้าง เพื่อหาดวงจันทร์นอกระบบเนื่องจากสิ่งที่พบคล้ายๆ กันในระบบสุริยะของเรา คือ ดาวพฤหัสฯ และดาวเสาร์ ก็มีดวงจันทร์ร่วมร้อยดวงรอบๆ มัน และถ้าจะมีดวงจันทร์อื่นอยู่ตรงนั้นอีก ก็น่าจะมีขนาดเล็กกว่า แต่ก็มองหาได้ยากกว่า Kipping กล่าว การตรวจพบครั้งแรกในการสำรวจใดๆ ดูจะเป็นเรื่องประหลาด พวกตัวใหญ่ๆ นั้นตรวจจับได้ง่ายที่สุดจากความไวที่จำกัดของเรา

     ดวงจันทร์นอกระบบสร้างความฉงนให้กับนักดาราศาสตร์ด้วยเหตุผลเดียวกับที่ดาวเคราะห์นอกระบบเป็น พวกมันมีศักยภาพที่จะเผยให้เห็นว่าชีวิตอาจจะอุบัติขึ้นในเอกภพได้ที่ไหนและอย่างไร นอกจากนี้ยังมีความน่าฉงนในตัวมันเองด้วย นักดาราศาสตร์ต้องการจะทราบว่าดวงจันทร์นอกระบบเหล่านี้ก่อตัวขึ้นได้อย่างไร, พวกมันค้ำจุนชีวิตได้หรือไม่ และถ้าได้ ดวงจันทร์จะมีบทบาทอย่างไรที่ทำให้ดาวเคราะห์ต้นสังกัดของพวกมันเอื้ออาศัยได้

     ในการศึกษาปัจจุบัน นักวิจัยพิจารณาไปที่ดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์เย็นที่สุดที่เคปเลอร์หาได้ หลังจากสแกนดาวเคราะห์ 70 ดวงในเบื้องลึก พวกเขาก็พบว่าที่เพียงดวงเดียวที่ Kepler-1708b ที่มีสัญญาณคล้ายดวงจันทร์ Kipping กล่าวว่า มันเป็นสัญญาณที่ทนทาน ไม่น่าจะโยนสมมุติฐานอะไรใส่มัน มันก็ไม่หายไป

ภาพอธิบายกราฟแสงความสว่างของดาวฤกษ์ เมื่อเกิดการบังโดยดาวเคราะห์ Kepler-1625 และปรากฏสัญญาณการหรี่ขนาดเล็กซึ่งอาจเป็นร่องรอยของดวงจันทร์รอบดาวเคราะห์อีกที 

     ต้องใช้การสำรวจจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศอื่นอย่างฮับเบิล เพื่อยืนยันการค้นพบซึ่งเป็นกระบวนการที่ใช้เวลานานหลายปี แม้ในอีกสี่ปีต่อมา การค้นพบดวงจันทร์นอกระบบดวงแรกของ Kipping ก็ยังคงเป็นที่ถกเถียงอย่างดุเดือด ทีมก็ยังคงสำรวจหลักฐานในทางอื่น มันอาจเป็นแค่ความปั่นป่วนของข้อมูล อาจจะเกิดขึ้นจากดาวฤกษ์หรือสัญญาณรบกวนในเครื่องมือเอง นี่เป็นสิ่งทีดีที่สุดของวิทยาศาสตร์ ถ้าได้พบวัตถุที่น่าสนใจสักดวง ก็ทำการทำนาย และจากนั้นก็ยืนยันหรือปฏิเสธด้วยการสำรวจในอนาคต

     การได้พบดาวเคราะห์ หรือกระทั่งดาวเคราะห์สักดวงไกลออกไปหลายร้อยปีแสงจากโลกเป็นเรื่องที่ไม่ง่ายเลย ดวงจันทร์และดาวเคราะห์จะสำรวจได้โดยอ้อม เมื่อพวกมันผ่านหน้าดาวฤกษ์ต้นสังกัด เป็นสาเหตุให้แสงของดาวฤกษ์มืดลงชั่วคราว การจับสัญญาณการผ่านหน้าอย่างนี้ด้วยกล้องโทรทรรศน์จึงเป็นเรื่องที่ซับซ้อน และต้องมาแปลผลข้อมูลกราฟแสงอีก สำหรับดวงจันทร์ยิ่งตรวจจับยากไปใหญ่เนื่องจากพวกมันมีขนาดเล็กกว่าและกันแสงได้น้อยกว่า

     อย่างไรก็ตาม มีคำถามที่ยังคงอยู่ว่า ระบบต่างด้าวที่ประกอบด้วยดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์และมีีดวงจันทร์ก๊าซ จะก่อตัวขึ้นได้อย่างไร เนื่องจากไม่พบสิ่งเหล่านี้ในระบบของเรา ซึ่งบอกว่ากลไกการก่อตัวจะต้องแตกต่างจากกลไกที่สร้างดวงจันทร์ที่นี่ บางทีดวงจันทร์นอกระบบอาจจะสะสมก๊าซจากดาวเคราะห์นอกระบบต้นสังกัดของพวกมัน หรืออาจจะเริ่มต้นจากการเป็นดาวเคราะห์ด้วยตัวมันเอง และจากนั้นก็ถูกจับไว้ในสนามแรงโน้มถ่วงของเพื่อนบ้านขนาดใหญ่กว่า  

    Laura Kreidberg จากสถาบันมักซ์พลังค์เพื่อดาราศาสตร์ ซึ่งทำการศึกษาติดตามผลที่ทำให้การค้นพบว่าที่ดวงจันทร์นอกระบบดวงแรกถูกตั้งคำถาม แต่ก็บอกว่าว่าที่ดวงที่สองดูน่าจะมีภาษีมากที่สุดเท่าที่เคยพบมาแต่ก็ยังต้องการข้อมูลที่มากขึ้น เราอยากจะเห็นการสำรวจการผ่านหน้าอื่นๆ ที่แสดงการหรี่แสง 2 ส่วน ครั้งแรกมาจากดาวเคราะห์กันแสงดาวฤกษ์ไว้ และอีกครั้งมาจากดวงจันทร์กันแสงดาวฤกษ์ไว้

     อย่างไรก็ตาม การสำรวจลักษณะนั้นไม่สามารถทำได้ในเวลาอันสั้น กล้องเคปเลอร์ซึ่งปลดระวางไปในปี 2018 และเครื่องมือในปัจจุบันที่มีความสามารถที่จะทำการสำรวจนี้ก็คือ กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ ที่เพิ่งส่งออกสู่อวกาศก็ตารางแน่นมาก อย่างไรก็ตาม นักวิจัยหวังว่าในทศวรรษหน้าซึ่งจะมีกล้องโทรทรรศน์หลายตัวพร้อมทำงานและมีความไวสูงพอที่จะตรวจจับดวงจันทร์นอกระบบได้ รวมถึงกล้องโทรทรรศน์อวกาศโรมัน(Nancy Grace Roman Space Telescope) เช่นเดียวกับหอสังเกตการณ์ภาคพื้นดินกลุ่มใหม่เช่น กล้องโทรทรรศน์ใหญ่สุดขั้ว(Extremely Large Telescope), กล้องโทรทรรศน์มาเจลลันยักษ์(Giant Magellan Telescope) และกล้องโทรทรรศน์สามสิบเมตร(Thirty Meter Telescope) ก็น่าจะนำไปสู่การยืนยันดวงจันทร์นอกระบบดวงแรกได้

แหล่งข่าว phys.org - astronomers find evidence for a second supermoon beyond our solar system
                skyandltelescope.com – needle in the haystack: new exomoon candidate found
                 iflscience.com – second potential supermoon found outside the solar system, and it’s huge
                sciencealert.com – we may have just detected a supermoon outside the solar system  

การปะทุครั้งใหญ่จากดาวฤกษ์ที่คล้ายดวงอาทิตย์อายุน้อย

ภาพจากศิลปินแสดง EK Draconis ดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์อายุน้อย ปลดปล่อยการผลักมวลในชั้นโคโรนา(coronal mass ejection) ขนาดใหญ่ออกมาหาดาวเคราะห์อายุน้อย

    เฉกเช่นเดียวกับมังกรในตำนาน ดาวฤกษ์ EK Draconis เองก็พ่นก๊าซร้อนแรงออกมา นี่เป็นครั้งแรกที่มีการสำรวจพบการปะทุเส้นใยก๊าซขนาดใหญ่มากจากดาวฤกษ์ที่คล้ายดวงอาทิตย์

     เนื่องจาก EK Draconis มีความคล้ายกับดวงอาทิตย์ในแง่ของขนาดและมวล แต่มีอายุน้อยกว่า นี่อาจจะบ่งชี้ว่าดวงอาทิตย์เองก็เคยพ่นก๊าซรุนแรงลักษณะเดียวกันเมื่อนานมาแล้ว ก๊าซร้อนแรงจำนวนมากจากดวงอาทิตย์น่าจะทำให้ดาวเคราะห์พบกับสภาพแวดล้อมที่ทารุณ ซึ่งรวมถึงโลกในวัยเยาว์ที่เพิ่งมีสิ่งมีชีวิตเริ่มอุบัติขึ้น

     ทีมวิจัยที่นำโดย Kosuke Namekata และ Hiroyuki Maehara จากหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์แห่งชาติญี่ปุ่น(NAOJ) ได้จับตาดู EK Draconis ดาวฤกษ์ชนิดเดียวกับดวงอาทิตย์(ดาวฤกษ์แคระเหลือง สเปคตรัมชนิด G-ผู้แปล) อายุน้อยราว 50 ถึง 125 ล้านปี อยู่ห่างออกไป 111 ปีแสงในกลุ่มดาวมังกร(Draco) ด้วยการใช้ดาวเทียมและกล้องโทรทรรศน์หลายแห่ง ซึ่งรวมถึง TESS และ กล้องโทรทรรศน์เซเมขนาด 3.8 เมตรทางตะวันตกของญี่ปุ่น

การลุกจ้าดวงอาทิตย์(Solar flare) เป็นการปลดปล่อยพลังงานแม่เหล็ก ซึ่งมักจะมีการผลักก้อนก๊าซร้อนจัดที่แตกตัวเป็นประจุ(plasma) ออกมาสู่อวกาศ ซึ่งเรียกว่าการผลักมวลในชั้นโคโรนา(coronal mass ejection) 

     งานก่อนหน้านี้ได้พบว่า EK Draconis มักจะเกิดการลุกจ้า(flares) ซึ่งบอกว่านักดาราศาสตร์ที่จับตาดูมัน อาจจะโชคดีถ้าจะตามล่าการลุกจ้า ทีมสำรวจดาว 32 คืนตั้งแต่เดือนมกราคมจนถึงเมษายน 2020 และในวันที่ 5 เมษายน 2020 ก็พบการลุกจ้าครั้งใหญ่-ซุปเปอร์แฟลร์(superflare) จากดาวฤกษ์นี้ นี่เป็นการสำรวจสเปคตรัมช่วงตาเห็นครั้งแรกที่พบซุปเปอร์แฟลร์จากดาวฤกษ์ที่คล้ายดวงอาทิตย์ ที่พ่วงมากับซุปเปอร์แฟลร์ในอีก 30 นาทีต่อมา ทีมยังพบหลักฐานการปะทุเส้นใยก๊าซร้อนแตกตัวมีประจุหรือพลาสมา(plasma) ขนาดใหญ่มากสายหนึ่ง ซึ่งดูคล้ายกับเป็นการผลักมวลในชั้นโคโรนา(coronal mass ejection; CMEs) และนี่ก็เป็นครั้งแรกอีกเช่นกันที่พบในดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ เส้นใยพลาสมามีขนาดใหญ่ มวลสูงเป็นสิบเท่าของ CMEs ที่ใหญ่ที่สุดจากดวงอาทิตย์ และมีความเร็วสูงถึง 500 กิโลเมตรต่อวินาที

     Yuta Notsu ผู้เขียนร่วมการศึกษา นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยโคโลราโด โบลเดอร์ บอกว่า ทีมทำได้แค่จับสถานะเริ่มต้นของ CME(เป็นการปะทุเส้นใย; filament eruption phase) ดังนั้นจึงยังไม่แน่ชัดว่ามันจะตกกลับสู่ดาวฤกษ์ หรือถูกผลักออกสู่อวกาศ การวิจัยในอนาคตน่าจะต้องใช้กล้องโทรทรรศน์เพื่อสำรวจสถานะต่อมาของ CME รอบๆ ดาวฤกษ์อื่นด้วย

     เมื่อ CMEs จากดวงอาทิตย์ชนกับโลก สามารถเผาดาวเทียมในวงโคจรและเกิดการรบกวนครั้งรุนแรงที่เรียกว่า พายุสุริยะ(geomagnetic storm) ที่สามารถสร้างหายนะให้กับเส้นไฟฟ้า ยกตัวอย่างเช่น ในปี 1989 CME เหตุการณ์หนึ่งได้ทำให้มณฑลควิเบคของคานาดาไฟดับในเวลาไม่กี่วินาทีและเกือบจะทำให้ไฟฟ้าในสหรัฐฯ ตั้งแต่แอตแลนติกกลางจนถึงแปซิฟิกตะวันตกเฉียงเหนือดับ Notsu กล่าวว่า การผลักมวลในชั้นโคโรนาส่งผลอย่างรุนแรงต่อโลกและสังคมมนุษย์

การลุกจ้าของดวงอาทิตย์ในวันที่ 20 มกราคม 2022(ด้านขวาสุด) พบ CMEs ตามมาอีก 2 ครั้ง

     ถ้าสมมุติว่า EK Draconis เป็นตัวอย่างทั่วไปของดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์เมื่ออายุน้อย เส้นใยขนาดใหญ่มากก็อาจจะพบได้ทั่วไปรอบดาวฤกษ์อายุน้อย เส้นใยความเร็วสูงที่ร้อนที่หลั่งไหลออกจากดวงอาทิตย์อายุน้อยน่าจะส่งผลอย่างร้ายแรงต่อสภาพแวดล้อมของโลกและดาวเคราะห์อื่น เราต้องคำนึงถึงปรากฏการณ์เหล่านี้เมื่อคิดถึงกำเนิดของสิ่งมีชีวิตบนโลกและการค้นหาชีวิตบนดาวเคราะห์อื่น

     ถ้าดวงอาทิตย์ปล่อยการปะทุลักษณะนี้ออกมา มันก็น่าจะฉีกชั้นบรรยากาศของโลกออกไป และทำให้ดาวเคราะห์ของเราปลอดเชื้อเป็นบริเวณกว้าง

     Notsu บอกว่าซุปเปอร์แฟลร์ของดาวฤกษ์อายุมากอย่างดวงอาทิตย์นั้นดูเหมือนจะพบได้ยาก แต่ข้อมูลจากวงปีต้นไม้และแหล่งอื่นๆ ได้บอกว่า ดวงอาทิตย์อาจจะเคยสร้างซุปเปอร์แฟลร์มาชนโลกหลายครั้งในช่วงหนึ่งหมื่นปีที่ผ่านมา การถกเถียงถึงความเป็นไปได้และผลกระทบของซุปเปอร์แฟลร์และซุปเปอร์ CMEs ในประชาคมวิทยาศาสตร์เป็นเรื่องสำคัญ เขากล่าว ผลสรุปเผยแพร่ใน Nature Astronomy วันที่ 9 ธันวาคม 2021

แหล่งข่าว naoj.jp : fiery dragon’s breath may scorch young planets    
                space.com : astronomers spy record-breaking eruption on young sunlike star
                sciencealert.com : gigantic eruption from “Dragon” star is a dire warning about the Sun  

คลื่นความโน้มถ่วงพื้นหลังในเอกภพ

 

การชนที่รุนแรงในเอกภพได้สร้างคลื่นความโน้มถ่วงตลอดความเป็นมาของเอกภพ จนน่าจะสร้างคลื่นความโน้มถ่วงพื้นหลังทิ้งไว้ในกาลอวกาศ

     นับตั้งแต่ที่นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงที่มาจากหลุมดำชนกันได้เป็นครั้งแรกในปี 2015 หลักฐานก็เพิ่มพูนขึ้นว่าเอกภพนั้นเต็มไปด้วยคลื่นชนิดนี้ เหตุการณ์ใหญ่ๆ ทุกเหตุการณ์ ทั้งการชนของหลุมดำหรือดาวนิวตรอน หรือกระทั่งซุปเปอร์โนวาทุกเหตุการณ์ ก็น่าจะส่งคลื่นความโน้มถ่วงสะเทือนข้ามห้วงกาลอวกาศมา

      ผลโดยรวมจากคลื่นเหล่านี้ทั้งหมดน่าจะสร้างเป็นเสียงฮัมแผ่วๆ ในพื้นหลังไปทั่วเอกภพ คล้ายกันกับเสียงรบกวนพื้นหลังที่มาจากเสียงเซ็งแซ่ในหอประชุมที่มีคนแออัด มีการทำนายว่าคลื่นความโน้มถ่วงพื้นหลัง(gravitational wave background) นี้น่าจะแผ่วเบาและตรวจจับได้ยากมากๆ แต่กระนั้น เมื่อปีที่แล้ว นักวิทยาศาสตร์ในกลุ่มความร่วมมือนานาชาติ NANOGrav ก็บอกว่าพวกเขาอาจจะพบแล้ว ขณะนี้ กลุ่มความร่วมมือเครือข่ายจับเวลาพัลซาร์นานาชาติ(International Pulsar Timing Array; IPTA) ได้ให้หลักฐานใหม่ว่าเราอาจจะตรวจจับเสียงฮัมเบานั้นแล้ว ซึ่งถ้ายืนยันก็จะเป็นเรื่องใหญ่มาก Siyuan Chen นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากหอสังเกตการณ์แห่งปารีส และ CNRS ในฝรั่งเศส กล่าวว่า นี่เป็นสัญญาณที่น่าตื่นเต้นมากๆ แม้ว่าเราจะยังไม่มีหลักฐานที่หนักแน่น เราอาจจะเพิ่งเริ่มตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงพื้นหลังเอง ผลสรุปนี้ยิ่งเน้นย้ำ การปรากฏขึ้นของสัญญาณคล้ายๆ กันอย่างต่อเนื่อง ซึ่งพบในชุดข้อมูลแต่ละชุดที่มาจากกลุ่มความร่วมมือที่จับเวลาสัญญาณของพัลซาร์ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมานี้

    IPTA ร่วมมือกับกลุ่มความร่วมมือทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์หลายกลุ่มจากทั่วโลก เพิ่งเสร็จสิ้นการสำรวจหาคลื่นความโน้มถ่วงในการเผยแพร่ข้อมูลอย่างเป็นทางการครั้งล่าสุดที่เรียกว่า DR2(Data Release 2) ชุดข้อมูลนี้ประกอบด้วยข้อมูลการจับเวลาที่แม่นยำจากพัลซาร์เสี้ยววินาที(millisecond pulsar) 65 แห่ง DR2 เป็นการรวมชุดข้อมูลอิสระ 3 ชุดจากสมาชิกผู้ก่อตั้ง IPTA คือ EPTA(European Pulsar Timing Array), NANOGrav(North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves) และ PPTA(Parkes Pulsar Timing Array) ในออสเตรเลีย

     พัลซาร์เสี้ยววินาที(millisecond pulsar) พวกมันเป็นดาวนิวตรอน(neutron star) ซึ่งเป็นซากดาวที่เปล่งลำคลื่นวิทยุแคบๆ ออกมาจากขั้วแม่เหล็กของพวกมัน หมุนรอบตัวด้วยความเร็วสูงหลายร้อยรอบต่อวินาที เร็วพอๆ กับเครื่องบดสับในครัว ลำคลื่นวาดไปรอบๆ ดูเหมือนเป็นจังหวะ(pulses) สัญญาณมาถึงด้วยเวลาที่แม่นยำอย่างไม่น่าเชื่อ

การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงจากหอสังเกตการณ์บนโลกใช้การสะท้อนเลเซอร์จากกระจก จะบอกถึงระลอกในกาลอวกาศที่เกิดขึ้นด้วยความถี่สูง ซึ่งมาจากการชนและควบรวมวัตถุมวลไม่สูงมาก อย่างเป็น ดาวนิวตรอน หรือหลุมดำขนาดเล็ก แต่สำหรับคลื่นความโน้มถ่วงจากหลุมดำยักษ์ในใจกลางกาแลคซี คลื่นมีความถี่ที่ต่ำมาก ต้องใช้การสังเกตการณ์ที่มีเส้นฐาน(baseline) ระดับล้านกิโลเมตรหรือมากกว่านั้น การใช้พัลซาร์จึงช่วยได้

     การเปลี่ยนแปลงในเวลามาถึงของสัญญาณ สามารถใช้เพื่อนำร่อง, เพื่อสำรวจตัวกลางในอวกาศ(interstellar medium) และศึกษาแรงโน้มถ่วง นับตั้งแต่การค้นพบคลื่นความโน้มถ่วง นักดาราศาสตร์เองก็ใช้พวกมันเพื่อตรวจสอบด้วย นั้นเป็นเพราะคลื่นความโน้มถ่วงจะทำให้กาลอวกาศยืดและหด เมื่อคลื่นวิ่งผ่าน ซึ่งในทางทฤษฎีแล้ว ก็น่าจะเปลี่ยนแปลงเวลาการมาถึงของจังหวะวิทยุจากพัลซาร์นั้นไปเล็กน้อย(มากๆ) เมื่อกาลอวกาศระหว่างเรากับพัลซาร์ยืดและหดตัว พัลซาร์เพียงแห่งเดียวบอกอะไรเราไม่ได้มากนัก แต่ถ้าความคลาดเคลื่อนในเวลา(timing variation) เหล่านี้สำรวจในพัลซาร์จำนวนหนึ่ง ก็น่าจะบ่งชี้ถึงการมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วงได้ ซึ่งวิธีการนี้เรียกว่า เครือข่ายจับเวลาพัลซาร์(pulsar timing array)

     ชุดข้อมูลของทีมมีพื้นฐานมาจากการสำรวจพัลซาร์เสี้ยววินาที 65 แห่ง ความคลาดเคลื่อนที่เกิดขึ้นมีคุณลักษณะที่สอดคล้องกับสิ่งที่เราทำนายไว้จากคลื่นความโน้มถ่วงพื้นหลัง แต่นี่ก็ยังไม่ใช่หลักฐานที่แน่ชัด แต่ก็ขยับเข้าไปใกล้อีกก้าว

     สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์อยากเห็นจริงๆ ก็คือ สัญญาณที่จำเพาะในแต่ละคู่พัลซาร์, ความแรงซึ่งจะขึ้นอยู่กับระยะห่างบนท้องฟ้าในคู่พัลซาร์เอง ซึ่งเรายังไม่ได้เห็นเนื่องจากสัญญาณนั้นอ่อนเกินไป แต่สัญญาณที่เราได้ตอนนี้ก็เป็นไปตามที่คาดไว้ว่าจะได้พบก่อน

     เงื่อนงำแรกของคลื่นความโน้มถ่วงพื้นหลัง ก็น่าจะเป็นสัญญาณอย่างที่ได้เห็นใน IPTA DR2 Bhal Chandra Joshi นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่ศูนย์เพื่อดาราศาสตร์ฟิสิกส์วิทยุแห่งชาติ ในอินเดีย กล่าว จากนั้น เมื่อมีข้อมูลมากขึ้น สัญญาณก็จะปรากฏชัดขึ้นและเริ่มแสดงความสัมพันธ์ที่จำเพาะมากขึ้นกับตำแหน่งในอวกาศ ซึ่งในจุดนั้นเองที่เราจะบอกได้ว่ามันเป็นคลื่นความโน้มถ่วงพื้นหลังจริงๆ เรากำลังเฝ้าคอยที่จะได้ข้อมูลอีกหลายปีของ IPTA เพื่อช่วยให้บรรลุถึงเป้าหมายการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงพื้นหลัง

ภาพอธิบายคลื่นความโน้มถ่วงพื้นหลัง(สีม่วง) ส่งผลต่อสัญญาณจากพัลซาร์เสี้ยววินาที(millisecond pulsars-วงกลมสีขาวที่มีเส้นยาว) เมื่อคลื่นเดินทางมายังโลก(ก้อนสีฟ้า) 

      แต่อย่างไรก็ตาม สัญญาณก็ยังอาจมีสาเหตุจากสิ่งอื่น Boris Goncharov นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่ กล่าวว่า เราก็ต้องพิจารณาว่าสัญญาณอาจจะมาจากสิ่งใดได้อีก ยกตัวอย่างเช่น บางทีอาจจะเป็นผลจากสัญญาณรบกวน(noise) ที่มีในข้อมูลพัลซาร์แต่ละแห่งเอง ซึ่งในการวิเคราะห์ไม่ได้ตระหนักถึง นี่หมายความว่า ยังมีงานวิทยาศาสตร์ที่ต้องทำอีกมากก่อนที่เราจะสามารถพูดได้แน่ชัดว่าได้ตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงพื้นหลังแล้ว แต่เมื่อมีหลักฐานมา ก็เริ่มตื่นเต้นได้บ้าง

      นั้นเป็นเพราะ ถ้าเราได้ตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงพื้นหลังจริง แหล่งที่เป็นไปได้มากที่สุดก็คือ มาจากการชนกันของวัตถุที่มีมวลสูงที่สุดในเอกภพ คือ หลุมดำมวลมหาศาล(supermassive black holes) นี่หมายความว่า สัญญาณนี้น่าจะช่วยไขปัญหาพาร์เซคสุดท้าย(final parsec problem) ซึ่งบอกว่าหลุมดำมวลมหาศาลไม่สามารถควบรวมกันได้ และจะช่วยเราให้เข้าใจวิวัฒนาการและการเจริญของกาแลคซีได้ดีขึ้น

     การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงจากประชากรคู่หลุมดำมวลสูง หรือจากแหล่งอื่นๆ จะช่วยให้เรามีแง่มุมอันไม่น่าเชื่อสู่การก่อตัวและการเจริญของกาแลคซี หรือกระบวนการทางเอกภพวิทยาที่เกิดขึ้นในเอกภพเยาว์วัย Alberto Vecchio นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ ผู้อำนวยการสถาบันเพื่อดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วง ที่มหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮม ในสหราชอาณาจักร กล่าว ต้องใช้ความพยายามระดับนานาชาติครั้งใหญ่แบบ IPTA นี้เพื่อให้บรรลุถึงเป้าหมายนี้ และในอีกไม่กี่ปีต่อจากนี้ ก็น่าจะนำเราไปสู่ยุคทองของการสำรวจ(คลื่นความโน้มถ่วงพื้นหลัง) เหล่านี้ในเอกภพ งานวิจัยเผยแพร่ใน Monthly Notices of the Royal Astronomical Society วันที่ 12 มกราคม

แหล่งข่าว sciencealert.com : scientists have detected a faint hint of the background hum of the universe 
                phys.org : international collaboration offers new evidence of a gravitational wave background
                space.com : gravitational waves play with fast spinning stars, study suggests