แอ่งสนามแม่เหล็ก

 

  

   หลุมดำแห่งหนึ่งในใจกลางกาแลคซีแสดงบทบาทในการตายของกาแลคซีต้นสังกัด โดยกลืนกินฝุ่นและก๊าซรอบข้างไป และไม่เหลือสสารทิ้งไว้มากพอที่จะก่อตัวดาวฤกษ์ใหม่ๆ อย่างไรก็ตาม เพียงแรงโน้มถ่วงโดยลำพัง ไม่ได้รุนแรงมากพอที่จะจัดการให้สสารทั้งหมดเคลื่อนย้ายสู่หลุมดำได้

     ทฤษฎีได้เสนอว่าสนามแม่เหล็กน่าจะช่วยแรงโน้มถ่วงในการป้อนสสารเข้าสู่หลุมดำ ลำเลียงสสารตามทิศทาง(สนามแม่เหล็ก) ด้วยความช่วยเหลือจากการสำรวจของ SOFIA(Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) ก็สามารถยืนยันทฤษฎีเหล่านี้ได้ ด้วยการทำแผนที่รูปร่างของสนามแม่เหล็กในพื้นที่ใจกลางของกาแลคซีกังหัน NGC 1097 นักวิจัยได้พบว่าสนามแม่เหล็กช่วยกำกับเส้นทางที่ฝุ่นและก๊าซมุ่งหน้าเข้าสู่หลุมดำมวลมหาศาล(supermassive black hole) ที่ใจกลางกาแลคซี

     ด้วยการใช้การสำรวจช่วงตาเห็น, อุลตราไวโอเลต และอินฟราเรด เราสามารถตรวจสอบดาวฤกษ์, ก๊าซและฝุ่นที่ประกอบอยู่ในกาแลคซีได้ อย่างไรก็ตาม การเกิดโพลาไรซ์(polarization) ของแสงเหล่านี้ ช่วยเราให้ระบุองค์ประกอบที่เกือบมองไม่เห็น ก็คือ สนามแม่เหล็กอ่อนๆ ที่แทรกซึมอยู่ในห้วงอวกาศระหว่างดาว และกำกับวิวัฒนาการกาแลคซี ดาวไม่สร้างแสงโพลาไรซ์ในตัวมันเอง แสงของมันจะสั่นในทุกระนาบ แต่เมื่อแสงดาวมีปฏิสมพันธ์กับเม็ดฝุ่นในอวกาศ ก็อาจจะเกิดโพลาไรซ์ได้ โดยสั่นในทิศทางที่จำเพาะเท่านั้น เม็ดฝุ่นจะเรียงตัวไปกับสนามแม่เหล็ก รูปแบบการเกิดโพลาไรซ์ของแสงที่กระเจิงออกจากเม็ดฝุ่น จึงสะท้อนถึงทิศทางของสนาม(แม่เหล็ก) เหล่านั้น

กระแสธารก๊าซข้างนอกและภายในวงแหวนสตาร์เบิร์สของกาแลคซีกังหัน NGC 1097 วิ่งไปตามสนามแม่เหล็ก แสดงว่าสสารจากกาแลคซีกำลังป้อนเข้าสู่หลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางของมัน

     เป็นครั้งแรกที่เราสามารถวิเคราะห์ผลของสนามแม่เหล็กต่อการไหลของก๊าซเข้าสู่พื้นที่ก่อตัวดาว(ที่ใจกลาง) โดยใช้ SOFIA และในพื้นที่ใจกลางกาแลคซีก็ใช้การสำรวจโพลาริเมตริกคลื่นวิทยุ Enrique Lopez-Rodriguez จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด ผู้เขียนนำรายงานล่าสุดที่อธิบายสนามแม่เหล็กของ NGC 1097 ซึ่งอยู่ห่างออกไป 45 ล้านปีแสงในกลุ่มดาวเตาหลอม(Fornax) เผยแพร่ใน Astrophysical Journal

     NGC 1097 เป็นกาแลคซีกังหันมีคาน(barred spiral) โดยมีพื้นที่ก่อตัวดาวอย่างหนาแน่นในทิศทางมุ่งหน้าสู่ใจกลาง ซึ่งเรียกว่า starburst ring เนื่องจากการตรวจสอบสนามแม่เหล็กในพื้นที่ที่หนาแน่นสูงมากเป็นหนึ่งในความได้เปรียบของ SOFIA Lopez-Rodriguez และทีมใช้ SOFIA เพื่อตรวจสอบพื้นที่ที่หนาแน่นที่กำลังควบรวมกันกลายเป็น starburst ring เมื่อรวมกับการสำรวจโพลาริเมตริกคลื่นวิทยุภายในวงแหวนนี้ การสำรวจทางดาราศาสตร์ที่แตกต่างชนิดกันเหมาะสมในการศึกษาพื้นที่ที่เบาบางกว่า

ภาพ GIF แสดงการเรียงตัวของสนามแม่เหล็ก(เส้นวิ่ง) และทิศทางที่ใจกลางวงแหวนสตาร์เบิร์สขนาด 1 กิโลพาร์เซค ของ NGC 1097 โดยใช้ข้อมูลการสำรวจโพลาริเมตริกวิทยุ

     นักวิจัยได้พบความแตกต่างอย่างชัดเจนในสัณฐานวิทยาสนามแม่เหล็กระหว่างพื้นที่ทั้งสอง การสำรวจของ SOFIA ได้แสดงว่าสนามแม่เหล็กป้อนสสารเข้าสู่ starburst ring ในขณะที่การสำรวจคลื่นวิทยุแสดงว่าสนามแม่เหล็กหมุนวนเข้าสู่ใจกลางกาแลคซี ป้อนเข้าสู่หลุมดำมวลมหาศาล

     แต่แม้ว่าจะมีความแตกต่างปรากฏให้เห็น ทั้งสองส่วนก็ไม่ได้แยกขาดจากกันเด็ดขาดนัก การศึกษาได้พิสูจน์ว่าสนามแม่เหล็กในกาแลคซี ช่วยนำก๊าซและฝุ่นเข้าสู่หลุมดำที่ใจกลาง เมื่อรวมกันแล้ว สนามในโครงสร้างขนาดใหญ่เป็นไปตามรูปร่างแขนกังหันของ NGC 1097 ไขสสารจากแขนเข้าสู่วงแหวนที่พื้นที่ส่วนในสุดของแขน และจากวงแหวนนี้ก็ไหลต่อไปสู่หลุมดำซึ่งจะกลืนกินสสารไป

การเรียงตัวของสนามแม่เหล็กภายในวงแหวนสตาร์เบิร์ส NGC 1097 เส้นสีฟ้าบ่งบอกข้อมูลอินฟราเรดไกลที่ได้จาก SOFIA ในขณะที่สีแดงและส้ม เป็นการสำรวจโพลาริเมตริกวิทยุ สนามแม่เหล็กมีการจัดเรียงในอินฟราเรดไกลที่แตกต่างออกไปเทียบกับการสำรวจในช่วงวิทยุ

     งานวิจัยนี้ยืนยันว่าไม่เพียงแค่แรงโน้มถ่วงที่ช่วยหลุมดำให้ได้รับมวลสารในกาแลคซีต้นสังกัด แต่สนาแม่เหล็กก็มีบทบาทด้วย การสำรวจของเรายังให้หลักฐานว่าสนามแม่เหล็กที่อยู่ใกล้ชิดกับหลุมดำที่ใจกลางกาแลคซีกัมมันต์(active galaxies) อาจจะมาจากสนามแม่เหล็กในโครงสร้างขนาดใหญ่ในกาแลคซีต้นสังกัดเอง Lopez-Rodriguez กล่าว การสำรวจพบสนามแม่เหล็กที่ฟูมฟักหลุมดำเป็นครั้งแรกนี้ช่วยตอบคำถามสำคัญเกี่ยวกับว่ากาแลคซีพัฒนา และสุดท้ายก็ตายอย่างไร

แหล่งข่าว scitechdaily.com : SOFIA reveals how magnetic fields help feed a supermassive black hole
                skyandtelescope.com : magnetic “spoon” feeds supermassive black hole