วัตถุปริศนาซึ่งอาจเป็นดาวนิวตรอนที่หนักที่สุดหรือหลุมดำที่เบาที่สุด

 

ภาพจากศิลปินแสดงสภาพที่น่าจะเป็นในระบบถ้าวัตถุที่พบใหม่เป็นหลุมดำ

     ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติได้พบวัตถุใหม่ที่ไม่ทราบชนิดในทางช้างเผือก ซึ่งหนักกว่าดาวนิวตรอนมวลสูงที่สุดเท่าที่เคยพบ แต่ในขณะเดียวกันก็ยังเบากว่าหลุมดำที่เบาที่สุดเท่าที่เคยพบด้วย

     วัตถุปริศนานี้น่าจะช่วยนักวิทยาศาสตร์ให้ตัดสินใจลากเส้นแบ่งระหว่างดาวนิวตรอนและหลุมดำได้ดีขึ้น ซึ่งวัตถุทั้งสองชนิดต่างก็ถือกำเนิดขึ้นเมื่อดาวฤกษ์มวลสูงตายลง ไม่ว่าความเป็นไปจะเป็นในทางใดก็น่าตื่นเต้นทั้งนั้น Ben Stappers ผู้นำทีมและศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ฟิสิกส์ จากมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ กล่าวในแถลงการณ์ งานวิจัยนำทีมโดย Ewan Barr และ Arunima Dutta นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่สถาบันมักซ์พลังค์เพื่อดาราศาสตร์วิทยุ  

     ด้วยการใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุเมียร์แคท(MeerKAT) นักดาราศาสตร์จากหลากหลายสถาบัน รวมทั้งมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ และสถาบันมักซ์พลังค์เพื่อดาราศาสตร์วิทยุ ในเจอรมนี ได้พบวัตถุดวงหนึ่งในวงโคจรรอบพัลซาร์ที่หมุนรอบตัวเร็วมากดวงหนึ่ง ซึ่งอยู่ห่างออกไปราว 4 หมื่นปีแสง ในกลุ่มของดาวที่อยู่กันอย่างหนาแน่นที่เรียกว่า กระจุกดาวทรงกลม(globular cluster)

     ด้วยการใช้สัญญาณที่แม่นยำราวนาฬิกาจากพัลซาร์เสี้ยววินาที(millisecond pulsar) นี้ ก็แสดงว่าวัตถุข้างเคียงมวลสูงนี้อยู่ในช่องว่างมวลหลุมดำ ระบบพัลซาร์-หลุมดำ จะเป็นเป้าหมายทีสำคัญในการทดสอบทฤษฎีแรงโน้มถ่วง และดาวนิวตรอนมวลสูงก็จะให้แง่มุมใหม่ๆ สู่ฟิสิกส์นิวเคลียสในระดับที่มีความหนาแน่นสูงมากๆ Stappers กล่าว

กระจุกดาวทรงกลม NGC 1851

     ในขณะที่ระบบคู่ที่มีดาวนิวตรอนสองดวงน่าจะสร้างความประทับใจแล้ว แต่ถ้าวัตถุปริศนาเป็นหลุมดำ นี่ก็จะทำให้ระบบแห่งนี้เป็นพัลซาร์วิทยุ-หลุมดำ ต้องขอบคุณสัญญาณที่เที่ยงตรงมากๆ จากพัลซาร์ซึ่งใช้เป็นกลไกบอกเวลา และอิทธิพลแรงโน้มถ่วงรุนแรงจากหลุมดำ ระบบแห่งนี้จะถูกศึกษาอย่างเข้มข้นเพื่อทดสอบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในปี 1915 ของไอน์สไตน์

    พัลซาร์ซึ่งมีชื่อว่า PSR J0514+4002E ถูกพบผ่านจังหวะคลื่นวิทยุแผ่วๆ ที่มันส่งออกมาเมื่อสัญญาณกวาดผ่านโลก เมื่อดาวนิวตรอนนี้หมุนรอบตัวเร็วถึง 170 รอบต่อวินาที ก็เสมือนเป็นประภาคารในอวกาศ การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในจังหวะที่สม่ำเสมออย่างมาก ช่วยให้นักวิจัยได้พบว่าพัลซาร์ มีวัตถุข้างเคียงในวงโคจรที่มีความหนาแน่นสูงอย่างไม่น่าเชื่อ ซึ่งหมายความว่า มันเป็นซากของแกนกลางดาวมวลสูงที่ยุบตัวลง

     ทีมได้พบว่าพัลซาร์และวัตถุปริศนาอยู่ห่างจากกัน 8 ล้านกิโลเมตร หรือราว 0.05 เท่าระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์ และโคจรรอบกันและกันทุกๆ 7 วันโลก วัตถุในวงโคจรมีมวลสูงกว่าดาวนิวตรอนใดๆ ที่เคยพบ แต่ก็ยังเบากว่าหลุมดำใดๆ ที่เคยพบมาด้วย ทำให้มันอยู่ในช่องว่างมวลหลุมดำ(black hole mass gap) พอดี

      ทั้งดาวนิวตรอนและหลุมดำถือกำเนิดขึ้นเมื่อดาวฤกษ์มวลสูงถึงจุดจบของชีวิตเมื่อเชื้อเพลิงนิวเคลียร์เพื่อการหลอมนิวเคลียส(nuclear fusion) หมดลงและไม่สามารถต้านทานการยุบตัวภายใต้แรงโน้มถ่วงได้ แกนกลางของดาวยุบตัวลงในขณะที่ชั้นส่วนนอกก็ถูกเป่าออกมาในการระเบิดซุปเปอร์โนวา ที่ปลายด้านเบาของตาชั่ง การยุบตัวของแกนกลางถูกหยุดยั้งโดยคุณสมบัติควอนดัมจากทะเลของนิวตรอนที่มี(แรงดันนิวตรอนเสื่อมถอย; neutron degeneracy pressure) และมันก็กลายเป็นดาวนิวตรอน ซึ่งเป็นซากที่มีมวลระหว่าง 1 ถึง 2 เท่ามวลดวงอาทิตย์โดยมีความกว้างราว 20 กิโลเมตรเท่านั้น

ช่องว่างมวลระหว่างดาวนิวตรอน และหลุมดำ 

      อย่างไรก็ตาม เหนือจากค่ามวลค่าหนึ่ง แรงดันควอนตัมจากนิวตรอนผลักกันจะไม่สามารถค้ำจุนวัตถุได้ แกนกลางจะยุบตัวลงอย่างสิ้นเชิงและกลายเป็นหลุมดำ ดาวนิวตรอนเองก็อาจมีมวลสูงกว่าค่ามวลขีดจำกัดนี้ได้เช่นกัน และจะยุบตัวกลายเป็นหลุมดำถ้ามันมีดาวข้างเคียงที่จะสามารถขโมยมวลสารออกมา เพื่อเพิ่มมวลของตัวมันเองได้

      นักดาราศาสตร์คิดว่าถ้าแกนกลางมีมวลเกิน 2.2 เท่าดวงอาทิตย์ หลังจากสูญเสียเปลือกก๊าซชั้นนอกๆ ออกมา ก็น่าจะหนักพอที่จะให้กำเนิดหลุมดำขึ้น ปัญหาก็คือ หลุมดำเบาที่สุดที่เราเคยสำรวจพบมามีมวลที่ราว 5 เท่าดวงอาทิตย์ การหายไปของหลุมดำที่มีมวลระหว่าง 2.2 ถึง 5 เท่าดวงอาทิตย์ ได้กลายเป็น ช่องว่างมวลหลุมดำ และมันก็สร้างข้อสงสัยให้กับขีดจำกัดมวลขั้นสูงของดาวนิวตรอนที่ 2.2 เท่าดวงอาทิตย์ด้วย

     Stappers และเพื่อนร่วมงานได้พบวัตถุซึ่งอาจเป็นกุญแจสู่การไขปริศนานี้ และปิดช่องว่างมวลหลุมดำได้ในขณะที่ใช้กล้องเมียร์แคท เพื่อศึกษากระจุกทรงกลม NGC 1851 ซึ่งอยู่ในกลุ่มดาวนกเขา(Columba) ดาวในกระจุกดาวโบราณแห่งนี้อยู่กันอย่างแออัดมากกว่าดาวที่เหลือในทางช้างเผือก แออัดมากพอที่พวกมันจะมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน, รบกวนวงโคจรของกันและกัน และแม้แต่ชนกันในกรณีที่สุดขั้ว

ผังอธิบายเส้นทางการก่อตัวที่เป็นไปได้สำหรับพัลซาร์ PSR J0514-4002E และวัตถุข้างเคียงปริศนา หมายเหตุ NS=neutron star; LMXB=low mass x-ray binary; MSP=millisecond pulsar; WD=white dwarf; BH=black hole

      ทีมคิดว่าการชนระหว่างดาวนิวตรอนสองดวงน่าจะสร้างวัตถุปริศนาที่พวกเขาตรวจพบในวงโคจรรอบ PSR J0514-4002E ด้วยมวลระหว่าง 2.09 ถึง 2.71 เท่าดวงอาทิตย์ ทีมยังไม่สามารถจำแนกว่าวัตถุข้างเคียงนี้เป็นดาวนิวตรอน หรือหลุมดำกันแน่ หรือแม้กระทั่งวัตถุที่มีความหนาแน่นสูงที่ยังไม่ทราบชนิด แต่พวกเขาทราบแน่ชัดว่าระบบแห่งนี้น่าจะเป็นห้องทดลองในอวกาศที่เป็นอัตลักษณ์เพื่อศึกษาพฤติกรรมของสสารและฟิสิกส์ภายใต้สถาวะที่สุดขั้ว

     เรายังไม่จบเรื่องกับระบบแห่งนี้ นักวิจัยกล่าวสรุป การค้นหาธรรมชาติอันแท้จริงของดาวข้างเคียงจะเป็นจุดเปลี่ยนในความเข้าใจเกี่ยวกับดาวนิวตรอน, หลุมดำ และอะไรก็ตามที่อยู่ในช่องว่างมวลหลุมดำนี้ งานสารของทีมเผยแพร่ในวารสาร Science วันที่ 18 มกราคม 2024

แหล่งข่าว space.com : new mystery object could be lightest black hole ever seen
                ilfscience.com : newly discovered astronomical object is right on the edge of two extreme possibilities     
                sciencealert.com : mystery object in space could be the lightest black hole ever found
                 phys.org : lightest black hole or heaviest neutron star? MeerKAT uncovers a mysterious object in Milky Way

"หางแมว" ในระบบเบตา พิคทอริส

 

      เมื่อคุณคิดว่าคุณรู้จักใครสักคนอย่างดี แต่เมื่อมองในมุมที่แตกต่างออกไป กลับได้เห็นสิ่งที่สร้างความประหลาดใจให้ เช่นกันกับดาวฤกษ์ดวงหนึ่งที่ถูกสำรวจครั้งแล้วครั้งเล่า เบตา พิคทอริส(Beta Pictoris) ซึ่งถูกตรวจสอบโดยกล้องโทรทรรศน์หลายตัว แม้กระทั่งกล้องฮับเบิล โดยพบว่าเป็นที่อยู่ของดิสก์ที่น่าทึ่งที่สุด

     แต่เมื่อใช้กล้องเวบบ์ซึ่งมีความไวและระบบเครื่องมือที่ดีขึ้น ก็เผยให้เห็นรายละเอียดใหม่เกิดขึ้น เบตา พิคทอริส เป็นดาวที่สว่างที่สุดเป็นอันดับสองในกลุ่มดาวขาตั้งภาพ(Pictor) มันเป็นดาวที่มีอายุน้อยราว 20 ล้านปี และอยู่ไกลออกไปเพียง 63 ปีแสงเท่านั้น จัดว่าอยู่ในละแวกหลังบ้านของเรา การสำรวจในปี 1984 ได้เผยให้เห็นว่ามันมีดิสก์ฝุ่นที่น่าทึ่งที่สุดซึ่งน่าจะมีดาวเคราะห์กำลังก่อตัวขึ้น ซึ่งในเวลาต่อมา หอสังเกตการณ์ทางใต้ของยุโรป(ESO) ได้ยืนยันว่ามีดาวเคราะห์อย่างน้อย 2 ดวง(Beta Pictoris b และ c) โคจรอยู่ภายในดิสก์ฝุ่นนี้

     เมื่อเวลาหลายปีผ่านมา เบตา พิคทอริส ก็เป็นเป้าหมายของการสำรวจมากมาย ซึ่งรวมถึงด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ซึ่งให้เผยให้เห็นดิสก์วงที่สองที่มองไม่เห็นก่อนหน้านี้ ดิสก์วงที่สองนั้นเอียงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับดิสก์หลัก แต่การสำรวจในเวลาต่อมาจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ ได้เผยให้เห็นโครงสร้างใหม่ในดิสก์วงที่สองนี้

     ทีมซึ่งนำโดย Isabel Rebollido จากศูนย์ดาราศาสตร์ชีววิทยาในสเปน ใช้กล้องอินฟราเรดใกล้(NIRCam) และอุปกรณือินฟราเรดกลาง(MRI) ของกล้องเวบบ์ เพื่อสำรวจดิสก์ของเบตา พิคทอริส ในรายละเอียดที่เพิ่มเติมขึ้น แล้วก็ต้องประหลาดใจที่ได้พบโครงสร้างใหม่ในมุมระดับหนึ่งกับดิสก์วงที่สอง ซึ่งมีรูปร่างคล้ายหางแมวอยู่ทางด้านตะวันตกเฉียงใต้ของดิสก์วงที่สอง แม้ว่าจะมีการสำรวจก่อนหน้านี้มากมายรวมถึงจากฮับเบิล แต่เครื่องมือของเวบบ์กลับไวกว่าและมีความละเอียดสูงกว่า

     หางแมว ยังไม่ใช่เรื่องน่าประหลาดใจเพียงอย่างเดียวที่พบ เมื่อได้ศึกษาข้อมูลจาก MIRI ก็เผยให้เห็นว่าดิสก์ทั้งสองมีอุณหภูมิที่แตกต่างกัน ซึ่งบอกใบ้ว่าพวกมันมีองค์ประกอบที่แตกต่างกัน ดิสก์วงที่สองและหางแมวดูจะมีอุณหภูมิสูงกว่าดิสก์หลัก Christopher Stark ผู้เขียนร่วมการศึกษา จากศูนย์การบินอวกาศกอดดาร์ด กล่าว เป็นเรื่องง่ายที่จะระบุได้เลยว่าทั้งสองวงประกอบด้วยวัสดุสารสีมืดมาก เมื่อสำรวจไม่พบในแสงช่วงตาเห็นหรืออินฟราเรดใกล้ แต่กลับสว่างในช่วงอินฟราเรดกลาง

     ทฤษฎีหนึ่งอธิบายว่าอุณหภูมิที่สูงกว่านั้น เป็นเพราะวัสดุสารมีความพรุนมากกว่า บางทีอาจจะคล้ายกับวัสดุสารที่พบบนดาวหางและดาวเคราะห์น้อย ยกตัวอย่างเช่น การวิเคราะห์วัสดุสารตัวอย่างที่ส่งกลับจากดาวเคราะห์น้อยเบนนู โดย OSIRIS-RE x ก็พบว่าพวกมันมีสีดำมืดและอุดมไปด้วยคาร์บอน

ภาพรวมประกอบแสดงดิสก์ฝุ่นและดาวเคราะห์ที่พบในระบบ เบตา พิคทอริส

     ธรรมชาติของฝุ่นเป็นปัญหาหนึ่งที่สามารถตอบได้ง่าย แต่ที่ท้าทายกว่าก็คือ ธรรมชาติและกำเนิดของหางแมว ทีมศึกษาสมมุติฐานทีเป็นไปได้หลายอัน ที่อาจอธิบายรูปร่างของหางแมว แต่ก็ไม่พบแบบจำลองที่ให้ผลน่าพอใจเลย แม้ว่าจะยังต้องมีงานวิจัยและการทดสอบต่อไป แต่หนึ่งในทฤษฎีที่เป็นไปได้มากที่สุดก็คือ หางแมวเป็นผลจากเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นภายในดิสก์เมื่อราว 1 ร้อยปีก่อน

     เหตุการณ์นี้อาจเป็นการชนที่ส่งฝุ่นออกสู่เส้นทางที่สะท้อนถึงเส้นทางของวัตถุพุ่งชน แต่ก็เริ่มแผ่ออกเมื่อแสงจากดาวฤกษ์ผลักอนุภาคฝุ่นที่เล็กที่สุดและปุกปุยที่สุดออกไปได้เร็วกว่า จนสร้างเส้นฝุ่นโค้งขึ้นมา ฝุ่นน่าจะถูกผลักออกจากระบบเร็วมากๆ ซึ่งเป็นอีกครั้งที่บอกใบ้ว่ามันเป็นวัสดุสารอินทรีย์ที่พรุน

     แต่ก็ยังมีคำฮธิบายง่ายๆ อีกอย่าง โดยบอกว่ามุมของหางเป็นภาพลวงตา มุมมองของเรารวมกับรูปร่างโค้งของหางแมวสร้างมุมของหางแมวที่ปรากฏให้เห็นดูเหมือนชัน แม้ในความเป็นจริง วงวัสดุสารจะแค่กระจายออกจากดิสก์ที่ความเอียงเพียง 5 องศาเท่านั้น และจากความสว่างของหางแมว ทีมประเมินว่าปริมาณฝุ่นภายในหางแมว น่าจะพอๆ กับวัสดุสารจากดาวเคราะห์น้อยในแถบหลักขนาดใหญ่ดวงหนึ่ง ที่กระจายออกมีความกว้าง 16 พันล้านกิโลเมตร

ภาพ Time-lapse แสดงการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ Beta Pictoris b ตลอดหลายปี

     แต่สิ่งนี้ที่แน่นอนคือ การสำรวจเบตา พิคทอริส ล่าสุดได้เผยให้เห็นเรื่องน่าประหลาดใจในวัตถุที่เป็นที่รักและถูกศึกษาเป็นอย่างดีดวงนี้ งานวิจัยในอนาคตจะช่วยให้เราเข้าใจรายละเอียดใหม่ๆ เหล่านี้ได้มากขึ้น แต่มันก็ทำให้เราสงสัยว่าวัตถุอื่นๆ ที่เราคุ้นเคยดี จะมีเรื่องน่าประหลาดใจซ่อนรออยู่หรือไม่ ผลสรุปเหล่านี้นำเสนอในการประชุมสมาคมดาราศาสตร์อเมริกัน ครั้งที่ 243

 

แหล่งข่าว sciencealert.com : JWST reveals young star Beta Pictoris has a surpriseing second disk
                webbtelescope.org : NASA’s Webb discovers dusty “cat’s tail” in Beta Pictoris system   

เข้าถึงตัวอย่างจากดาวเคราะห์น้อยเบนนูครบถ้วนแล้ว

 

แคปซูลจากปฏิบัติการ OSIRIS-REx ที่เก็บตัวอย่างจากดาวเคราะห์น้อยเบนนู ถูกเก็บกู้จากทะเลทรายและส่งเข้าห้องปลอดเชื้อ 

     ผ่านมาเกือบสี่เดือนแล้วตั้งแต่ที่ยาน OSIRIS-REx ของนาซาได้หย่อนตัวอย่างฝุ่นดาวเคราะห์น้อยลงสู่พื้นโลก สุดท้ายนักวิทยาศาสตร์ก็หาทางเปิดฝาถังเก็บตัวอย่างได้เรียบร้อยแล้ว

    ขณะนี้ ทีมได้บรรลุขั้นตอนที่ต้องการในกระบวนการเก็บถังตัวอย่าง TAGSAM(Touch-and-Go Sample Acquisition Mechanism) และเข้าถึงหินและดินฝุ่นที่รวบรวมจากดาวเคราะห์น้อยเบนนู(Bennu) เมื่อเก็บตัวอย่างทั้งหมดรวบรวมไว้ได้แล้ว ก็จะแจกจ่ายกระจายให้กับทีมวิทยาศาสตร์ทั่วโลก

      สุดท้ายเมื่อเปิดส่วนหัวของ TAGSAM ได้เรียบร้อยและเข้าถึงตัวอย่างที่ส่งกลับจากเบนนูได้ในวันที่ 10 มกราคม เป็นความสำเร็จครั้งสำคัญที่สะท้อนให้เห็นการอุทิศตัวและความพยายามของทีมของเรา Dante Lauretta นักดาราศาสตร์ที่ห้องทดลองดวงจันทร์และดาวเคราะห์ มหาวิทยาลัยอริโซนา กล่าว ความสำเร็จนี้ตอกย้ำถึงความสำคัญของ OSIRIS-RE x และพันธกิจของเราในการพัฒนาความเข้าใจอวกาศได้ดีขึ้น เรากระหายที่จะเริ่มก้าวต่อไปเมื่อเราแบ่งตัวอย่างอันมีค่าเหล่านี้ให้กับประชาคมวิทยาศาสตร์ทั่วโลก

นักวิทยาศาสตร์พยายามจะเปิดปลอกส่วนหัวของ TAGSAM

     OSIRIS-RE x บินผ่านโลกเมื่อวันที่ 24 กันยายน 2023 และหย่อน TAGSAM หลังจากปฏิบัติการที่ใช้เวลามากกว่า 7 ปี แคปซูลก็กางร่มชูชีพร่อนลงที่ทะเลทรายยูท่าห์ ซึ่งทีมก็เก็บกู้และส่งถังเข้าสู่ส่วนปลอดเชื้อในทันที เพื่อที่จะเปิดออกโดยมีการปนเปื้อนจากโลกให้น้อยที่สุด แม้ว่าแคปซูลส่วนนอกจะเปิดออกได้โดยง่าย ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าถึงตัวอย่างฝุ่นราว 70.3 กรัม แต่ส่วนหัวของ TAGSAM ซึ่งบรรจุตัวอย่างส่วนใหญ่ไว้ยังคงปิดผนึกอย่างหนาแน่นแม้ว่าทีมจะพยายามอย่างหนักเพื่อเปิดออก ปลอกโลหะบนถังปิดผนึกด้วยสลัก 36 ตัว โดยมีสองตัวสุดท้ายที่ไขไม่ออกด้วยเครื่องมือที่ใช้กับกล่องถุงมือปลอดเชื้อที่ทำการเปิด

     เพื่อแก้ปัญหานี้ ทีมได้พัฒนาเครื่องมือชิ้นใหม่ โดยออกแบบเครื่องมือแยกส่วน 2 ตัวซึ่งต้องผลิตด้วยสแตนเลสเกรดสูงในระดับเครื่องมือแพทย์และไม่เป็นแม่เหล็ก ต้องผ่านการทดสอบและซ้อมอย่างเข้มข้นก่อนที่สุดท้ายจะเอาไปใช้ในกล่องถุงมือที่มี TAGSAM อยู่ ก็ยังมีสิ่งที่ต้องทำอีกมากก่อนที่จะได้เห็น, สกัด และตรวจสอบตัวอย่างทั้งหมด แต่เมื่ออุปสรรคจากสลักสองตัวแก้ไขได้แล้ว วิทยาศาสตร์ก็เดินหน้าได้แล้ว

     นอกเหนือจากความท้าทายด้านการออกแบบที่จำกัดกับวัสดุสารที่มีการเก็บรักษาอย่างเข้มงวดเพื่อปกป้องคุณค่าทางวิทยาศาสตร์ของตัวอย่างจากดาวเคราะห์น้อย เครื่องมือใหม่ๆ เหล่านี้ยังต้องทำงานภายใต้กล่องถุงมือที่มีพื้นที่จำกัด ทั้งความสูง, น้ำหนักและการเคลื่อนที่แนวโค้งที่จำกัด Nicole Lunning นักปีโตรเลียมวิทยา ภัณฑารักษ์ OSIRIS-RE x ที่ศูนย์การบินอวกาศจอห์นสันของนาซา กล่าว

เมื่อเปิดฝาออกมาแสดงส่วนนอกของถังเก็บตัวอย่าง TAGSAM ซึ่งมีฝุ่นดาวเคราะห์น้อยแถมมาด้วย

     เมื่อดึงปลอกโลหะรอบถังออกมาได้ ก็เตรียมกล่องถุงมือเพื่อใช้ถ่ายตัวอย่างออกจากถังลงสู่ถาดตัวอย่าง จากนั้น จึงถ่ายภาพถาดตัวอย่างและชั่งน้ำหนักรวมของตัวอย่าง จากนั้นก็บรรจุรวมและเก็บรักษาที่ศูนย์อวกาศจอห์นสัน แม้ว่าก่อนหน้านี้จะมีการเผยแพร่ภาพตัวอย่างบางส่วนออกสู่สาธารณชนเรียบร้อยแล้ว แต่ก็ยังคงต้องรออีกระยะกว่าที่เราจะทราบในรายละเอียดว่าตัวอย่างเหล่านี้บอกอะไรเกี่ยวกับเบนนูได้บ้าง ซึ่งก็เก็บตัวอย่างได้เกินเป้าหมายที่ 60 กรัมไปนานแล้ว คาดว่าบัญชีรายชื่อตัวอย่างทั้งหมดจากเบนนูจะเผยแพร่ในปีนี้ ในเวลาต่อไป

      ขณะนี้ สุดท้ายเราก็สามารถมองเห็นดินฝุ่นดาวเคราะห์น้อยชุดใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยรวบรวมและส่งกลับสู่โลกได้โดยปฏิบัติการของมนุษยชาติ ขณนี้ OSIRIS-RE x ซึ่งเปลี่ยนชื่อใหม่เป็น OSIRIS-APEX กำลังเดินทางไปดาวเคราะห์น้อยอีกดวง ซึ่งเป็นวัตถุที่อาจสร้างหายนะให้กับโลก คือ อโพฟิส(Apophis) มันจะโคจรตัดกับโลกในปี 2029

ภาพตัวอย่างที่ถ่ายออกจาก TAGSAM ให้ภาพของสารตัวอย่างในความละเอียดสูง โดยใช้การถ่ายภาพความแม่นยำความละเอียดสูงแบบแมนนวล และกระบวนการซ้อนภาพ(stacking) ปรับโฟกัสกึ่งอัตโนมัติ

แหล่งข่าว sciencealert.com : NASA finally prizes lid off the largest haul of asteroid dust ever obtained
                iflscience.com : NASA finally removes last two fasteners to access historic Bennu asteroid sample  

ออโรราบนดาวแคระน้ำตาล

 

     กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ได้สำรวจดาวแคระน้ำตาลดวงหนึ่งซึ่งแสดงสัญญาณของแสงเหนือใต้ แม้ว่าวัตถุนี้จะไม่ได้สังกัดอยู่กับดาวฤกษ์ใดๆ เลย

     ดาวแคระน้ำตาล(brown dwarfs) เป็นวัตถุฟากฟ้าที่แปลกประหลาดอย่างมาก พวกมันก่อตัวขึ้นในแบบเดียวกับดาวฤกษ์แต่ไม่ได้มีมวลสูงพอที่จะเริ่มจุดประกายการหลอมนิวเคลียสในแกนกลางได้ จึงทำให้มันเป็นดาวฤกษ์แท้ง(failed star) แคระน้ำตาลบางส่วนมีขนาดพอๆ กับดาวเคราะห์ โดยมีเมฆและชั้นบรรยากาศที่ปั่นป่วน แม้ว่าพวกมันจะไม่มีอะไรคล้ายกับดาวเคราะห์เลย

     Jackie Faherty จากพิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ธรรมชาติอเมริกัน ได้พบวัตถุนี้เมื่อเธอและทีมได้รับเวลาการสำรวจด้วยกล้องเวบบ์เพื่อตรวจสอบชั้นบรรยากาศของดาวแคระน้ำตาลที่เย็นที่สุด 12 ดวง ดาวแคระน้ำตาลเป็นวัตถุที่มีมวลสูงกว่าดาวพฤหัสฯ แต่ก็ยังไม่สูงพอ จึงร้อนเพราะความร้อนที่เหลืออยู่จากการก่อตัว ดังนั้นเมื่อพวกมันมีอายุมากขึ้น ก็จะเย็นตัวลง ดาวแคระน้ำตาลที่เย็นที่สุดจึงมีอายุมากที่สุดด้วย แต่พวกที่เย็นที่สุดก็ยังสำรวจได้ยากที่สุด ไกลเกินกว่าที่กล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินจะสำรวจได้และจะเข้าถึงได้ด้วยกล้องเวบบ์เท่านั้น แม้จะเย็นแต่ก็ยังจัดว่าค่อนข้างอุ่นที่ราว 200 องศาเซลเซียส พอๆ กับเตาอบ

      ในบรรดา 12 ดวงที่ทีมสำรวจ มีดวงหนึ่งที่โดดเด่นออกมา Dan Caselden นักวิทยาศาสตร์ภาคประชาชนและร่วมในโครงการ Backyard Worlds ได้พบดวงหนึ่งซึ่งมีชื่อว่า W1935 เป็นแสงสลัวเคลื่อนบนพื้นหลัง ด้วยกล้องเวบบ์ซึ่งมีความไวสูง ก้อนสลัวนั้นก็กลายเป็นสเปคตรัมอินฟราเรดที่เด่นชัด เผยให้เห็นวัตถุที่เต็มไปด้วยสารเคมี และมีรายละเอียดหนึ่งที่คาดไม่ถึง เมื่อตรวจสอบสเปคตรัมก็พบว่า มีโมเลกุลชนิดหนึ่งที่ดูดกลืนแสงอยู่ซึ่งเหนือความคาดหมาย ก็เหมือนกับเม็ดกรวดในรองเท้า เราปฏิเสธมันไม่ได้ Faherty กล่าว

การแบ่งดาวเคราะห์, ดาวแคระน้ำตาล และดาวฤกษ์ ตามมวลโดยคร่าวๆ 

      ที่ความยาวคลื่นสั้นกว่า 4 ไมครอน โมเลกุลมีเธนจะดูดกลืนแสง(absorption) เกือบทั้งหมด แต่ในช่วงดูดกลืนแสงของมีเธนก็ยังเป็นลูกคลื่น ซึ่งต่อมา Faherty ก็ตระหนักว่าเป็นมีเธนในสภาพเปล่งคลื่น(emission) เพื่อตรวจจับการเปล่งคลื่นนี้ ก๊าซจะต้องมีอุณหภูมิสูงกว่า 200 องศาเซลเซียสของดาวแคระน้ำตาล หรือพูดอีกอย่างว่า เป็นแสงเหนือใต้

          บนโลก แสงเหนือใต้(aurorae) เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคทรงพลังที่พัดพาออกสู่อวกาศจากดวงอาทิตย์ ถูกสนามแม่เหล็กโลกจับไว้ ซึ่งอนุภาคจะไหลไปตามเส้นแรงสนามแม่เหล็กจนถึงพื้นที่ใกล้ขั้วโลก ชนกับโมเลกุลก๊าซและสร้างม่านแสงพริ้วขึ้นมา ดาวพฤหัสฯ และดาวเสาร์ก็มีกระบวนการแสงเหนือใต้ซึ่งเกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์กับลมสุริยะคล้ายๆ กัน เพียงแต่ยังมีส่วนเสริมจากดวงจันทร์ที่มีกิจกรรมที่อยู่ใกล้ๆ เช่นไอโอ(Io) ในกรณีดาวพฤหัสฯ) และเอนเซลาดัส(Enceladus) ในกรณีดาวเสาร์

     แสงเหนือใต้ต้องการ 2 สิ่งคือ สนามแม่เหล็กที่รุนแรงที่ดาวแคระน้ำตาลสร้างขึ้นได้ถ้ามันหมุนรอบตัวเร็วมากพอ แต่ก็ยังต้องการก๊าซเป็นไอออนที่ร้อน หรือพลาสมาด้วย W1935 เป็นดาวแคระน้ำตาลโดดเดี่ยวซึ่งอยู่ห่างไกลจากดาวฤกษ์แม่ใดๆ แล้วพลาสมามาจากไหนกัน ทีมเองก็ไม่ทราบแต่ก็มีแนวคิด หนึ่งในนั้นและน่าจะเป็นไปได้มากที่สุดก็คือ มีดวงจันทร์ที่มีกิจกรรมทางธรณีวิทยาที่คล้ายกับไอโอ ภูเขาไฟของไอโอสร้างอนุภาคมีประจุที่ต่อมาจะหนีพ้นแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์ และถูกสนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสฯ ดักไว้แทน เช่นเดียวกันที่ดาวเสาร์ พุน้ำแข็งบนเอนเซลาดัสก็สร้างอนุภาคมีประจุที่ทำให้เกิดแสงเหนือใต้บนดาวเคราะห์วงแหวนนี้   

     ความเป็นไปได้ทางอื่นกลับน่าสนใจน้อยกว่ามาก เช่น วัตถุอาจผ่านเข้าใกล้ก้อนพลาสมาในห้วงอวกาศระหว่างดวงดาว ซึ่งเหลือทิ้งไว้โดยวัตถุที่กำลังก่อตัวบางชนิด ในกรณ๊นี้ในอนาคตกล้องเวบบ์น่าจะพบว่าแสงเหนือใต้ของ W1935 หายไป เมื่อแหล่งพลาสมากระจายหายไป

ภาพกราฟฟิคแสดงองค์ประกอบในชั้นบรรยากาศของดาวแคระน้ำตาล W1935 และ W2220 จาก NIRSpec ของเวบบ์จากดาวแคระน้ำตาลที่ศึกษา 12 ดวง สองดวงนี้แทบจะเหมือนกันทุกกระเบียดทั้ง องค์ประกอบ, ความสว่างและอุณหภูมิ อย่างไรก็ตาม W 1935 แสดงการเปล่งคลื่นจากมีเธน ซึ่งโดดขึ้นจากรายละเอียดดูดกลืนคลื่นที่สำรวจพบบน W 2220 ทีมสงสัยว่าการเปล่งคลื่นจากมีเธนเกิดขึ้นจากกระบวนการที่สร้างแสงเหนือใต้

     แสงเหนือใต้ยังอาจจะเปิดช่องทางสู่สิ่งที่กำลังเกิดขึ้นในระบบของเราเอง ในขณะที่ดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์มีดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ที่ยังมีกิจกรรม เป็นแหล่งของพลาสมา แต่แสงเหนือใต้ที่พวกมันสร้างขึ้นก็ยังสว่างกว่าที่คาดไว้ บอกตรงๆ ว่าฉันรู้สึกเหมือนเดินออกจากเรื่องใหญ่โตหนึ่งไปสู่เรืองใหญ่อีกเรื่องที่เกิดในระบบสุริยะ Faherty กล่าว ดาวพฤหัสฯ, ดาวเสาร์, ยูเรนัส และเนปจูน ต่างก็มีพลังงานในชั้นบรรยากาศส่วนบนมากเกินไป

     อย่างไรก็ตาม เธอมีคำอธิบายสำหรับสิ่งที่เกิดขึ้นในระบบของเรา นั้นคือ ปรากฏการณ์ประหลาดภายในดาวเคราะห์กำลังถมพลังงานเข้าใส่ชั้นบรรยากาศส่วนนอกๆ แต่ไม่เกี่ยวกับ W1935 เนื่องจากวัตถุแสดงการเปล่งคลื่นจากมีเธนเท่านั้น ไม่พบจากก๊าซอื่นๆ อีก

     ในขณะที่ W1935 นั้นสลัวเกินกว่าจะทำการสำรวจติดตามผลจากภาคพื้นดินได้ แต่ทีมก็อาจจะขอเวลาการสำรวจเพิ่มเติมด้วยเวบบ์ บางที ข้อมูลในอนาคตจะแสดงให้เห็นการเปล่งคลื่นจากแสงเหนือใต้ที่มีความแรงแปรผัน หรือกระทั่งหายไป หรือบางทีดวงจันทร์อาจจะโผล่ออกมาให้เห็นผ่านแรงดึงโน้มถ่วงของมันเอง งานวิจัยนี้นำเสนอในการประชุมสมาคมดาราศาสตร์อเมริกันครั้งที่ 243 ที่นิว ออร์ลีนส์

แหล่งข่าว skyandtelescope.com : unexplained auroras found on a lonely brown dwarf
                iflscience.com : failed star is the coldest object to potentially show aurorae beyond our solar system 

ปริศนาเกาะมหัศจรรย์ของไททัน

 

     การศึกษาใหม่ได้พบว่า “เกาะมหัศจรรย์” บนไททันน่าจะเป็นชิ้นส่วนของสารอินทรีย์เยือกแข็งที่มีรูพรุน ค้านกับงานก่อนหน้านี้ที่บอกว่าเป็นฟองก๊าซ หรือกระทั่งเกาะลวงตา

     ชั้นบรรยากาศสีส้มขุ่นของไททันมีความหนาแน่นสูงกว่าชั้นบรรยากาศโลก 50% และอุดมไปด้วยมีเธนและมักพบโมเลกุลอินทรีย์อื่นๆ ด้วย พื้นผิวของไททันปกคลุมด้วยสันทรายวัสดุสารอินทรีย์ และทะเลมีเธนและอีเธนเหลว ถ้ายังแปลกไม่พอ ในภาพจากเรดาร์ยังพบจุดสว่างที่ย้ายตำแหน่งได้บนพื้นผิวทะเล ซึ่งจุดสว่างอาจคงอยู่ตั้งแต่ไม่กี่ชั่วโมงจนถึงหลายสัปดาห์หรือมากกว่านั้น โผล่มาแล้วก็หายไปในการสำรวจแต่ละครั้ง

     นักวิทยาศาสตร์ได้พบ “เกาะมหัศจรรย์” เหล่านี้ครั้งแรกในปี 2014 ด้วยปฏิบัติการคาสสินี-ไฮเกนส์ และตั้งแต่นั้นมาก็พยายามจะระบุให้ได้ว่าพวกมันคืออะไร การศึกษาก่อนหน้านี้บอกว่าอาจจะเป็นเกาะล่องหนที่เกิดจากคลื่น หรือกระทั่งเกาะจริงๆ ที่เป็นของแข็งลอยน้ำได้ หรือฟองของก๊าซไนโตรเจน

     Xinting Yu นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์และผู้เขียนนำการศึกษาใหม่ ผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่แผนกฟิสิกส์และดาราศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทกซัส ซานอันโตนีโอ สงสัยว่าถ้าพิจารณาความสัมพันธ์ระหว่างชั้นบรรยากาศไททัน, ทะเลสาบของเหลว และวัสดุสารแข็งบนพื้นผิวเหล่านั้น ก็น่าจะเผยให้เห็นที่มาของเกาะปริศนาได้หรือไม่ ฉันอยากจะตรวจสอบว่าเกาะมหัศจรรย์นั้นแท้จริงแล้วเป็นสสารอินทรีย์ที่ลอยอยู่บนผิวน้ำ เหมือนกับหินภูเขาไฟ(pumice) บนโลกที่สามารถลอยน้ำได้ก่อนที่สุดท้ายจะจมลง หรือไม่

เรดาร์บนยานคาสสินีซึ่งสามารถทะลุทะลวงชั้นบรรยากาศหนาทึบของไททัน เผยให้เห็นทะเลสาบและทะเลขนาดใหญ่ใกล้ขั้วเหนือของดวงจันทร์นี้ จุดสว่างที่ปรากฏขึ้นชั่วคราว หรือเกาะมหัศจรรย์ ปรากฏให้เห็นและหายไปใน Ligeia Mare

     ชั้นบรรยากาศส่วนบนของไททันนั้นหนาทึบด้วยสสารอินทรีย์ที่หลากหลาย โมเลกุลอาจเกาะกัน, เยือกแข็ง และตกลงบนพื้นผิวดวงจันทร์ ซึ่งรวมถึงลงบนแม่น้ำและทะเลสาบมีเธนและอีเธนเหลวด้วย โดยสร้างคลื่นที่สูงเพียงไม่กี่มิลลิเมตรเท่านั้น Yu และทีมของเธอสนใจในชะตากรรมของก้อนสสารอินทรีย์เหล่านี้ก่อนที่จะมาถึงทะเลสาบไฮโดรคาร์บอนของไททันว่า พวกมันจะจมหรือลอย

     เพื่อค้นหาคำตอบ ก่อนอื่นทีมก็สืบสวนว่าสารอินทรีย์แข็งบนไททันจะละลายได้ในทะเลสาบมีเธนเหลวหรือไม่ เนื่องจากทะเลสาบเหล่านี้อิ่มตัวไปด้วยอนุภาคสารอินทรีย์ ทีมพบว่าของแข็งที่ตกลงมาไม่น่าจะละลายได้เมื่อมันกระทบกับของเหลว สำหรับเราเพื่อที่จะได้เห็นเกาะมหัศจรรย์ พวกมันจะไม่ใช่แค่ลอยได้แค่หนึ่งวินาทีแล้วก็จมลงไป Yu กล่าว พวกมันจะต้องลอยอยู่นานพอดู แต่ไม่ได้ลอยอยู่ตลอดไปด้วย

     ทะเลสาบและทะเลบนไททันนั้นมีมีเธนและอีเธนเป็นหลัก ซึ่งแม้จะอยู่ในสภาพอิ่มตัวสูงแต่สารประกอบทั้งสองก็มีความตึงผิวที่ต่ำ ซึ่งทำให้ของแข็งยิ่งลอยตัวได้ยากขึ้น แบบจำลองบอกว่าของแข็งเยือกแข็งเกือบทั้งหมดเองก็มีความหนาแน่นสูงมากและมีความตึงผิวที่ต่ำเกินกว่าจะสร้างเกาะมหัศจรรย์ของไททันได้ ยกเว้นแต่ว่าก้อนเหล่านั้นจะมีรูพรุนเหมือนกับชีสสวิส

บทสรุปชะตากรรมของสารประกอบอินทรีย์แบบเรียบง่ายและเชิงซ้อนบนพื้นผิวไททัน

      ถ้าก้อนสสารเยือกแข็งนั้นมีขนาดใหญ่มากพอและมีอัตราส่วนรูและท่อแคบที่เหมาะสม มีเธนเหลวก็อาจจะซึมเข้าไปช้าเพียงพอที่ก้อนเยือกแข็งจะลอยอ้อยอิ่งบนผิวน้ำได้ แบบจำลองพบว่า ก้อนแต่ละก้อนน่าจะมีขนาดเล็กเกินกว่าจะลอยอยู่ได้ด้วยตัวมันเอง แต่อาจเกาะกลุ่มกันมีขนาดใหญ่มากพอบนชายฝั่ง ชิ้นที่ใหญ่กว่าก็อาจจะแตกออกและลอยหายไป(calving) เหมือนกับที่หิ้งน้ำแข็งแตกบนโลก เมื่อรวมขนาดที่ใหญ่ขึ้นและรูพรุนที่มากพอ ธารน้ำแข็งอินทรีย์เหล่านี้ก็อาจจะอธิบายปรากฏการณ์เกาะมหัศจรรย์ได้

     ทีมยังอธิบายปริศนาอีกประการบนไททันว่าเพราะเหตุใด แอ่งของเหลวจึงราบเรียบอย่างมากโดยมีคลื่นไม่สูงไปกว่าไม่กี่มิลลิเมตร นั้นเป็นเพราะมีชั้นของแข็งเยือกแข็งบางๆ ที่ปกคลุมทะเลและทะเลสาบของไททัน งานวิจัยของทีมเผยแพร่ในวารสาร Geophysical Research Letters  วันที่ 4 มกราคม

แหล่งข่าว phys.org : Titan’s “magic islands” are likely to be honeycombed hydrocarbon icebergs, finds study
                space.com : floating “magic islands” on Saturn’s moon Titan may be honeycombed-shaped snow
                iflscience.com : we may finally know what those “magic islands” are on Saturn’s moon Titan