โอมูอามูอา ดาวหางที่อาจปล่อยก๊าซไฮโดรเจน

 

     วัตถุข้ามระบบดวงหนึ่งซึ่งขณะนี้กำลังเดินทางไกลกลับออกจากระบบสุริยะของเรา แม้จะมีความประหลาดอยู่บ้าง แต่ในที่สุดก็หาคำอธิบายแบบเป็นธรรมชาติได้สมบูรณ์แบบ

      งานวิจัยใหม่ได้ยืนยันว่า ความเร็วที่เพิ่มขึ้น(มีความเร่ง) ของโอมูอามูอาสามารถอธิบายได้โดยการปล่อยโมเลกุลก๊าซไฮโดรเจน(H2) ตามที่นักดาราศาสตร์เคมี Jennifer Bergner จากมหาวิทยาลัยคาลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ และ นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ Darryl Seligman จากมหาวิทยาลัยคอร์เนล บอกว่ายิ่งเป็นหลักฐานว่าก้อนหินที่เป็นรูปทรงซิการ์เรียวยาวนี้ เป็นวัตถุดิบสำหรับการก่อตัวดาวเคราะห์(planetesimals) น้ำแข็งที่คล้ายๆ กับพลูโต ก่อนที่จะถูกดีดหลุดจากระบบของมัน ออกมาเพ่นพล่านในทางช้างเผือก

     นักวิจัยเขียนไว้ว่า เป็นคำตอบที่ตรงไปตรงมา ซึ่งสามารถอธิบายคุณสมบัติอันแปลกประหลาดของโอมูอามูอาได้โดยไม่ต้องปรับแต่งใดๆ เพิ่มเติม Bergner ผู้ช่วยศาสตราจารย์สาขาเคมี ที่ยูซี เบิร์กลีย์ ผู้ซึ่งศึกษาปฏิกิริยาเคมีที่เกิดบนหินน้ำแข็งบนสภาพสูญญากาศที่เย็นในอวกาศ เธอถกหัวข้อนี้กับเพื่อนร่วมงาน Seligman ซึ่งขณะนี้เป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่คอร์เนล และพวกเขาก็ตัดสินใจทำงานด้วยกันเพื่อทดสอบแนวคิด

     โอมูอามูอาปรากฏตัวขึ้นครั้งแรกในเดือนตุลาคม 2017 ประมาณหนึ่งเดือนหลังจากที่มันเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด โดยเคลื่อนที่มาตีวงและวิ่งหนีออกจากระบบสุริยะของเราไป และเข้าใกล้โลกมากที่สุดที่ระยะทาง 24 ล้านกิโลเมตร เราไม่เคยได้เห็นอะไรแบบนี้ในระบบของเรามาก่อน และนักดาราศาสตร์ก็ให้ความสนใจมันอย่างมาก ประการแรกเพราะรูปร่างของมัน โอมูอามูอาเรียวยาวแคบคล้ายกับซิการ์ โดยมีขนาดยาว 200 เมตรแต่กว้างเพียง 10 เมตร ไม่เคยมีดาวหางหรือดาวเคราะห์น้อยดวงใดๆ ในระบบของเราที่มีรูปร่างแบบนี้

     โอมูอามูอาดูจะหมุนรอบตัวไปด้วย เหมือนกับขวดที่กลิ้งไปขว้างๆ และแม้ว่าวัตถุนี้ดูเหมือนจะไม่มีน้ำแข็ง และไม่ปลดปล่อยก๊าซใดๆ ให้เราได้ตรวจจับอย่างที่น่าจะเป็นถ้าเป็นดาวหาง แต่เส้นทางของมันก็ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยแรงโน้มถ่วงเพียงอย่างเดียวอย่างเส้นทางของดาวเคราะห์น้อย ดาวหางจะปล่อยก๊าซออกมาเมื่อน้ำแข็งของมันระเหิดทำให้ดาวหางมีแรงผลักเพิ่มจึงมีความเร่ง ซึ่งสอดคล้องกับสิ่งที่นักดาราศาสตร์สำรวจพบจากโอมูอามูอา นี่บอกว่ามันดูคล้ายกับทั้งดาวหางและดาวเคราะห์น้อย

     ดาวหางเกือบทั้งหมดนั้นเป็นก้อนหิมะสกปรกซึ่งเข้าใกล้ดวงอาทิตย์จากที่ขอบนอกของระบบสุริยะอย่างเป็นคาบเวลา เมื่อมันอบอุ่นขึ้นจากแสงอาทิตย์ ดาวหางจะผลักน้ำและโมเลกุลอื่นๆ ออกมา สร้างเป็นโคมาที่สว่าง และมักจะมีหางที่เป็นก๊าซและฝุ่นด้วย ก๊าซที่ผลักออกมาทำหน้าที่เหมือนเป็นจรวดบนยานอวกาศ ทำให้ดาวหางมีแรงผลักเพิ่มเติมอีกเล็กน้อยจนส่งผลต่อเส้นทาง ให้เบี่ยงเบนจากวงโคจรรีที่พบโดยทั่วไปกับวัตถุในระบบสุริยะอื่นๆ เช่น ดาวเคราะห์น้อยและดาวเคราะห์

     เมื่อถูกพบ โอมูอามูอายังไม่มีชั้นก๊าซฝุ่นหรือหาง และยังมีขนาดเล็กเกินไปและอยู่ไกลจากดวงอาทิตย์มากเกินไปที่จะมีพลังงานมากพอที่จะผลักน้ำจำนวนมากออกมาได้ ทำให้นักดาราศาสตร์สงสัยเกี่ยวกับองค์ประกอบของมัน และสิ่งที่ผลักออกมา หรือจะเป็นภูเขาไฮโดรเจนแข็งที่ปะทุเป็นก๊าซไฮโดรเจนออกมา จะมีเกล็ดหิมะปุกปุยขนาดใหญ่ที่แรงดันแสงจากดวงอาทิตย์ผลักออกจากดาวหางหรือไม่ หรือมันจะเป็นยานล่องสุริยะ(solar sail) ที่สร้างโดยอารยธรรมต่างดาว หรือเป็นยานอวกาศที่มีพลังในตัวยานเอง

     ในช่วงหลายปีมานี้ นักวิทยาศาสตร์ตรวจพบว่าโอมูอามูอาน่าจะเป็นชิ้นส่วนที่แตกหักของวัตถุดิบก่อตัวดาวเคราะห์ ซึ่งเป็นดาวเคราะห์ทารกที่กำลังอยู่ในกระบวนการการก่อตัวโดยจะชนกับวัตถุอื่นๆ การชนลักษณะนั้นเป็นเรื่องปกติในระบบดาวเคราะห์ที่กำลังก่อตัว โลกของเราเองก็ถูกชนโดยวัตถุอีกดวง ฉีกเศษซากบางส่วนออกไปก่อตัวเป็นดวงจันทร์ ในกรณีของโอมูอามูอา ชิ้นส่วนถูกผลักออกจากระบบโดยสิ้นเชิง

     ในปี 2020 Seligman ได้ร่วมทีมเขียนรายงานฉบับหนึ่งที่เสนอว่าความเร่งของโอมูอามูอาน่าจะเกิดจากการระเหิดของก๊าซไฮโดรเจน โมเลกุลก๊าซไฮโดรเจนนั้นตรวจจับในอวกาศได้ยากมาๆ เนื่องจากมันไม่เปล่งหรือสะท้อนแสงใดๆ โอมูอามูอาเมื่อปล่อยไฮโดรเจนออกมา เราก็ไม่น่าจะได้เห็นมันในแบบที่เรามักจะได้เห็นตัวระบุกิจกรรมดาวหาง

     ในทางตรงกันข้าม ก็พบว่าเป็นไปไม่ได้ที่โอมูอามูอาจะมีภูเขาน้ำแข็งไฮโดรเจนโมเลกุลตามที่นักวิจัยเคยเสนอไว้ในปี 2020 ดังนั้น Bergner และ Seligman จึงย้อนกลับไปทำแบบจำลองเพื่อตรวจสอบว่าวัตถุน่าจะมี(และระเหิด) ไฮโดรเจนออกมาได้อย่างไร พวกเขาพบว่าคำอธิบายนี้สมเหตุสมผลถ้ามีการฉายรังสีให้กับวัตถุที่อุดมไปด้วยน้ำแข็ง เมื่อรังสีอย่างรังสีคอสมิคกระทบวัตถุ จะเกิดกระบวนการแยกน้ำสร้างไฮโดรเจนโมเลกุลออกมา

     พวกเขาเขียนไว้ในรายงานว่า ในแบบจำลองนี้ โอมูอามูอาเริ่มต้นในฐานะวัตถุดิบก่อตัวดาวเคราะห์น้ำแข็งซึ่งได้รับรังสีคอสมิคที่อุณหภูมิต่ำในระหว่างการเดินทางข้ามระบบ และเมื่อพบกับความอบอุ่นในระหว่างที่มันเดินทางเข้ามาในระบบสุริยะ หลักฐานจากการทดลองที่มีอยู่แสดงว่าการแยกน้ำแข็ง(H2O) นั้นสอดคล้องและแยก H2 ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และไฮโดรเจนเกือบทั้งหมดจะยังถูกกักเก็บไว้ในโครงสร้างน้ำจนกว่าจะร้อนขึ้นจนถึงอุณหภูมิที่อบอ่อน(annealed) ไฮโดรเจนก็จะหนีออกมา

อินโฟกราฟฟิคแสดงความเป็นมาที่น่าจะเป็นของโอมูอามูอา

     ที่น่าประหลาดใจก็คือเธอพบว่า งานวิจัยจากการทดลองที่เผยแพร่ในทศวรรษ 1970 จนถึง 1990 ต่างก็ได้แสดงว่าเมื่อน้ำแข็งชนกับอนุภาคพลังงานสูงที่คล้ายกับรังสีคอสมิค ได้สร้างโมเลกุลไฮโดรเจนขึ้นจำนวนมากและถูกเก็บไว้ในน้ำแข็ง ในความเป็นจริงแล้ว รังสีคอสมิคสามารถทะลุลงสู่น้ำแข็งได้ลึกหลายสิบเมตร เปลี่ยนน้ำอย่างน้อยหนึ่งในสี่ให้กลายเป็นก๊าซไฮโดรเจนได้และเก็บกักไว้

      สำหรับดาวหางที่มีความกว้างไม่กี่กิโลเมตร การปล่อยก๊าซน่าจะมาจากเปลือกที่บางเมื่อเทียบกับวัตถุส่วนที่เหลือ ดังนั้นในแง่ทั้งองค์ประกอบและการมีความเร่ง ก็อาจจะไม่จำเป็นต้องให้ผลที่ตรวจจับได้ แต่เนื่องจากโอมูอามูอานั้นมีขนาดเล็กมากๆ เราคิดว่าจริงๆ แล้วมันสร้างผลมากพอที่จะทำให้เกิดความเร่งนี้

      นักวิจัยบอกว่า การระเหิดของน้ำแข็งเองเพียงลำพังก็สร้างความเร่งได้เกือบครึ่งของความเร่งที่สำรวจพบ อย่างไรก็ตาม ก๊าซไฮโดรเจนอธิบายได้อย่างดีเยี่ยม ขณะนี้เมื่อโอมูอามูอาอยู่ค่อนข้างไกล และเดินทางอย่างรวดเร็ว จึงไม่มีความเป็นไปได้ใดๆ ที่จะได้ตรวจสอบใกล้อย่างที่เคยมีอีก ดังนั้น ที่เกี่ยวข้องกับไฮโดรเจนโมเลกุลจึงยังคงเป็นคำถามต่อไป

     Alan Fitzsimmon จากมหาวิทยาลัยควีนส์ เบลฟาสต์ ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับงานวิจัยนี้ ให้ความเห็นอย่างประทับใจว่า มันเป็นวิทยาศาสตร์ที่ดี มันอาจจะไม่ได้ยุติการโต้แย้งทั้งหมดเกี่ยวกับวัตถุนี้ได้ แต่ก็ให้ภาพโอมูอามูอาที่สอดประสานกับองค์ความรู้ปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม มันได้ตอบคำถามทุกข้อที่มีและสามารถทดสอบได้โดยตรวจสอบวัตถุอื่น ทั้งวัตถุขนาดเล็กในระบบสุริยะส่วนนอก และวัตถุข้ามระบบดวงอื่นๆ ที่อาจจะพบในอนาคต ซึ่งแสดงความเร่งที่ไม่เกี่ยวกับแรงโน้มถ่วง(non-gravitational acceleration) โดยตรวจไม่พบร่องรอยกิจกรรมดาวหางใดๆ

     Fitzsimmon คิดว่ากระบวนการนี้น่าจะเกิดขึ้นกับดาวหางขนาดเล็กจากดงเมฆออร์ต(Oort cloud) ในระบบของเราเอง สิ่งที่ต้องทำก็คือจับตาดูวัตถุขนาดเล็กในวงโคจรคาบยาวมากให้ใกล้ชิดขึ้น ซึ่งอาจจะเป็นไปได้ด้วยหอสังเกตการณ์รูบิน(Vera Rubin Observatory) และกล้องโทรทรรศน์ใหญ่สุดขั้ว(Extremely Large Telescope) โดยทั้งสองชิ้นน่าจะเริ่มทำงานในอีกห้าปีข้างหน้า

      การตรวจจับวัตถุขนาดเล็กที่มีความเร่งที่ไม่เกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงในอนาคต และมีโคมาที่สลัวก็น่าจะให้แง่มุมสู่กำเนิดของโอมูอามูอาแม้ว่ามันจะจากระบบสุริยะไปนานแล้ว Bergner และ Seligman เขียนไว้ในรายงานซึ่งเผยแพร่ใน Nature

      ในวันที่ 19 ตุลาคม 2017 บนเกาะเมาอิ นักดาราศาสตร์ที่ใช้กล้อง Pan-STARRS ซึ่งดำเนินงานโดยสถาบันเพื่อดาราศาสตร์ มหาวิทยาลัยฮาวายในมาเนา เป็นกลุ่มแรกที่สังเกตเห็นสิ่งที่พวกเขาคิดว่าเป็นดาวหางหรือไม่ก็ดาวเคราะห์น้อย แต่ทันทีที่รู้ว่าโอมูอามูอามีวงโคจรที่เอียงและเป็นไฮเปอร์โบลิค(hyperbolic; เส้นทางที่เหมือนบูมเมอแรงซึ่งบ่งชี้ว่าก้อนหินไม่ใช่เป็นวัตถุท้องถิ่นในระบบสุริยะ) และความเร็วที่สูง 87 กิโลเมตรต่อวินาที ก็บอกว่ามันมาจากนอกระบบของเรา โฉบเข้ามาใกล้ดวงอาทิตย์และจะไม่พบเห็นอีกต่อไป

     พวกเขาให้ชื่อมันว่า 1I/’Oumuamua ซึ่งเป็นภาษาฮาวายเรียกว่า ผู้นำสารจากแดนไกลซึ่งเดินทางมาถึงเป็นคนแรก มันเป็นวัตถุข้ามระบบดวงแรกนอกเหนือจากเม็ดฝุ่น ที่เคยพบในระบบของเรา โดยวัตถุที่สองคือ 2I/Borisov ถูกพบในปี 2019 แม้ว่ามันจะดูเหมือนและมีพฤติกรรมเหมือนดาวหางทั่วไปมากกว่า

 

แหล่งข่าว sciencealert.com - strange acceleration of mysterious interstellar visitor finally explained
                skyandtelescope.com - explaining the odd behavior of interstellar object ‘Oumuamua
               space.com – sorry, E.T fans: interstellar visitor ‘Oumuamua isn’t an alien spacecraft. It’s just passing gas