กล้องฮับเบิลยืนยันดาวหางที่ใหญ่ที่สุด

 

ภาพชุดแสดงว่าจะแยกแยะนิวเคลียสของดาวหาง C/2014 UN271(Bernardinelli-Bernstein) ออกจากกลุ่มฝุ่นและก๊าซ(coma) ขนาดมหึมารอบนิวเคลียสได้อย่างไร ทางซ้ายเป็นภาพดาวหางที่ถ่ายโดยกล้องมุมกว้าง 3 ของฮับเบิลในวันที่ 8 มกราคม 2022 ภาพกลางเป็นแบบจำลองโคมาให้สอดคล้องกับลักษณะความสว่างพื้นผิวจากภาพทางซ้าย นี่ช่วยให้ลบผลจากโคมาออกได้ จะเผยให้เห็นแสงเรืองเป็นจุดที่มาจากนิวเคลียส เมื่อรวมกับข้อมูลวิทยุ นักดาราศาสตร์ก็ตรวจสอบขนาดของนิวเคลียสได้อย่างแม่นยำ ซึ่งไม่ได้เรื่องยากสำหรับวัตถุที่อยู่ห่างออกไป 3.2 พันล้านกิโลเมตร แม้ว่าประเมินว่านิวเคลียสมีความกว้างถึง 130 กิโลเมตร แต่ก็ยังห่างไกลเกินไปที่กล้องฮับเบิลจะถ่ายภาพได้ ขนาดของนิวเคลียสจึงมาจากความสามารถในการสะท้อนแสงที่ฮับเบิลได้ตรวจสอบ นิวเคลียสมืดพอๆ กับถ่านไม้ พื้นที่นิวเคลียสประเมินจากการสำรวจวิทยุ

     กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลได้ตรวจสอบขนาดของนิวเคลียสดาวหางน้ำแข็งที่มีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่นักดาราศาสตร์เคยเห็นมา เส้นผ่าศูนย์กลางที่ประเมินได้อยู่ที่ราว 130 กิโลเมตร นิวเคลียสดาวหางนี้มีขนาดใหญ่กว่าที่พบในดาวหางทั่วไปราว 50 เท่า มวลโดยประมาณอยู่ที่ 5 ร้อยล้านล้านตัน หรือหนักกว่ามวลดาวหางทั่วไปที่พบใกล้ดวงอาทิตย์มากกว่า ราวๆ 1 แสนเท่า

     ดาวหางดวงมหึมาC/2014 UN271(Bernardinelli-Bernstein) กำลังมุ่งหน้าเข้ามาจากขอบระบบสุริยะด้วยความเร็ว 35200 กิโลเมตรต่อชั่วโมง แต่ไม่ต้องเป็นห่วงเมื่อมันจะเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ไม่สั้นไปกว่า 1.6 พันล้านกิโลเมตร ซึ่งไกลกว่าระยะทางวงโคจรดาวเสาร์เล็กน้อย และจะเกิดขึ้นในราวปี 2031

     ผู้ยึดครองสถิติก่อนหน้านี้เป็นดาวหาง C/2002 VQ94 ซึ่งมีนิวเคลียสที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางราว 96 กิโลเมตร มันถูกพบในปี 2002 โดยโครงการ LINEAR(Lincoln Near-Earth Asteroid Research) David Jewitt ศาสตราจารย์ด้าวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์และดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยคาลิฟอร์เนีย ลอสแองเจลิส(UCLA) และผู้เขียนร่วมการศึกษาใหม่ที่เผยแพร่ใน Astrophysical Journal Letters กล่าวว่า พูดได้ว่าดาวหางนี้เป็นเพียงยอดภูเขานำแข็งสำหรับดาวหางอีกหลายพันดวงซึ่งสลัวเกินกว่าจะเห็นได้ในส่วนที่ไกลออกไปในระบบสุริยะ บ่อยครั้งที่เราสงสัยว่าดาวหางนี้มีขนาดใหญ่ เพราะมันสว่างมากจากระยะทางที่ห่างไกลมาก ขณะนี้เรายืนยันว่าเป็นเช่นนั้นจริง

ภาพดาวหาง C/2014 UN271 โดยโครงการสำรวจพลังงานมืด(Dark Energy Survey)

     ดาวหาง C/2014 UN271 ถูกพบโดยนักดาราศาสตร์ Pedro Bernardinelli และ Gary Bernstein ในภาพในคลังจากการสำรวจพลังงานมืด(Dark Energy Survey) ที่หอสังเกตการณ์เซร์โรโทโลโล อินเตอร์อเมริกัน ในชิลี มันถูกสำรวจพบโดยบังเอิญในเดือนพฤศจิกายน 2010 เมื่อมันยังอยู่ห่างจากดวงอิทตย์ถึง 4.8 พันล้านกิโลเมตร ใกล้เคียงกับระยะทางเฉลี่ยวงโคจรเนปจูน นับแต่นั้นมา มันก็ถูกศึกษาอย่างเข้มข้นโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศและภาคพื้นดิน

     Man-To Hui ผู้เขียนนำการศึกษาจากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลจี มาเก๊า กล่าวว่า มันเป็นวัตถุที่น่าพิศวง จากที่มันเริ่มมีกิจกรรมตั้งแต่เมื่อยังอยู่ไกลจากดวงอาทิตย์อย่างมาก เราเดาว่าดาวหางจะต้องมีขนาดใหญ่ แต่เราต้องการข้อมูลที่ดีที่สุดเพื่อยืนยัน ดังนั้นทีมของเขาจึงใช้ฮับเบิลถ่ายภาพดาวหาง 5 ภาพในวันที่ 8 มกราคม 2022

     ความท้าทายในการตรวจสอบดาวหางนี้ก็คือการแยกแยะนิวเคลียสแข็งออกจากเปลือกฝุ่นขนาดมหึมาที่ล้อมรอบนิวเคลียสไว้ ดาวหางยังอยู่ห่างไกลเกินกว่าฮับเบิลจะมองเห็นนิวเคลียสได้ แต่ข้อมูลฮับเบิลได้แสดงแสงที่สว่างเจิดจ้าที่ตำแหน่งของนิวเคลียสแทน Hui และทีมจึงต้องทำแบบจำลองคอมพิวเตอร์ชั้นบรรยากาศ(coma) ฝุ่นรอบๆ และปรับแต่งให้เข้ากับภาพฮับเบิล จากนั้นก็ลบแสงจ้าของโคมาออก เหลือไว้แต่นิวเคลียส ซึ่งยืนยันว่า C/2014 UN271 เป็นดาวหางคาบยาว(long-period comet) ที่มีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยพบมา

     Hui และทีมยังเปรียบเทียบความสว่างของนิวเคลียสกับการสำรวจคลื่นวิทยุก่อนหน้านี้ซึ่งทำโดย ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ในชิลี การรวมข้อมูลได้ช่วยระบุเส้นผ่าศูนย์กลางและความสามารถในการสะท้อนแสงของนิวเคลียส การตรวจสอบใหม่โดยฮับเบิลใกล้เคียงกับการประเมินขนาดก่อนหน้านี้โดย ALMA แต่บอกถึงพื้นผิวนิวเคลียสที่มืดกว่าที่เคยคิดไว้ มันมีขนาดใหญ่และดำมืดกว่าถ่านหิน Jewitt กล่าว

ไดอะแกรมเปรียบเทียบขนาดนิวเคลียสน้ำแข็งของดาวหาง C/2014 UN271 กับดาวหางอื่นๆ นิวเคลียสดาวหางส่วนใหญ่ที่สำรวจพบจะมีขนาดเล็กกว่าดาวหางของฮัลลีย์(Halley’s comet) มีเส้นผ่าศูนย์กลาง 1.5 กิโลเมตรหรือน้อยกว่านั้น ดาวหาง C/2014 UN271 เป็นผู้ยึดครองสถิติความใหญ่ในปัจจุบัน แต่มันก็อาจเป็นเพียงยอดของภูเขาน้ำแข็ง อาจมียักษ์ใหญ่ที่ซ่อนอยู่ข้างนอกให้นักดาราศาสตร์ได้จำแนกเมื่อการสำรวจท้องฟ้ามีความไวมากขึ้น

      ดาวหางได้วิ่งเข้าหาดวงอาทิตย์มากว่า 1 ล้านปีแล้ว มันมาจากแหล่งดาวหางนับล้านล้านดวงที่เรียกว่า เมฆออร์ต(Oort Cloud) คิดกันว่ากลุ่มเมฆน้ำแข็งนี้มีขอบด้านในที่ระยะทาง 2000 ถึง 5000 เท่าระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์(AU) ส่วนขอบนอกอาจจะแผ่ออกไปอย่างน้อยหนึ่งในสี่ ระยะทางสู่ระบบอัลฟา เซนทอไร(Alpha Centauri) ดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด

     แท้จริงแล้วดาวหางจากเมฆออร์ตไม่ได้ก่อตัวขึ้นห่างไกลจากดวงอาทิตย์มาก แต่กลับถูกเหวี่ยงออกจากระบบเมื่อหลายพันล้านปีก่อน โดยสงครามพินบอลแรงโน้มถ่วงจากดาวเคราะห์วงนอกขนาดใหญ่ เมื่อวงโคจรของดาวพฤหัสฯ และดาวเสาร์ ขยับปรับเปลี่ยน ดาวหางที่อยู่ห่างไกลจะเดินทางย้อนกลับมาหาดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์ ถ้าวงโคจรของพวกมันถูกรบกวนโดยแรงโน้มถ่วงจากดาวฤกษ์ที่ผ่านเข้ามาใกล้ เหมือนการเขย่าแอปเปิ้ลให้หล่นจากต้น

     ดาวหางบีบี มีวงโคจรรีเรียวยาวที่นาน 3 ล้านปี นำมันออกไปไกลจากดวงอาทิตย์ที่ราว 0.5 ปีแสง ขณะนี้ดาวหางอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ไม่ถึง 3.2 พันล้านกิโลเมตร วิ่งเข้ามาเกือบตั้งฉากกับระนาบของระบบสุริยะ ที่ระยะทางดังกล่าว อุณหภูมิสูงเพียง -211 องศาเซลเซียส แต่ก็อบอุ่นมากพอที่คาร์บอนมอนอกไซด์จะระเหิด(sublimate) ออกจากพื้นผิวสร้างโคมาฝุ่นขึ้นมา

    ดาวหางดวงนี้ได้ให้เงื่อนงำอันมีค่าสู่การกระจายขนาดของดาวหางในเมฆออร์ต และยังรวมถึงมวลรวมของมัน การประเมินมวลของเมฆออร์ต มีตัวเลขที่หลากหลายอย่างมาก ซึ่งอาจสูงถึง 20 เท่ามวลโลก เมฆซึ่งถูกเสนอในทางทฤษฎีในปี 1950 โดย Jan Oort นักดาราศาสตร์ดัตช์ ยังคงเป็นเพียงทฤษฎีเนื่องจากดาวหางที่มีจำนวนมากมายในเมฆนั้นสลัวเกินไปและอยู่ห่างเกินกว่าจะสำรวจได้โดยตรง

วงโคจรของดาวหาง C/2014 UN271 ซึ่งถูกพบเมื่อมันยังอยู่ไกลถึงวงโคจรเนปจูน ดาวหางจะเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด(perihelion) เลยวงโคจรดาวเสาร์ออกไปเล็กน้อย ในปี 2031 

     น่าขำที่โครงสร้างขนาดใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะล้วนแต่มองไม่เห็นทั้งสิ้น ประเมินว่ายานวอยยาจเจอร์(Voyager) แฝดของนาซาจะยังไปไม่ถึงขอบในของเมฆออร์ตจนอีก 300 ปีข้างหน้า และอาจต้องใช้เวลาถึง 3 หมื่นปีเพื่อผ่านทะลุเมฆออร์ตไป แต่หลักฐานแวดล้อมมาจากดาวหางที่วิ่งเข้ามาซึ่งสามารถย้อนรอยกลับไปถึงแหล่งที่มาได้ ดาวหางจากแหล่งนี้วิ่งเข้าหาดวงอาทิตย์ในทิศทางที่แตกต่างกัน ซึ่งหมายความว่าเมฆจะต้องมีรูปร่างทรงกลม(spherical)

     ดาวหางเหล่านี้เป็นตัวอย่างองค์ประกอบในระบบสุริยะช่วงต้นที่ถูกแช่แข็งเก็บรักษาไว้หลายพันล้านปี การมีอยู่จริงของเมฆออร์ตได้รับการสนับสนุนจากแบบจำลองทฤษฎีการก่อตัวและวิวัฒนาการระบบสุริยะ หลักฐานจากการสำรวจที่มีมากขึ้นซึ่งสามารถรวบรวมได้จากการสำรวจท้องฟ้าห้วงลึกพร้อมกับการสำรวจหลายช่วงความยาวคลื่น จะช่วยให้นักดาราศาสตร์เข้าใจบทบาทของเมฆออร์ตต่อวิวัฒนาการะบบสุริยะได้ดีขึ้น

แหล่งข่าว hubblesite.org : Hubble confirms largest comet nucleus ever seen  
                space.com : “megacomet” Bernardinelli-Bernstein is largest ever seen, Hubble telescope confirms
                 sciencealert.com : NASA just confirmed the largest comet ever detected, and it’s truly gargantuan