สำรวจการลุกจ้าของดาวแคระแดง

      งานวิจัยใหม่จากมหาวิทยาลัยนอร์ธคาโรไลนา ที่ชาเพลฮิลล์ จะช่วยนักดาราศาสตร์ชีววิทยาให้เข้าใจว่าดาวเคราะห์จะต้องพบกับปริมาณรังสีมากแค่ไหนในระหว่างที่เกิดการลุกจ้าครั้งใหญ่ และน่าจะมีชีวิตอยู่บนพิภพนอกระบบสุริยะของเราหรือไม่

     ดวงอาทิตย์ของเราจัดได้ว่าค่อนข้างเงียบสงบ แม้จะมีการลุกจ้าของดวงอาทิตย์(solar flare) และการผลักมวลจากชั้นโคโรนา(coronal mass ejection) เกิดขึ้นบ้าง แต่ดวงอาทิตย์ก็ยังมีการลุกจ้าที่ค่อนข้างเบาเมื่อเทียบกับดาวฤกษ์บางชนิด ดาวบางดวงมีการลุกจ้าพิเศษ(super flares) เป็นการปะทุพลังงานที่ใหญ่กว่าการลุกจ้าของดวงอาทิตย์ครั้งรุนแรงที่สุดตั้งแต่ 10 ถึง 1000 เท่า

ภาพจากศิลปินแสดงการลุกจ้าพิเศษ(superflare) เหตุการณ์หนึ่งที่ดาวฤกษ์ไกลโพ้นดวงหนึ่งปะทุออกมา

     เมื่อเกิดการลุกจ้า ดาวจะสว่างขึ้นอย่างฉับพลันและทำนายไม่ได้ ซึ่งเป็นผลจากพลังงานแม่เหล็กในชั้นบรรยากาศดาวฤกษ์ ความสว่างนี้เห็นในตลอดช่วงความยาวคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ารวมถึงรังสีอุลตราไวโอเลต ซึ่งมาอาบดาวเคราะห์ในปริมาณที่สูงพอที่จะทำลายโอกาสของชีวิตที่อยู่อาศัยที่นั้นไป และยังฉีกชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ที่โคจรค่อนข้างใกล้ออกไป เรื่องราวเหล่านี้มีความน่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับพิภพที่โคจรรอบดาวแคระแดง(red dwarfs) ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ขนาดเล็กและมืดที่มีอยู่ถึง 75% ของประชากรดาวทั้งหมดในทางช้างเผือก และยังเป็นระบบที่พบดาวเคราะห์ได้บ่อยที่สุด

      ดาวฤกษ์แคระแดงหรือแคระชนิดเอ็ม(M dwarfs) นั้นมีกิจกรรมถี่กว่าดาวฤกษ์ขนาดใหญ่กว่าอย่างดวงอาทิตย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพวกมันมีอายุน้อย และเนื่องจากแคระแดงแต่ละดวงมืดมาก เขตเอื้ออาศัยได้(habitable zone) ซึ่งเป็นช่วงระยะทางการโคจรที่จะมีน้ำของเหลวคงอยู่เสถียรบนพื้นผิวดาวเคราะห์หินได้ นั้นจึงอยู่ใกล้กว่าอย่างมากเมื่อเทียบกับกรณีดาวฤกษ์อย่างดวงอาทิตย์  

     นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยนอร์ธคาโรไลนา ที่ชาเพลฮิลล์ ได้ตรวจสอบอุณหภูมิของการลุกจ้าพิเศษในแคระแดงกลุ่มใหญ่ และยังมีการเปล่งคลื่นอุลตราไวโอเลตที่น่าจะเป็นการลุกจ้าด้วย การค้นพบซึ่งเผยแพร่ใน Astrophysical Journal วันที่ 5 ตุลาคม จะช่วยให้นักวิจัยได้ตั้งขีดจำกัดความสามารถในการเอื้ออาศัยได้(habitability) ของดาวเคราะห์ที่เป็นเป้าหมายในปฏิบัติการตามล่าดาวเคราะห์ที่กำลังจะออกสำรวจ

     เราพบว่าดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์(แคระแดง-ผู้แปล) อายุน้อย อาจจะพบกับรังสียูวีในระดับที่ยับยั้งชีวิตได้ แม้ว่าอาจจะมีจุลชีพบางชนิดที่อยู่รอดได้ก็ตาม Ward S. Howard ผู้เขียนนำการศึกษา นักศึกษาปริญญาเอกที่แผนกฟิสิกส์และดาราศาสตร์ มหาวิทยาลัยนอร์ธคาโรไลนา(UNC) ที่ชาเพลฮิลล์ กล่าว Howard และเพื่อนร่วมงานที่ UNC ตรวจสอบอุณหภูมิจากการลุกจ้าพิเศษ 42 ครั้งจากแคระแดง 27 ดวง โดยใช้เครือข่ายกล้องโทรทรรศน์เอฟรี่สโคปของ UNC-ชาเพลฮิลล์เองที่หอสังเกตการณ์เซร์โรโตโลโล อินเตอร์-อเมริกัน ในชิลี และปฏิบัติการ TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite) ของนาซา เพื่อสำรวจการลุกจ้าพิเศษกลุ่มใหญ่ที่สุดไปพร้อมๆ กัน

superflare ของพรอกซิมา เซนทอไร(Proxima Centauri) ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด และเป็นดาวฤกษ์ชนิดแคระแดง การลุกจ้าพิเศษที่เกิดขึ้นสามารถเห็นได้ด้วยตาเปล่า 

     งานวิจัยของทีมยังได้ขยายจากงานศึกษาก่อนหน้านี้ซึ่งมุ่งเป้าส่วนใหญ่ไปที่อุณหภูมิและการแผ่รังสีจากการลุกจ้าจากการลุกจ้าพิเศษเพียงจำนวนหนึ่ง จากดาวฤกษ์เพียงไม่กี่ดวง ในงานวิจัยที่ขยายออกไป ทีมได้พบความสัมพันธ์ในทางสถิติระหว่างขนาดของการลุกจ้าพิเศษ กับอุณหภูมิของมัน อุณหภูมิมีความสัมพันธ์อย่างแนบแน่นกับปริมาณการแผ่รังสียูวีที่น่าจะกระทบถึงชีวิตบนพื้นผิวดาวเคราะห์

     การลุกจ้าพิเศษมักจะแผ่รังสียูวีเกือบทั้งหมดออกมาในช่วงพีคที่นานตั้งแต่ 5 ถึง 15 นาที การสำรวจเอฟรีสโคปและ TESS พร้อมกันจะทำเป็นเวลา 2 นาที เพื่อให้แน่ใจว่าการตรวจสอบต่างๆ เกิดขึ้นในระหว่างช่วงพีคของการลุกจ้าพิเศษแต่ละครั้ง นี่เป็นครั้งแรกที่มีการศึกษาอุณหภูมิการลุกจ้าพิเศษกลุ่มใหญ่อย่างนี้ ความถี่ของการสำรวจช่วยให้ทีมได้พบปริมาณเวลาที่การลุกจ้าพิเศษสามารถทำให้ดาวเคราะห์ไหม้เกรียมด้วยการแผ่รังสียูวีที่เข้มข้นสูง การลุกจ้าพิเศษที่เกิดขึ้นบ่อยครั้งสามารถกัดกร่อนชั้นโอโซนในชั้นบรรยากาศที่คล้ายโลก และทำให้มีกระแสยูวีไหลลงสู่พื้นผิวในระดับที่พิฆาตชีวิต รายงานเขียนไว้ ในทางตรงกันข้าม พลังงานจากการลุกจ้าบางส่วนก็อาจจะช่วยขับเคลื่อนการปรากฏของชีวิตบนดาวเคราะห์ได้ ในทางกลับกัน การลุกจ้าที่เกิดขึ้นไม่กี่ครั้งอาจจะเป็นผลให้มีระดับรังสีที่พื้นผิวไม่เพียงพอที่จะขับดันปฏิกิริยาเคมีที่สร้างสารตั้งต้นทางชีวภาพ(prebiotic)   

     การลุกจ้าที่สำรวจได้ช่วยให้ TESS ในช่วงภาคต่อได้ค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบหลายพันดวงในวงโคจรรอบดาวแคระที่สว่างที่สุดบนท้องฟ้า ขณะนี้ TESS มีเป้าหมายที่ดาวที่ปะทุการลุกจ้าซึ่งสำรวจจากตัวอย่างของ UNC-ชาเพลฮิลล์ เพื่อสำรวจให้ถี่มากขึ้น Nicholas M. Law ผู้เขียนร่วมการศึกษา รองศาสตราจารย์สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ที่ UNC-ชาเพลฮิลล์ และผู้นำทีมกล้องโทรทรรศน์เอฟรี่ กล่าวว่า ในระยะยาว ผลสรุปเหล่านี้อาจจะบอกถึงตัวเลือกระบบดาวเคราะห์ที่จะถูกสำรวจโดยกล้องโทรทรรศน์เจมส์เวบบ์ โดยมีพื้นฐานจากกิจกรรมการลุกจ้าในระบบ

     การศึกษาใหม่ตามรอยงานศึกษาของทีมเกี่ยวกับการลุกจ้าของแคระแดงและผลกระทบที่อาจมีต่อชีวิต ยกตัวอย่างเช่น รายงานในปี 2018 ที่นำโดย Howard บอกว่าการลุกจ้าพิเศษได้ทำให้ศักยภาพทางดาราศาสตร์ชีววิทยาของ Proxima b ลดลงไป ดาวเคราะห์ดังกล่าวเป็นดาวเคราะห์หินขนาดเท่าโลกที่โคจรในเขตเอื้ออาศัยได้ของแคระแดง พรอกซิมา เซนทอไร(Proxima Centauri) เพื่อนบ้านที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด

เพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุดของดวงอาทิตย์ ส่วนใหญ๋จะเป็นดาวฤกษ์แคระแดง และดาวฤกษ์แคระน้ำตาลหรือดาวฤกษ์แท้ง(failed star) ซึ่งมีมวลสูงไม่พอที่จะกลายเป็นดาวฤกษ์ที่แท้จริงได้ 

    นอกจากนี้ งานวิจัยอีกชิ้นที่ทำกับดาวแคระแดงอีกดวงที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุดดวงหนึ่ง คือ ดาวของบาร์นาร์ด(Barnard’s Star) ซึ่งเป็นแคระแดงอายุ 1 หมื่นล้านปีที่มีมวล 16% ของดวงอาทิตย์ อยู่ห่างออกไปเพียง 6 ปีแสงเท่านั้น รอบดาวนี้ก็พบดาวเคราะห์แล้ว 1 ดวง ซึ่งเป็นพิภพที่ร้อนราวนรก มีมวลราว 3 เท่าของโลก โคจรด้วยระยะทางใกล้เคียงกับวงโคจรดาวพุธรอบดวงอาทิตย์

      งานวิจัยใหม่โดย Tommi Koskinen จากมหาวิทยาลัยอริโซนา และผู้ร่วมเขียนงานวิจัยเผยแพร่ใน Astronomical Journal ใช้หอสังเกตการณ์รังสีเอกซ์จันทราและกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล โดยมีเป้าหมายเพื่อให้ทราบว่าแคระแดงที่มีอายุมากมีพฤติกรรมเมื่อเทียบกับแคระแดงที่มีอายุน้อยกว่าและมีกิจกรรมสูงกว่า อย่างไร เมื่อเป็นที่ทราบกันดีว่า แคระแดงที่อายุน้อยในระดับไม่กี่พันล้านปีจะแผ่รังสีพลังงานที่เผาดาวเคราะห์ใกล้เคียง ทำให้ยากที่จะมีชีวิตอยู่(แต่ก็ไม่ใช่ว่าเป็นไปไม่ได้) แต่สำหรับสภาพแวดล้อมรอบแคระแดงอายุมากกลับไม่ทราบนัก

     การสำรวจใหม่แสดงว่าประมาณหนึ่งในสี่ ดาวจะเกิดการลุกจ้าที่ทรงพลังซึ่งก็เป็นเรื่องปกติสำหรับแคระแดงทุกดวง ที่น่าจะสร้างอันตรายให้กับชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้ๆ Girish Duvvuri ผู้เขียนร่วมการศึกษาจากมหาวิทยาลัยโคโลราโด กล่าวว่า ถ้าช่วงเวลาที่สำรวจแค่นี้เป็นตัวแทนว่าดาวของบาร์นาร์ดมีกิจกรรมเช่นไรได้ เราก็บอกได้ว่ามันปล่อยรังสีอันตรายจำนวนมากทีเดียว ระดับกิจกรรมสูงอย่างน่าประหลาดใจสำหรับแคระแดงอายุมาก

     ชั้นบรรยากาศใดๆ ที่ก่อตัวขึ้นในช่วงต้นของความเป็นมาของดาวเคราะห์ในเขตเอื้ออาศัยได้ น่าจะถูกกัดกร่อนโดยการแผ่รังสีพลังงานสูงจากแคระแดงในวัยเยาว์ซึ่งเดือดดาล อย่างไรก็ตาม ต่อมาอาจมีการสร้างชั้นบรรยากาศขึ้นมาใหม่เมื่อดาวมีอายุมากขึ้นและมีกิจกรรมน้อยลง กระบวนการสร้างชั้นบรรยากาศใหม่อาจจะเกิดจากก๊าซที่ปล่อยออกมาโดยการชนของวัสดุสารแข็ง หรือเป็นก๊าซที่ปล่อยออกมาในกิจกรรมภูเขาไฟ

     อย่างไรก็ตาม การลุกจ้ารุนแรงอย่างในรายงานใหม่ซึ่งเกิดขึ้นซ้ำๆ ทุกหลายร้อยล้านปี อาจจะกัดกร่อนชั้นบรรยากาศที่สร้างใหม่ของพิภพหินในเขตเอื้ออาศัยได้ ซึ่งน่าจะลดโอกาสที่พิภพเหล่านี้จะค้ำจุนชีวิตได้ จากการค้นพบนี้ ทีมจึงหาความเป็นไปได้อื่นๆ สำหรับชีวิตบนดาวเคราะห์รอบแคระแดงอายุมากซึ่งพิจารณาไปที่ดาวเคราะห์ในระยะทางที่ห่างออกมาจากดาวฤกษ์แม่ ซึ่งระดับการแผ่รังสีพลังงานสูงจะต่ำกว่า และที่ระยะทางไกลออกมา เป็นไปได้ที่ปรากฏการณ์เรือนกระจกจากก๊าซอื่นๆ นอกเหนือจากคาร์บอนไดออกไซด์ เช่น ไฮโดรเจน จะช่วยให้มีน้ำของเหลวได้

การสำรวจดาวของบาร์นาร์ด(Barnard’s Star) ด้วยจันทราในเดือนมิถุนายน 2019 ได้พบการลุกจ้าในช่วงรังสีเอกซ์
 1 ครั้ง(แสดงในภาพเล็ก) และการสำรวจด้วยฮับเบิลในเดือนมีนาคม 2019 เผยให้เห็นการลุกจ้าพลังงานสูงในช่วงยูวี
 2 ครั้ง(แสดงในกราฟฟิค) การสำรวจทั้งสองมีความยาวประมาณ 7 ชั่วโมงและกราฟทั้งคู่ก็แสดงความสว่างรังสีเอกซ์หรือยูวี ลงจนถึงระดับศูนย์ จากความยาวของการลุกจ้าเทียบกับการสำรวจ ผู้เขียนสรุปว่าดาวเกิดการลุกจ้าในระดับอันตรายราว 25% ของเวลา

     ขณะนี้ ทีมกำลังศึกษาการแผ่รังสีพลังงานสูงจากแคระแดงอื่นๆ ให้มากขึ้นเพื่อตรวจสอบว่าดาวของบาร์นาร์ดนั้นเป็นตัวแทนของกลุ่มได้หรือไม่ Koskinen กล่าวว่า มันอาจจะกลายเป็นว่าแคระแดงเกือบทุกดวงนั้นโหดร้ายต่อสิ่งมีชีวิต ในกรณีเช่นนั้น ดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์ที่มีขนาดใหญ่กว่าอย่างดวงอาทิตย์ อาจจะเป็นสถานที่ที่เหมาะสมที่จะสำรวจหาพิภพที่จะเอื้ออาศัยได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์รุ่นต่อไป   

แหล่งข่าว sciencedaily.com : new research explores how super flares affect planets’ habitability
                space.com : “superflares” may make it hard for life to begin around dwarf stars
                universetoday.com : just how bad are superflares to a planet’s habitability?
                astronomynow.com : red dwarfs may be more hazardous to one’s health than previously thought    
                nasa.gov : assessing the habitability of planets around old red dwarfs 

ชิ้นส่วนจากวงโคจรโลกที่วงโคจรของดาวอังคาร

     ทีมนักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์นานาชาติที่นำโดยนักดาราศาสตร์ที่หอสังเกตการณ์อาร์มาช์ ได้พบดาวเคราะห์น้อยดวงหนึ่งที่เดินทางตามหลังดาวอังคารด้วยองค์ประกอบที่คล้ายกับองค์ประกอบดวงจันทร์อย่างมาก ดาวเคราะห์น้อยดวงนี้อาจจะเป็นเศษซากชิ้นส่วนโบราณที่มีอายุย้อนกลับไปได้ถึงการชนครั้งใหญ่ที่ก่อตัวดวงจันทร์และดาวเคราะห์หินอื่นๆ ในระบบสุริยะอย่างดาวอังคารและโลก งานวิจัยซึ่งเผยแพร่ในวารสาร Icarus ยังมีนัยสำคัญต่อการค้นหาวัตถุดึกดำบรรพ์ที่มีความเกี่ยวข้องกับดาวเคราะห์ของเรา

ตำแหน่งของดาวเคราะห์น้อยในส่วนต่างๆ ของระบบสุริยะ

      ดาวเคราะห์น้อยทรอย(Trojans) เป็นดาวเคราะห์น้อยกลุ่มหนึ่งที่เดินตามดาวเคราะห์ในวงโคจรราวกับฝูงแกะที่อาจจะเดินตามคนเลี้ยงแกะ โดยดักอยู่ในที่หลบภัยทางแรงโน้มถ่วงที่ 60 องศาอยู่ด้านหน้า และหลังดาวเคราะห์ พวกมันมีความน่าสนใจอย่างมากต่อนักวิทยาศาสตร์เมื่อพวกมันเป็นตัวแทนของวัสดุสารที่เหลืออยู่จากการก่อตัวและวิวัฒนาการช่วงต้นของระบบสุริยะ มีทรอยหลายพันดวงที่พบอยู่ตามวงโคจรของดาวพฤหัสฯ และเมื่อขยับเข้ามาใกล้ดวงอาทิตย์มากขึ้น นักดาราศาสตร์ก็พบทรอยของดาวอังคารจำนวนหนึ่งด้วย

     ทีมซึ่งรวมถึงนักวิทยาศาสตร์จากอิตาลี, บัลกาเรีย และสหรัฐฯ และนำโดยหอสังเกตการณ์และท้องฟ้าจำลองอาร์มา(Armagh Observatory and Planetarium; AOP) ในไอร์แลนด์เหนือ ได้ศึกษาทรอยของดาวอังคารเพื่อให้เข้าใจสิ่งที่พวกมันบอกเราเกี่ยวกับประวัติช่วงต้นของพิภพวงในของระบบสุริยะ(terrestrial planets) แต่ก็ยังสำรวจหาทรอยของโลกด้วย แต่จริงๆ คือ ค้นหาทรอยของดาวอังคารได้ง่ายกว่าทรอยของโลก เนื่องจากทรอยของโลก(ถ้ามีอยู่) ก็มักจะอยู่ใกล้กับดวงอาทิตย์ในท้องฟ้าซึ่งยากที่จะหันกล้องไปสำรวจ มีทรอยของโลกดวงหนึ่งซึ่งเรียกว่า 2010 TK7 ซึ่งพบเมื่อทศวรรษที่แล้วโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศ WISE ของนาซา แต่แบบจำลองคอมพิวเตอร์ได้แสดงว่ามันเป็นผู้มาเยือนชั่วคราวจากแถบดาวเคราะห์น้อยที่อยู่ระหว่างดาวอังคารและดาวพฤหัสฯ แทนที่จะเป็นวัตถุดิบก่อตัวดาวเคราะห์(planetesimal) จากการก่อตัวของโลก

     เพื่อที่จะสำรวจองค์ประกอบทรอยของดาวอังคาร ทีมได้ใช้ X-SHOOTER ซึ่งเป็นสเปคโตรกราฟที่ติดตั้งบนกล้องโทรทรรศน์ใหญ่มาก(VLT) ขนาด 8 เมตรของหอสังเกตการณ์ทางใต้ของยุโรป(ESO) ในชิลี X-SHOOTER มองหาว่าพื้นผิวของดาวเคราะห์น้อยสะท้อนแสงอาทิตย์ในแต่ละสีอย่างไร ก็คือสเปคตรัมสะท้อนแสง(reflectance spectrum) ด้วยการเปรียบเทียบสเปคตรัมกับวัตถุอื่นๆ ในระบบสุริยะที่ทราบองค์ประกอบดี ในกระบวนการที่เรียกว่า อนุกรมวิธาน(taxonomy) ทีมหวังว่าจะได้ตรวจสอบว่าดาวเคราะห์น้อยดวงนี้ประกอบด้วยวัสดุสารที่คล้ายกับดาวเคราะห์หินอย่างโลกหรือไม่ หรือมันเป็นชิ้นส่วนของวัสดุที่อุดมด้วยคาร์บอนและน้ำ ที่พบได้ทั่วไปในระบบสุริยะส่วนนอกเลยจากดาวพฤหัสฯ ออกไป

ภาพแสดงดาวอังคารและทรอยของมัน โดย 101429 เป็นจุดสีฟ้าที่ล้อมรอบ L5

      หนึ่งในทรอยที่ทีมตรวจสอบก็คือ ดาวเคราะห์น้อย(101429) 1998 VF31 ซึ่งเป็นทรอยที่โคจรตามหลังดาวอังคาร ข้อมูลสีที่มีอยู่เกี่ยวกับวัตถุนี้บอกว่าองค์ประกอบนั้นคล้ายกับอุกกาบาตชนิดที่พบได้ทั่วไปที่เรียกว่า ordinary chondrites พลังการรวบรวมแสงของ VLT ช่วยให้เก็บข้อมูลจากดาวเคราะห์น้อยดวงนี้ได้มีคุณภาพสูงกว่า ด้วยการรวมการตรวจสอบใหม่ๆ เหล่านี้กับข้อมูลที่ได้จาก Infrared Telescope Facility ของนาซาที่ฮาวาย จากนั้นทีมก็พยายามจำแนก 101429 พวกเขาพบว่าสเปคตรัมไม่ได้สอดคล้องกับอุกกาบาตหรือดาวเคราะห์น้อยชนิดจำเพาะใดๆ เลย ด้วยเหตุนี้ ทีมจึงขยายการวิเคราะห์เพื่อรวมสเปคตรัมจากพื้นผิวชนิดอื่นๆ ด้วย

     แล้วก็ต้องประหลาดใจ พวกเขาพบว่าสเปคตรัมนี้สอดคล้องที่สุดกับเพื่อนบ้านที่อยู่ใกล้ที่สุดของเราก็คือ ดวงจันทร์ ตามที่ Galin Borisov PDRA ที่ AOP ซึ่งเกี่ยวข้องอย่างลึกซึ้งกับการวิเคราะห์สเปคตรัม อธิบายว่า สเปคตรัมหลายๆ ส่วนที่เราได้จากดาวเคราะห์น้อยไม่ได้แตกต่างมากมายกับดวงจันทร์ แต่เมื่อคุณพิจารณาอย่างใกล้ชิดก็มีความแตกต่างที่สำคัญ ยกตัวอย่างเช่น รูปร่างและความลึกของเส้นสเปคตรัมดูดกลืนคลื่นที่กว้างที่ความยาวคลื่น 1 และ 2 ไมครอน อย่างไรก็ตาม สเปคตรัมของดาวเคราะห์น้อยดวงนี้ดูแทบจะเป็นส่วนหนึ่งของดวงจันทร์เลยจากพื้นที่ที่อาบแสงอาทิตย์เช่นที่ ภายในหลุมอุกกาบาตและภูเขา

     แล้ววัตถุที่ไม่ปกติอย่างนี้มาจากที่ไหน ความเป็นไปได้อย่างหนึ่งก็คือ 101429 ก็เป็นเพียงดาวเคราะห์น้อยอีกดวง ก็เหมือนๆ กับ อุกกาบาตคอนไดรต์ทั่วไปซึ่งก็ได้ลักษณะที่คล้ายดวงจันทร์ ผ่านการอาบรังสีจากดวงอาทิตย์มาเนิ่นนานในกระบวนการจากสภาวะอวกาศ(space weathering) หรือ ดาวเคราะห์น้อยดวงนี้อาจจะดูคล้ายดวงจันทร์ก็เพราะมันมาจากดวงจันทร์จริงๆ

     Apostolos Christou นักดาราศาสตร์อาร์มาและผู้เขียนนำรายงานอธิบายว่า ระบบสุริยะช่วงต้นนั้นแตกต่างจากที่ที่เราเห็นทุกวันนี้อย่างมาก ห้วงอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ที่เพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่นั้นยังเต็มไปด้วยเศษซากและการชนก็เกิดขึ้นทั่วไป ดาวเคราะห์น้อยขนาดใหญ่หรือที่เราเรียกว่าวัตถุดิบก่อตัวดาวเคราะห์นั้น ชนกับดวงจันทร์และดาวเคราะห์อื่นๆ อย่างคงที่ ผู้ลี้ภัยจากการชนลักษณะนี้อาจจะไปถึงวงโคจรดาวอังคารเมื่อดาวเคราะห์ยังคงอยู่ในกระบวนการก่อตัว และถูกดักไว้ในเมฆทรอยของมัน

เปรียบเทียบสเปคตรัมของ 101429 กับพื้นที่ดวงจันทร์

     หรือทางเลือกที่สาม และน่าจะเป็นลำดับเหตุการณ์ที่เป็นไปได้มากกว่าก็คือ วัตถุมาจากดาวอังคารเอง Christou บอกว่า รูปร่างสเปคตรัมของ 101429 นั้นบอกเราว่ามันอุดมไปด้วยไพรอกซีน(pyroxene) ซึ่งเป็นแร่ธาตุที่พบในเปลือกชั้นนอกของวัตถุขนาดพอๆ กับดาวเคราะห์ ดาวอังคารก็เช่นเดียวกับดวงจันทร์และโลกที่ถูกระดมชนในช่วงต้นของความเป็นมา และหนึ่งในการชนเหล่านี้ก็สร้างแอ่งโบเรียลลิส(Borealis basin) ซึ่งเป็นหลุมอุกกาบาตที่มีขนาดกว้างพอๆ กับดาวอังคารเอง การชนที่ใหญ่อย่างนั้นยังส่ง 101429 ออกสู่ตำแหน่งลากรันจ์ที่ 5(Lagrangian point; L5) ของดาวเคราะห์ได้อย่างง่ายดาย

      จริงๆ แล้ว มีการเสนอกำเนิดจากดาวอังคารในกรณีพี่น้องของ 101429 เมื่อไม่กี่ปีก่อน เป็นกระจุกของทรอยที่ตำแหน่ง L5 เรียกรวมๆ ว่า ตระกูลยูเรกา(Eureka family) ดาวเคราะห์น้อยเหล่านี้ก็มีองค์ประกอบที่ไม่ปกติด้วยเช่นกัน ในขณะที่ 101429 ที่อุดมด้วยไพรอกซีน แต่ตระกูลยูเรกากลับเป็นโอลิวีน(olivine) เกือบทั้งหมด ซึ่งเป็นแร่ธาตุที่พบอยู่ลึกในชั้นหินหลอมเหลว(mantle) ของดาวเคราะห์

     101429 และพี่น้องของมันยังมีบางสิ่งที่สอนเราเกี่ยวกับการค้นหาทรอยของโลกด้วย(ถ้ามีอยู่จริง) งานก่อนหน้านี้โดยทีมนี้ได้แสดงว่าการแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์เป็นสาเหตุให้เศษซาก ในรูปแบบของกองหินหรือก้อนหินขนาดพอๆ กับตึก จากดาวเคราะห์น้อยเหล่านี้ค่อยๆ หลุดออกจากกลุ่มเมฆทรอยของดาวอังคาร ถ้าทรอยของโลกมีความคล้ายกับทรอยดาวอังคาร กลไกเดียวกันก็น่าจะทำหน้าที่เป็นแหล่งของดาวเคราะห์น้อยใกล้โลก(near-Earth asteroid) ขนาดเล็กซึ่งแตกต่างเนื่องจากมีองค์ประกอบที่ไม่ปกติของพวกมัน

     การค้นหาวัตถุเหล่านี้อาจจะเป็นงานของกล้องโทรทรรศน์รูบิน(Vera C. Rubin Observatory) ซึ่งจะเริ่มการสำรวจระบบสุริยะอย่างครบถ้วนที่สุด คาดว่ากล้องรูบินจะพบดาวเคราะห์น้อยมากเป็นสิบเท่าของที่รู้จัก และเมื่อร่วมกับดาวเทียมไกอาที่ขณะนี้สำรวจท้องฟ้าที่ตำแหน่ง L2 ของโลก-ดวงอาทิตย์ อาจจะให้เส้นทางที่ดีที่สุดในการตามล่าหาทรอยของโลกแก่เรา

แหล่งข่าว phys.org : Mars plays shepherd to our moon’s long-lost twin, scientists find
                sciencealert.com : an asteroid trailing after Mars could actually be the stolen twin of our Moon       

FRB 200428 การปะทุคลื่นวิทยุเร็วจากวัตถุในทางช้างเผือก

 

ภาพจากศิลปินแสดงการปะทุคลื่นวิทยุเร็ว ในช่วงแรกๆ ซึ่งตรวจพบจากนอกทางช้างเผือก 

     นับตั้งแต่การค้นพบเมื่อเกือบศตวรรษก่อน การปะทุคลื่นวิทยุเร็วก็ได้สร้างความสนใจให้กับจินตนาการมากมาย การระเบิดคลื่นวิทยุที่ทรงพลังมากแต่คงอยู่เพียงเสี้ยวเล็กๆ ของหนึ่งวินาที เหตุการณ์ใดที่อยู่เบื้องหลังการระเบิดพลังเหล่านี้ ขณะนี้ เราทราบเพิ่มขึ้นอีกนิด ต้องขอบคุณการค้นพบจากหลังบ้านของเราเอง

     การสำรวจในเบื้องต้นที่รายงานเมื่อเดือนเมษายนได้บอกว่า การปะทุคลื่นวิทยุเร็ว(fast radio burst-FRB) เหตุการณ์หนึ่งที่ถูกพบมีกำเนิดมาจากแหล่งในกาแลคซีของเราเอง ขณะนี้ การศึกษาสามงานที่เผยแพร่ในวารสาร Nature ได้ยืนยันเหตุการณ์นี้อย่างเป็นทางการว่า ดาวแม่เหล็กซึ่งเป็นดาวนิวตรอนชนิดย่อยที่มีสนามแม่เหล็กรุนแรงอย่างไม่น่าเชื่อ ที่อยู่ภายในทางช้างเผือกของเราซึ่งมีการลุกจ้าในช่วงวิทยุเมื่อเดือนเมษายนนั้นเป็น การปะทุคลื่นวิทยุเร็วจริงๆ

          การปะทุคลื่นวิทยุเร็วเป็นสัญญาณคลื่นวิทยุที่รุนแรงมากซึ่งเปล่งพลังงานออกมาในมิลลิวินาที มากกว่าที่ดวงอาทิตย์สร้างในช่วงเกือบร้อยปี การค้นพบ FRB ครั้งแรกนี้มาจากที่อันไกลแสนไกลมากจนระบุแหล่งที่มาไม่ได้ กระทั่งนักวิทยาศาสตร์บางคนสงสัยว่ามันมีอยู่จริงหรือไม่จนกระทั่งได้พบ FRBs อื่นๆ โผล่มาไม่ขาดสายสายในปี 2013 แต่แม้จะยืนยันว่า FRBs มีอยู่จริง นักดาราศาสตร์ก็ยังคงพยายามจะระบุให้ได้ว่าอะไรที่สร้างพวกมันขึ้นมา ภารกิจนี้ดูโหดร้ายเนื่องจากสัญญาณจะปรากฏขึ้นมาเหมือนผีหลอกจากกาแลคซีอันห่างไกล แต่ยังไม่ปรากฏซ้ำด้วย พวกมันดูเหมือนจะโผล่ขึ้นมาจากแหล่งที่ห่างไกลแล้วก็อันตธานหายวับไปเลย และเนื่องจากการปะทุนี้เกิดขึ้นรวดเร็วมาก นักดาราศาสตร์จึงมีคำถามมากมายเกี่ยวกับพวกมันและแหล่งของมัน นักวิทยาศาสตร์มีทฤษฎีหลายสิบงานเกี่ยวกับที่มาของการปะทุนี้ ตั้งแต่หลุมดำชนกัน จนถึงยานอวกาศของเอเลี่ยน

     ทฤษฎีหลายงานบอกว่าการปะทุมีกำเนิดจากดาวนิวตรอน(neutron star) ซึ่งเป็นซากของดาวมวลสูงที่ตายเป็นระเบิดซุปเปอร์โนวา โดยเฉพาะอย่างยิ่ง งานวิจัยก่อนหน้านี้ได้บอกว่า FRBs อาจจะระเบิดออกจากดาวนิวตรอนชนิดย่อยที่พบได้ยากที่เรียกว่า มักนีตาร์(magnetar ย่อมาจาก magnetic star) มักนีตาร์เป็นซากดาวที่มีความเป็นแม่เหล็กสูงที่สุดที่เคยพบมา สนามแม่เหล็กของพวกมันอาจรุนแรงกว่าสนามแม่เหล็กของโลกถึงระดับหลายพันล้านล้านเท่า

ดาวนิวตรอนชนิดต่างๆ 

     มักนีตาร์เป็นดาวนิวตรอนชนิดที่มีสนามแม่เหล็กรุนแรงมาก พวกมันบีบอะตอมจนแหลก Christopher Bochenek นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่สถาบันเทคโนโลจีแห่งคาลิฟอร์เนีย(Caltech) ในพาซาดีนา และผู้เขียนนำหนึ่งในรายงานใหม่ กล่าว นักวิทยาศาสตร์สงสัยว่ามักนีตาร์อาจจะสร้าง FRB เนื่องจากงานก่อนหน้านั้นได้พบว่ามักนีตาร์สามารถเกิดการลุกจ้าครั้งใหญ่ในช่วงรังสีเอกซ์และรังสีแกมมา การลุกจ้าครั้งใหญ่เหล่านี้เกิดขึ้นในเวลาที่สั้นมากๆ ยาวนานเพียงระดับมิลลิวินาที และเป็นช่วงเวลายาวพอๆ กับ FRBs Bing Zhang นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยเนวาดา ลาสเวกัส และผู้เขียนร่วมการศึกษาหนึ่งในนั้น กล่าว ด้วยเหตุนี้ นักวิจัยได้บอกว่าพวกมันอาจจะสร้างการปะทุคลื่นวิทยุเร็วขึ้นมาได้ด้วยเช่นกัน

     แต่นั่นก็แค่ทฤษฎี เมื่อข้อบ่งชี้ทั้งหมดจากการเฝ้าดูมักนีตาร์ในกาแลคซีของเราเองบอกว่าดาวประหลาดเหล่านี้ดูติ๋ม
เกินกว่าจะส่ง FRBs ที่รุนแรงมากพอจะมาถึงเราจากกาแลคซีอื่นๆ ได้ แต่เพื่อให้แน่ใจ นักดาราศาสตร์จะต้องหามักนีตาร์ในทางช้างเผือกสักดวงให้ได้คาหนังคาเขา

     ตลอดเดือนเมษายน พวกเขาก็เล็งไปที่มักนีตาร์ SGR 1935+2154 พร้อมกับกล้องโทรทรรศน์อื่นๆ เพื่อสำรวจมันในขณะที่มันปะทุรังสีเอกซ์ซ้ำๆ ออกมา จากนั้นในวันที่ 27 เมษายน 2020 หอสังเกตการณ์สวิฟท์ในวงโคจรของนาซา ได้เริ่มตรวจจับรังสีแกมมามาจากมักนีตาร์ดวงนี้ แบบจำลองของนักดาราศาสตร์ได้บอกว่ามักนีตาร์เปล่งสัญญาณดังกล่าวก่อนที่จะสร้าง FRB ขึ้น และแน่นอนว่า ในอีกแค่หนึ่งวันต่อมา CHIME(Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) ซึ่งเป็นกล้องโทรทรรศน์วิทยุรูปร่างเหมือนท่อน้ำผ่าครึ่งตามความยาว 4 แถว ในบริติช โคลัมเบีย และ STARE2(Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2) ซึ่งเป็นเครือข่ายของจานรับสัญญาณ 3 แห่งในคาลิฟอร์เนียและยูทาห์ ได้ตรวจพบการปะทุที่ดูคล้ายการปะทุคลื่นวิทยุเร็ว FRB 200428 มาจากพื้นที่เดียวกันบนท้องฟ้า เป็นสัญญาณการปะทุคลื่นวิทยุทรงพลัง 2 ครั้งซึ่งแต่ละครั้งยาวไม่ถึง 1 มิลลิวินาทีและเกิดห่างกันเพียง 30 มิลลิวินาที เหตุการณ์ทั้งหมดเกิดขึ้นในเวลาเพียงเสี้ยววินาทีเท่านั้น 

ภาพจากศิลปินแสดงมักนีตาร์ ซึ่งเกิดดาวไหวสะเทือน(starquake) จากความเครียดบนพื้นผิวที่มีสนามแม่เหล็กที่รุนแรง สนามแม่เหล็กที่ขาดช่วงถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานสร้างการเปล่งคลื่นในช่วงต่างๆ ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า งานวิจัยใหม่บอกว่า มักนีตาร์สามารถสร้างคลื่นวิทยุที่มีระดับพลังงานสูงเหมือนกับที่พบจากนอกกาแลคซีได้ 

           มันเป็น FRB แรกเท่าที่เคยพบในกาแลคซีบ้านของเรา เช่นเดียวกับเป็น FRB แรกที่มีความเกี่ยวข้องกับการแผ่รังสีชนิดอื่นที่ตรวจพบได้ ที่สำคัญกว่านั้นก็คือ มันยังเป็น FRB แรกที่มีความเชื่อมโยงอย่างชัดเจนกับวัตถุชนิดหนึ่ง การค้นพบใหม่จึงมีนัยสำคัญเลยกาแลคซีของเราออกไปด้วย

     รายงานฉบับแรกในสามฉบับได้ระบุที่ดาวมักนีตาร์ SGR 1935+2154 ซึ่งอยู่ห่างออกไป 3 หมื่นปีแสงในทิศทางใจกลางกาแลคซีในกลุ่มดาวสุนัขจิ้งจอก(Vulpecula) ว่าเป็นตัวการของ FRB 200428 นี้ มักนีตาร์ดวงนี้เกิดการปะทุที่ทรงพลังอย่างมากในเวลาไม่ถึง 1 มิลลิวินาที นี่เป็น FRB ที่เกิดขึ้นใกล้ที่สุดเท่าที่เคยพบ Bochenek กล่าวเสริม ในประมาณ 1 มิลลิวินาที มักนีตาร์เปล่งพลังงานในช่วงวิทยุเท่ากับที่ดวงอาทิตย์ทำใน 30 วินาที

     การศึกษางานที่สองจากทีม STARES สอดคล้องกับการค้นพบจาก CHIME และศึกษาปริศนาของพลังงานนี้ FRB 200428 มีความทรงพลังมากกว่าสัญญาณจังหวะคลื่นวิทยุ(radio pulse) ที่รุนแรงที่สุดที่เคยพบในทางช้างเผือก คือเป็นพัลซาร์(pulsar) ในเนบิวลาปู(Crab Nebula) ประมาณ 3 พันเท่า Daniele Michille นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ CHIME และผู้เขียนร่วมหนึ่งในรายงานใหม่ กล่าวว่า นี่เป็นการปะทุวิทยุที่สว่างที่สุดเท่าที่เคยพบในกาแลคซีของเรามา ในเสี้ยววินาทีที่การปะทุคลื่นวิทยุเร็วนี้สร้างขึ้น มันสว่างกว่าสัญญาณจากมักนีตาร์ใดๆ ที่เคยสำรวจมาถึง 3000 เท่า ในขณะที่ CHIME ให้ตำแหน่งของการปะทุ แต่ STARE2 กลับทำได้ดีกว่าในการประเมินพลังงานที่ไหลออกมาจากมักนีตาร์ในช่วงสั้นๆ เช่นนั้น

CHIME

     เครือข่ายทั้งสองระบุตำแหน่ง FRB ได้พื้นที่เดียวกันบนท้องฟ้า การปะทุนี้สว่างอย่างมากจนในทางทฤษฎี ถ้าคุณมีตัวบันทึกข้อมูลดิบจากเครื่องรับ 4G LTE ในโทรศัพท์มือถือ ซึ่งจะตรวจจับคลื่นวิทยุได้ และคุณทราบว่ากำลังมองหาอะไร คุณก็อาจจะพบสัญญาณนี้ซึ่งเดินทางประมาณครึ่งทางข้ามกาแลคซีปรากฏในข้อมูลในโทรศัพท์มือถือ Bochanek กล่าว

     ด้วย STARE2 เราสามารถยืนยันว่าพลังงานการปะทุนั้นเทียบได้กับพลังงานของ FRBs ที่มาจากนอกกาแลคซี Bochenek อธิบาย แต่คำว่าเทียบได้ ก็ไม่ได้แปลว่าเทียบเท่า เมื่อ FRB นี้ก็ยังทรงพลังน้อยกว่า FRB นอกกาแลคซีที่อ่อนแรงที่สุดเท่าที่เคยพบ 30 เท่าด้วย และโดยทั่วไปมันสลัวกว่า FRB นอกกาแลคซีปกติราว 1 พันเท่า โดยรวมแล้ว เราสามารถตรวจสอบอัตราที่การปะทุสว่างเหล่านี้มาจากมักนีตาร์ว่าสอดคล้องกับอัตรา FRB ที่พบจากนอกทางช้างเผือก Bochenek กล่าว การค้นพบนี้จึงช่วยวาดภาพว่า FRBs บางส่วนหรืออาจจะเกือบทั้งหมด จากกาแลคซีแห่งอื่น ก็น่าจะมีกำเนิดจากมักนีตาร์ด้วยเช่นกัน

     รายงานฉบับที่สาม นักดาราศาสตร์ที่นำโดย Zhang ได้เปรียบเทียบการสำรวจกับข้อมูลที่รวบรวมได้จาก FAST(Five-hundred meter Aperture Spherical Telescope) ในจีน และได้เห็นการปะทุรังสีแกมมาพลังงานสูงจากมักนีตาร์ 29 ครั้ง แต่ไม่มีครั้งใดเลยที่บังเอิญสอดคล้องกับ FRB ที่เห็นจากมักนีตาร์นี้ การไม่เชื่อมโยงอาจจะบอกว่าการปะทุรังสีแกมมาจากมักนีตาร์ได้ให้กำเนิด FRBs ในแบบที่จำเพาะมากๆ บางสถานการณ์ ซึ่งเกือบทั้งหมดไม่ได้สร้าง Zhang กล่าว ความเป็นไปได้อีกทางก็คือ FRBs ใดๆ ที่การปะทุรังสีแกมมาสร้างขึ้นมา เปล่งออกมาเป็นลำที่แคบมากๆ ที่หันออกห่างจากโลก

STARE2

     Zhang บอกว่ามีแหล่ง FRBs 2 ชนิด หนึ่งก็คือที่สร้าง FRBs เป็นปกติ และอีกแหล่งที่สร้าง FRBs น้อยครั้งกว่า ถ้าการปะทุคลื่นวิทยุเร็วจากทั้งสองแหล่งถูกพบในมักนีตาร์ ก็บอกได้ว่าอาจจะมีมักนีตาร์อยู่ 2 ชนิด หนึ่งในนั้นก็คือมักนีตาร์ขนิดที่พบในทางช้างเผือกซึ่งสร้าง FRBs ไม่บ่อยนัก และอีกแหล่งเป็นมักนีตาร์ที่มีกิจกรรมคึกคักมากกว่า และอาจจะเป็นมักนีตาร์ที่เพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่และยังหมุนรอบตัวเร็วมากๆ เขากล่าว

     งานวิจัย FRBs ในอนาคตจะสามารถระบุกลไกว่ามักนีตาร์ชนิดไหน หรือวัตถุอื่นๆ จะสร้างการปะทุเหล่านี้ขึ้นมาได้ Zhang กล่าว ความเป็นไปได้ทางหนึ่งเกี่ยวข้องกับอิเลคตรอนพลังงานสูงที่เคลื่อนที่แบบสุ่มได้สร้างคลื่นวิทยุเมื่อพวกมันมีปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็ก หลุมดำมวลมหาศาล, ซากซุปเปอร์โนวาและก๊าซร้อนที่มีในกาแลคซีก็มักจะสร้างคลื่นวิทยุด้วยวิธีข้างบนนี้ คำอธิบายที่เป็นไปได้อีกอย่างซึ่ง Zhang ชอบก็คือเกี่ยวข้องกับอิเลคตรอนเมื่อพวกมันมีปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กผ่านมวล คล้ายกับที่ไฟฟ้าบนโลกสร้างคลื่นวิทยุโดยการปล่อยให้อิเลคตรอนวิ่งในสายไฟ

     Bochenek, Michille, Zhang และเพื่อนร่วมงานเผยแพร่การค้นพบเป็นการศึกษา 3 ชิ้นในวารสาร Nature ฉบับวันที่ 5 พฤศจิกายน

FAST ซึ่งเป็นจานรับสัญญาณวิทยุจานเดี่ยวขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 500 เมตรในกุ้ยโจว ประเทศจีน 

แหล่งข่าว space.com : scientists detect strange “fast radio burst” from within our own Milky Way 
                   astronomy.com : astronomers have finally found the cause of mysterious fast radio bursts
                   sciencealert.com : powerful radio signal detected in our galaxy is officially a fast radio burst