Messier 37

 

เอ็ม 37 กระจุกดาวเปิดอีกตัวในสารถีอีกตัวที่น่าสนใจ สว่างที่สุด มีดาวมากที่สุด และใหญ่ที่สุดในกระจุกดาวสารถีทั้งสามตัวในแมสซายเออร์แคตตาลอค ถ้าดูด้วยกล้องดูดาว 8 นิ้วจะเห็นดาวราว 150 ดวง มีขนาดที่ในกล้องดูดาวเกือบเท่าพระจัทร์เต็มดวง

ภาพสเก็ทช์จากกล้องดูดาว 4” จะเห็นว่าเอ็ม 37 เป้นกระจุกดาวที่รูปร่างแปลกจากกระจุกดาวอื่นๆ มีแถบมืดพาดผ่านทั่วไป ทำให้ดูเหมือนภาพงานศิลปะของปิกัสโซ่มากกว่าดาวที่อยู่บนฟ้า

ผมเคยดูผ่านกล้องสะท้อนแสง 8” โครงสร้างกระจุกดาวก็ไม่ได้ต่างออกไป เพียงแต่มีดาวมากกว่า ดูง่ายกว่า น่าสนใจพอกัน เป็นอีกตัวที่แนะนำให้ลองมองหาและใช้เวลากับเค้าสักหน่อยจะมองเห็นดาวมากขึ้น

มเป็นอีกตัวที่ปรากฎในบันทึกดูดาวของ จีโอวานนี่ โฮเดียน่าที่ตีพิมพ์ครั้งแรกในปี 1654 เป็นครั้งแรก ก่อนที่แมสซายเออร์จะพบอีกครั้งในปี 1764

นายพลเรือนักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษ W.H. Smyth บรรยายภาพของเอ็ม 37 ที่มองเห็นผ่านกล้องสะท้อนแสง 5.9 นิ้วได้งามยิ่ง "the whole field being strewed as it were with sparkling gold-dust." “ท้องทุ่งที่โปรยปรายด้วยผงทองเปล่งประกายระยิบระยับ” 

เอ็ม 37 ห่างออกไปจากเรา4500 ปีแสง ขนาดที่ปรากฎใกล้เคียงพระจันทร์เต็มดวงหรือ 24 อาร์คมินิต ใหญ่กว่าเอ็ม 38 เล็กน้อบ ขนาดจริง 20-25 ปีแสง ประกอบด้วยดาวฤกษ์มากกว่า 500 ดวง ในจำนวนนี้มีราว 150 ดวงที่สว่างมัคนิจูด 12.5 มีดาวยักษ์แดงอย่างน้อย 12 ดวง ดาวสว่างที่สุดสี B9 ขาว-ฟ้า

การหาตำแหน่งด้วยกล้องสองตาไม่ยาก อันดับแรกมองหาห้าเหลี่ยมสารถี เอ็ม 37 จะอยู่กึ่งกลางระหว่างเบต้า (β) และเตต้า (θ) ออริเก ในกล้องสองตาจะเห็นเป็นฝ้าฟุ้งสีขาวครับ

คลิกภาพเพื่อขยาย

ข้อมูลพื้นฐาน 
Name: Messier 37 
Type: Open Cluster 
Visual Magnitude: 5.6 
Dimension: 14 arcmin 
Constellation: Auriga 
Distance: 4500 ly 

Coordinates: 
R.A. 5h 53m 32.4s 
Dec. +32° 33' 8.8”

พิภพหินรอบดาวฤกษ์อายุหมื่นล้านปี

 

ภาพจากศิลปินแสดง TOI-561 ซึ่งเป็นหนึ่งในดาวฤกษ์ที่เก่าแก่ที่สุดและขาดแคลนโลหะมากที่สุดในทางช้างเผือก ดาวฤกษ์มีดาวเคราะห์หินร้อนดวงหนึ่ง(กลางภาพ) เช่นเดียวกับดาวเคราะห์ก๊าซอีกสองดวง(ทางซ้าย)

     นักดาราศาสตร์ได้พบดาวเคราะห์สามดวงโคจรรอบดาวฤกษ์อายุมากดวงหนึ่ง ซึ่งหนึ่งในสามนั้นเป็นพิภพหินที่มีขนาดใหญ่กว่าโลก โดยวิ่งไปรอบๆ ดาวฤกษ์แม่ในวงโคจรเพียง 10.5 ชั่วโมงเท่านั้น

      ดูเหมือนว่าดาวเคราะห์นอกระบบที่โคจรอยู่ใกล้กับดาวฤกษ์แม่ของมันอย่างมากนั้นไม่น่าจะเอื้ออาศัยได้ แม้ว่ามันจะเป็นหินเหมือนกับโลก, ดาวศุกร์ และดาวอังคาร พิภพหินดวงใหม่น่าจะมีอุณหภูมิราว 2500 เคลวิน ถูกล๊อคไว้ด้วยแรงบีบฉีก(tidal lock) โดยด้านกลางวันน่าจะเป็นมหาสมุทรแมกมา

     ดาวเคราะห์ที่พบรอบ TOI-561 ซึ่งอยู่ห่างออกไปเพียง 280 ปีแสง ดาวฤกษ์แม่เป็นดาวฤกษ์แคระสีส้มซึ่งโบราณมาก โดยประเมินอายุได้ที่ 1 หมื่นล้านปี ซึ่งเก่าแก่เป็นสองเท่าของอายุระบบสุริยะของเรา และเก่าแก่เกือบใกล้เคียงกับอายุของเอกภพเอง และมีหลักฐานว่าดาวเคราะห์หินสามารถดำรงอยู่อย่างเสถียรได้เป็นเวลานานมากๆ Lauren Weiss นักดาราศาสตร์นำจากมหาวิทยาลัยฮาวาย ที่มาเนา กล่าวว่า TOI-561b เป็นดาวเคราะห์หินที่เก่าแก่มากที่สุดดวงหนึ่งเท่าที่เคยพบมา การมีอยู่ของมันได้แสดงว่าเอกภพได้ก่อตัวดาวเคราะห์หินไม่นานหลังจากที่มันอุบัติขึ้นเมื่อเกือบ 14 พันล้านปีก่อน

     ดาวเคราะห์ทั้งสาม ซึ่งมีชื่อว่า TOI-561 b, TOI-561 c และ TOI-561 d ถูกพบโดยดาวเทียม TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite) ของนาซา TESS จะจับจ้องไปที่พื้นที่บนท้องฟ้า เพื่อมองหาความสว่างจากดาวฤกษ์ที่ลดลงเล็กน้อยอย่างเป็นคาบเวลา นี่คือการผ่านหน้า(transit) เมื่อดาวเคราะห์เดินทางตัดระหว่างเรากับดาวฤกษ์ TOI-561 เป็นประชากรดาวฤกษ์กลุ่มที่พบได้ยากที่เรียกว่า ดิสก์หนาของกาแลคซี(galactic thick disk) ดาวในพื้นที่นี้มีคุณลักษณะทางเคมีที่โดดเด่น โดยมีธาตุหนักเช่น เหล็กหรือมักนีเซียมที่ใช้ในการสร้างดาวเคราะห์อยู่น้อยกว่า

     จากข้อมูลนี้ และการสำรวจติดตามผล นักดาราศาสตร์ก็สามารถตรวจสอบคาบการโคจรและขนาดของดาวเคราะห์ทั้งสามได้ TOI-561 d ซึ่งเป็นดาวเคราะห์วงนอกสุด มีขนาดราว 2.3 เท่าเส้นผ่าศูนย์กลางโลก คาบการโคจร 16.3 วัน ส่วนดวงถัดเข้ามา TOI-561 c มีขนาด 2.9 เท่าโลก คาบการโคจร 10.8 วัน และดาวเคราะห์วงในสุด TOI-561 b มีขนาด 1.4 เท่าโลก คาบการโคจรเพียง 10.5 ชั่วโมงเท่านั้น

ภาพแสดงองค์ประกอบโครงสร้างของทางช้างเผือก ดาวฤกษ์ TOI-561 อยู่ในดิสก์หนา(ระบุเป็นสีแดงส้ม) ซึ่งประกอบด้วยประชากรดาวอายุมากอยู่กันอย่างเบาบาง

      ทีมยังทำการตรวจสอบความเร็วแนวสายตา(radial velocity) ด้วย เมื่อดาวเคราะห์โคจรรอบดาวฤกษ์แม่ ดาวฤกษ์ก็จะไม่ได้หมุนอยู่นิ่งๆ ดาวเคราะห์แต่ละดวงจะส่งแรงดึงโน้มถ่วงของมันเองต่อดาวฤกษ์แม่ เป็นผลให้เกิดการเต้นรำอันซับซ้อนเล็กน้อยซึ่งปรากฏบีบและยืดแสงของดาวฤกษ์ออก เมื่อมันเคลื่อนที่เข้าหาและออกห่างจากเราเมื่อสังเกตการณ์ ถ้าเราทราบมวลของดาวฤกษ์ เราก็สามารถสำรวจว่าดาวฤกษ์ขยับไปมากแค่ไหนเมื่อเทียบกับแรงโน้มถ่วงจากดาวเคราะห์แต่ละดวง และคำนวณมวลของดาวเคราะห์ได้ จากค่าเหล่านี้ นักวิจัยก็สามารถคำนวณได้ว่า TOI-561 b มีมวลราว 3 เท่ามวลโลก แต่ความหนาแน่นของมันใกล้เคียงกับโลก ที่ประมาณ 5 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร

     นี่เป็นเรื่องที่สร้างความประหลาดใจเนื่องจากคาดว่าความหนาแน่นจะสูงกว่านี้ Stephen Kane นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ดาวเคราะห์ จากมหาวิทยาลัยคาลิฟอร์เนีย ริเวอร์ไซด์ กล่าว นี่สอดคล้องกับแนวคิดว่าดาวเคราะห์นี้โบราณมากๆ ยิ่งดาวเคราะห์เก่าแก่มากแค่ไหน มันก็น่าจะมีความหนาแน่นต่ำลงด้วย เนื่องจากไม่ได้มีธาตุหนักอยู่มากนักเมื่อก่อตัวดาวเคราะห์หินขึ้นมา

     นั้นเป็นเพราะธาตุหนักในเอกภพซึ่งเป็นโลหะที่หนักกว่าเหล็ก จะถูกหลอมขึ้นในใจกลางดาวฤกษ์, ในซุปเปอร์โนวาที่เป็นจุดจบของดาวฤกษ์มวลสูง และการชนของซากดาวมวลสูง จะมีเมื่อเพียงดาวตายลงและกระจายธาตุเหล่านี้ออกสู่อวกาศเท่านั้น ที่พวกมันจะกระจายออกมาเพื่อสร้างดาวฤกษ์และดาวเคราะห์รุ่นใหม่ได้ ดังนั้นดาวที่มีอายุเก่าแก่มากที่สุดในเอกภพจึงขาดแคลนโลหะอย่างมาก ยกตัวอย่างเช่น TOI-561 ก็มีความเป็นโลหะ(metallicity) ที่ต่ำ และดาวเคราะห์ใดๆ ที่ก่อตัวขึ้นในเอกภพยุคต้นกว่านี้ก็น่าจะมีความเป็นโลหะที่ต่ำ ด้วยเช่นกัน

     งานวิจัยก่อนหน้านี้ได้บอกว่าความเป็นโลหะที่ต่ำจะเป็นข้อจำกัดในการก่อตัวดาวเคราะห์หิน เนื่องจากธาตุหนักน่าจะระเหยไปน้อยกว่าเมื่อพบกับการแผ่รังสีจากดาว เม็ดมวลสารที่เหลือรอดอยู่ได้นานพอในดิสก์รอบดาวฤกษ์ จะเกาะกุมกันและก่อตัวดาวเคราะห์ขึ้นมา การพบดาวเคราะห์อย่าง TOI-561 b จึงสามารถช่วยระบุแบบจำลองเหล่านั้น ซึ่งจะช่วยเราให้หาดาวเคราะห์หินนอกระบบอายุเก่าแก่ได้เพิ่มขึ้น

     แม้ว่าดาวเคราะห์พิเศษดวงนี้ไม่น่าจะเอื้ออาศัยได้ในปัจจุบัน Kane กล่าว แต่มันก็อาจจะเป็นเพียงข้อยกเว้นในบรรดาดาวเคราะห์หินมากมายที่เรายังไม่พบรอบๆ ดาวฤกษ์โบราณที่สุดในกาแลคซีของเรา และนี่ช่วยเราในการสำรวจหาพิภพที่เอื้ออาศัยได้ โลกซึ่งมีอายุราว 4.5 พันล้านปีนั้น สัญญาณชีวิตที่เก่าแก่ที่สุดเกิดขึ้นที่ราว 3.5 พันล้านปีก่อน และสัตว์มีกระดูกสันหลัง(vertebrate) ก็ยังไม่ปรากฏในบันทึกฟอสซิลจนกระทั่งเมื่อ 5 ร้อยล้านปีก่อน

     สิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนอย่างที่เรารู้จักต้องใช้เวลาเพื่ออุบัติขึ้น ดังนั้นถ้าเราต้องการหาชีวิตที่ซับซ้อนมากกว่าจุลชีพหรืออาร์เคีย(archea; จุลชีพโบราณกลุ่มหนึ่ง) ดาวเคราะห์ที่ดำรงอยู่มานานและค่อนข้างเสถียรก็น่าจะมีความเป็นไปได้ที่จะค้ำจุนชีวิตได้ ดังนั้น แม้ว่า TOI-561 b อาจจะไม่ใช่สถานที่ที่ดี แต่มันก็ให้เงื่อนงำอื่นซึ่งอาจช่วยเราในการสำรวจหาสิ่งมีชีวิตในแห่งหนอื่นในเอกภพของเราได้ งานวิจัยของทีมนำเสนอในการประชุมสมาคมดาราศาสตร์อเมริกันครั้งที่ 237 และจะเผยแพร่ใน Astronomical Journal และในเวบไซท์ก่อนตีพิมพ์ arXiv

แหล่งข่าว sciencealert.com : astronomers find an astonishing “super-Earth” that’s nearly as old as the universe  
                phys.org : “super-Earth” discovered near one of our galaxy’s oldest stars
                 skyandtelescope.com : rocky planet found around 10 billion-year-old star

ริ้วเมฆและแถบลมกรดบนดาวฤกษ์แท้ง

 

     ทีมนักวิจัยที่นำโดยมหาวิทยาลัยอริโซนาได้พบแถบและริ้วบนดาวแคระน้ำตาลที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุด ซึ่งบอกใบ้ถึงกระบวนการต่างๆ ที่หมุนกวนชั้นบรรยากาศดาวแคระน้ำตาลจากภายใน

     ดาวแคระน้ำตาล(brown dwarf) เป็นวัตถุฟากฟ้าที่เป็นปริศนาที่เป็นดาวฤกษ์ก็ไม่ใช่ ดาวเคราะห์ก็ไม่เชิง พวกมันมีขนาดพอๆ กับดาวพฤหัสฯ แต่มีมวลสูงมากกว่าหลายสิบเท่า แต่กระนั้นก็ยังมีมวลต่ำกว่าดาวฤกษ์ที่มีขนาดเล็กที่สุด ดังนั้นแกนกลางของพวกมันจึงแรงดันไม่สูงพอที่จะหลอมอะตอมในแบบที่ดาวฤกษ์ทำ แต่เมื่อพวกมันก่อตัวขึ้นมาก็ยังร้อนและค่อยๆ เย็นตัวลงสลัวลงอย่างช้าๆ ทำให้ยากที่จะค้นหาพวกมัน ไม่มีกล้องโทรทรรศน์ใดเลยที่ได้เห็นชั้นบรรยากาศของวัตถุเหล่านี้ได้อย่างชัดเจน

     Daniel Apai นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยอริโซนา รองศาสตราจารย์แผนกดาราศาสตร์และหอสังเกตการณ์สจ็วต และห้องทดลองดวงจันทร์ดาวเคราะห์ กล่าวว่า เราสงสัยว่า แคระน้ำตาลดูคล้ายกับดาวพฤหัสฯ โดยมีแถบและริ้วซึ่งเกิดขึ้นจากลมความเร็วสูงขนาดใหญ่ที่พุ่งขนานกันตามแนวลองติจูด หรือพวกมันมีพายุขนาดมหึมาที่มีรูปแบบคงเดิมคล้ายกับพายุหมุนที่พบบนขั้วดาวพฤหัสฯ Apai เป็นผู้เขียนนำการศึกษาซึ่งเผยแพร่ใน Astrophysical Journal ที่ค้นหาคำตอบโดยใช้เทคนิคชั้นสูง

กราฟฟิคเปรียบเทียบดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์, ดาวแคระน้ำตาล และดาวฤกษ์ที่แท้จริง แม้ดาวแคระน้ำตาลจะก่อตัวขึ้นในลักษณะที่คล้ายกับดาวฤกษ์ แต่มีคุณสมบัติหลายประการเหมือนกับดาวเคราะห์ก๊าซ 

     เขาและทีมพบว่าดาวแคระน้ำตาลดูคล้ายคลึงกับดาวพฤหัสฯ อย่างมาก รูปแบบในชั้นบรรยากาศเผยให้เห็นลมความเร็วสูงที่วิ่งขนานกันกับศูนย์สูตรของดาวแคระน้ำตาล ลมเหล่านี้กวนชั้นบรรยากาศ กระจายความร้อนที่ผุดขึ้นจากภายในที่ยังร้อนระอุของแคระน้ำตาลเสียใหม่ และก็เช่นเดียวกับดาวพฤหัสฯ ที่พื้นที่ขั้วแคระน้ำตาลก็มีพายุหมุนด้วยเช่นกัน

     แบบจำลองชั้นบรรยากาศบางงานทำงานรูปแบบชั้นบรรยากาศเช่นนี้ Apai กล่าว ซึ่งรวมถึงแบบจำลองจาก Adam Showman ผู้ล่วงลับ ซึ่งเป็นศาตราจารย์ที่ห้องทดลองดวงจันทร์และดาวเคราะห์ มหาวิทยาลัยอริโซนา และผู้นำในแบบจำลองชั้นบรรยากาศดาวแคระน้ำตาล รูปแบบลมและการไหลเวียนในชั้นบรรยากาศขนาดใหญ่ๆ มักจะพบได้ในชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์ ตั้งแต่ภูมิอากาศของโลกจนถึงลักษณะปรากฏของดาวพฤหัสฯ และขณะนี้เราก็ทราบว่าไอพ่นขนาดใหญ่ในชั้นบรรยากาศลักษณะนี้ก็ตกแต่งชั้นบรรยากาศของแคระน้ำตาลด้วยเช่นกัน Apai ซึ่งเป็นผู้เขียนร่วมในรายงาน ซึ่งยังมี Luigi Bedin และ Domenico Nardiello จากหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์แห่งปาดัว ซึ่งรายหลังก็ทำงานที่ห้องทดลองดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งมาร์กเซย์ ฝรั่งเศส ด้วย

      การทราบว่าลมจะพัดและกระจายความร้อนอย่างไร บนหนึ่งในดาวแคระน้ำตาลที่ถูกศึกษาอย่างดีที่สุดและอยู่ใกล้ที่สุด จะช่วยให้เราได้เข้าใจภูมิอากาศ, ความสุดขั้วด้านอุณหภูมิ และวิวัฒนาการของแคระน้ำตาลโดยรวม Apai กล่าว ทีมของเขาที่อริโซนาเป็นผู้นำในระดับโลกในการทำแผนที่ชั้นบรรยากาศดาวแคระน้ำตาลและดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะของเรา โดยใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศและวิธีการใหม่ๆ

ด้วยการตรวจสอบความสว่างอย่างแม่นยำสูงมากจากกล้อง TESS นักดาราศาสตร์ได้พบว่าดาวแคระน้ำตาลที่อยู่ใกล้ที่สุด Luhman 16 B มีชั้นบรรยากาศที่เต็มไปด้วยลมวิ่งไปทั่วดาวด้วยความเร็วสูง คล้ายกับระบบลมกรด(jet stream) บนโลก การไหลเวียนทั่วดาวนี้ได้บอกว่าเมฆจะกระจายในชั้นบรรยากาศดาวแคระน้ำตาลอย่างไร ซึ่งทำให้มันมีลักษณะปรากฏที่เป็นริ้ว

     ทีมใช้ดาวเทียม TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite) ของนาซา เพื่อศึกษาดาวแคระน้ำตาลสองดวงที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุด ที่ระยะทางเพียง 6.5 ปีแสงจากโลก ดาวแคระน้ำตาลที่เรียกว่า Luhman 16A และ B ในขณะที่ทั้งสองมีขนาดพอๆ กับดาวพฤหัสฯ แต่พวกมันมีความหนาแน่นสูงกว่าและจึงมีมวลมากกว่า Luhman 16 A มีมวล 34 เท่าดาวพฤหัสฯ และ Luhman 16B ซึ่งเป็นเป้าหลักในการศึกษาของ Apai มีมวล 28 เท่าดาวพฤหัสฯ และร้อนกว่า A ประมาณ 810 องศาเซลเซียส

     TESS แม้ว่าจะออกแบบมาให้ตามล่าดาวเคราะห์นอกระบบ ก็ยังให้ชุดข้อมูลที่น่าตื่นเต้นและรุ่มรวยอย่างไม่น่าเชื่อกับดาวแคระน้ำตาลที่อยู่ใกล้เรามากที่สุด Apai กล่าว ด้วยอัลกอริทึมชั้นสูงที่พัฒนาโดยสมาชิกทีมของเรา เราก็สามารถทำการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงความสว่างเมื่อแคระน้ำตาลทั้งสองหมุนรอบตัว ได้อย่างแม่นยำมาก แคระน้ำตาลจะสว่างขึ้นเมื่อพื้นที่ในชั้นบรรยากาศที่สว่างกว่า หมุนเข้ามาสู่ซีกด้านที่มองเห็นได้ และจะมืดลงเมื่อพื้นที่สว่างหันหนีออกไป

     เนื่องจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศให้การตรวจสอบที่แม่นยำสูงมากและไม่ถูกรบกวนโดยแสงจากช่วงกลางวัน ทีมจึงรวบรวมการหมุนรอบตัวได้มากกว่าที่เคยทำ ให้มุมมองการไหลเวียนในชั้นบรรยากาศดาวแคระน้ำตาลที่มีรายละเอียดมากที่สุด Apai กล่าวว่า ไม่มีกล้องตัวใดเลยที่มีขนาดใหญ่มากพอที่จะให้ภาพดาวเคราะห์หรือแคระน้ำตาลในรายละเอียดได้ แต่ด้วยการตรวจสอบว่าความสว่างของวัตถุที่หมุนรอบตัวเหล่านี้เปลี่ยนแปลงตามเวลาอย่างไร ก็เป็นไปได้ที่จะสร้างแผนที่ชั้นบรรยากาศหยาบๆ ขึ้นมาได้ เป็นเทคนิคที่ในอนาคตซึ่งอาจจะถูกใช้เพื่อทำแผนที่ดาวเคราะห์ที่คล้ายโลกในระบบสุริยะแห่งอื่น ซึ่งจริงๆ แล้วยากที่จะเห็นได้

แผนผังเพื่อนบ้านที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด ขนาดของดาวและวงโคจรไม่ได้เป็นไปตามสัดส่วนจริง

     ผลสรุปของนักวิจัยได้แสดงว่าการไหลเวียนในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ กับดาวแคระน้ำตาลมีความคล้ายคลึงกันมาก ด้วยเหตุนี้ แคระน้ำตาลจึงสามารถทำแผนที่เป็นดาวเคราะห์ยักษ์นอกระบบในแบบที่มีมวลสูงขึ้นเพื่อศึกษาในอนาคตได้ การศึกษาของเราจะให้แม่แบบเพื่อการศึกษาวัตถุที่คล้ายๆ กันในอนาคตว่า จะทำการสำรวจหรือกระทั่งทำแผนที่ ชั้นบรรยากาศดาวแคระน้ำตาลและดาวเคราะห์ยักษ์นอกระบบได้อย่างไร โดยปราศจากการใช้กล้องที่ทรงพลังมากที่จะเห็นพวกมันในรายละเอียดได้ Apai กล่าว

     ทีมยังหวังที่จะทำการศึกษาเมฆ, ระบบพายุและแถบการไหลเวียนที่ปรากฏบนดาวแคระน้ำตาลและดาวเคราะห์นอกระบบเพื่อให้ความเข้าใจชั้นบรรยากาศนอกระบบสุริยะเกิดในเชิงลึกขึ้น

แหล่งข่าว spaceref.com : winds and jet streams found on the closest brown dwarf     

เหตุใดจึงมีซุปเปอร์โนวาในทางช้างเผือกน้อยกว่าที่ควร

กาแลคซีของเรามีการระเบิดซุปเปอร์โนวาเพียงสองสามครั้งในทุกๆ ร้อยปี และก็นานหลายร้อยปีแล้วตั้งแต่ที่สำรวจการระเบิดครั้งล่าสุดได้ งานวิจัยใหม่อธิบายว่าเป็นเพราะเหตุใด สาเหตุจากฝุ่น, ระยะทาง และความโชคดีแบบบังเอิญมาก

      ซุปเปอร์โนวาเหตุการณ์สุดท้ายที่บันทึกไว้ในเอกสารใดๆ ที่น่าเชื่อถือได้นั้น เกิดขึ้นในปี 1604 ตามที่บันทึกไว้โดยนักดาราศาสตร์มากมายรอบโลก รวมถึง Johannes Kepler ซึ่งทำให้ซุปเปอร์โนวาได้ชื่อตามเคปเลอร์ ในช่วงเวลาดังกล่าว ไม่มีใครมีแนวคิดว่า “ดาวดวงใหม่” เหล่านี้ปรากฏบนท้องฟ้า(แล้วหายไป) เพราะเหตุใดหรือเกิดได้อย่างไร แต่ทุกวันนี้เราทราบคำตอบแล้วว่า พวกมันเป็นผลจาก การตายของดาวฤกษ์มวลสูง หรือไม่ก็ เหตุการณ์ปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบกู่ไม่กลับบนดาวแคระขาวดวงหนึ่ง

     นักดาราศาสตร์ยังสามารถคำนวณอัตราการเกิดซุปเปอร์โนวาทั่วไปในกาแลคซีแห่งหนึ่งที่คล้ายกาแลคซีของเรา และก็ได้ผลที่จะมีการระเบิดลักษณะนี้ราวสองหรือสามครั้งในทุกๆ ร้อยปี แต่ในช่วงสี่ร้อยปีนับตั้งแต่เหตุการณ์เคปเลอร์มา ยังไม่พบการปรากฏของดาวดวงใหม่ใดๆ บนท้องฟ้าเลย แม้ในช่วงหลายร้อยปีที่ผ่านมา ความสามารถด้านเทคโนโลจีเพื่อจับตาท้องฟ้าของเราจะขยายตัวอย่างระเบิดระเบ้อก็ตาม

      จากบทความงานวิจัยใหม่ที่เผยแพร่ใน arXiv เวบก่อนตีพิมพ์บอกว่า ทางช้างเผือกไม่ได้หยุดสร้างซุปเปอร์โนวา ยกตัวอย่างง่ายๆ ก็คือ เนบิวลาคาสสิโอเปีย เอ(Cassiopeia A) เป็นซากของซุปเปอร์โนวาที่เกิดขึ้นเมื่อราว 325 ปีก่อน และก็ไม่มีใครได้เห็นมัน แล้วเกิดอะไรขึ้น เพราะเหตุใดเราจึงไม่ได้เห็นซุปเปอร์โนวามากขึ้น จากงานวิจัยใหม่ ทุกๆ อย่างเป็นเรื่องของตำแหน่ง เมื่อซุปเปอร์โนวาเกือบทั้งหมดเกิดขึ้นในดิสก์กาแลคซีบางๆ ที่เต็มไปด้วยดาว และที่เดียวกันนี้ก็เป็นที่อยู่ของฝุ่นเกือบทั้งหมดด้วย ฝุ่นเหล่านี้ปกปิดสัญญาณแสงได้อย่างดีเยี่ยม และในทางคล้ายๆ กัน แกนกลางของทางช้างเผือกเองก็มีซุปเปอร์โนวามากกว่าค่าเฉลี่ย แต่ก็มีฝุ่นมากมายด้วยเช่นกัน

     เพื่อที่จะสำรวจได้ด้วยตาเปล่า ซุปเปอร์โนวาจะต้องเกิดในตำแหน่งที่เหมาะสมในทางช้างเผือกคือ ใกล้มากพอและเห็นได้ชัดพอ เมื่อรวมผลเหล่านี้กับอัตราการเกิดซุปเปอร์โนวาที่ประเมินไว้ ก็จะให้อัตราซุปเปอร์โนวาที่สำรวจพบได้ตามที่บันทึกทางประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติมีพอดี

Cassiopeia A 

     แต่ก็ยังมีข้อแม้ แบบจำลองของนักดาราศาสตร์ทำนายว่าซุปเปอร์โนวาที่เห็นได้ด้วยตาเปล่าเกือบทั้งหมดควรจะเกิดขึ้นใกล้กับทิศทางสู่ใจกลางกาแลคซี แต่ซุปเปอร์โนวาที่บันทึกไว้ได้เกือบทั้งหมดไม่ได้เกิดขึ้นใกล้ทิศทางเหล่านั้นเลย นี่อาจเป็นผลจากแขนกังหันซึ่งสามารถหน่วงนำการก่อตัวดาวระลอกใหม่และซุปเปอร์โนวาที่เกี่ยวข้องขึ้นได้เอง แสดงบทบาทสำคัญแต่ก็ยังต้องการการสืบสวนต่อๆ ไป

     แล้วเราจะได้เห็นการแสดงแสงสีครั้งหน้าเมื่อไหร่ นักวิจัยประเมินว่าเรามีโอกาส 33% ที่จะสำรวจการตายครั้งต่อไปของดาวมวลสูง และโอกาส 50% ที่จะเห็นการระเบิดทำลายตัวเองของดาวแคระขาว แต่จะเกิดขึ้นเมื่อใดนั้น เป็นเรื่องของความบังเอิญล้วนๆ

 

แหล่งข่าว phys.org : why have so few Milky Way supernovae been observed over the last millennium?  

Messier 38 : Star Fish Cluster

"สารถี" หรือ "ออริก้า" หนึ่งในกลุ่มดาวหน้าหนาวที่อยู่ทางทิศเหนือของนายพราน สว่างหาตำแหน่งไม่ยากเป็นดาวเรียงรูปห้าเหลี่ยม มองเห็นง่ายจากชานเมืองอย่างบางพลี ดาวที่สว่างที่สุดชื่อ "คาเพลล่า" ดาวสีเหลืองสว่างอันดับหกบนท้องฟ้าและเป็นหนึ่งในหกของวงกลมฤดูหนาวด้วย

ด้วยตาเปล่าหากฟ้ามืดและใสพอจะเห็นว่าในห้าเหลี่ยมออริก้าเต็มไปด้วยแสงฟุ้งหลายจุด หากมีกล้องสองตาอยู่ในมือก็ยิ่งทำให้สำรวจได้เพลินเพลิน แม้จะไม่รู้ว่าสิ่งที่เห็นคืออะไร

แมสซายเออร์ 38 เป็นหนึ่งในสามกระจุกดาว "Big Three" ในสารถี ตำแหน่งอยู่กึ่งกลางระหว่างดาวอิโอต้าออริเกหรืออัลคับ (ι Aurigae -Al Kab) กับดาวเธต้าออริเก (θ Aurigae)

เอ็ม 38 เป็นกระจุกดาวที่เรามักดูผ่านด้วยความรวดเร็วเพราะยังมีอีกหลายตัวที่ต้องดูแถวนี้ แต่หากได้ใช้เวลาให้มากขึ้น หากได้ดูอน่างละเอียดละออและตั้งใจ จะพบว่าเป็นกระจุกดาวที่น่าสนใจ มีรูปร่างที่โดดเด่นตัวนึง 

กระจุกดาวเอ็ม 38 สว่างจนเห็นเป็นฝ้าๆด้วยตาเปล่าในที่มืดสนิท ถ้าดูด้วยกล้องสองตาจะเห็นว่าเป็นฝ้ากลมที่มีเม็ดดาวละเอียดอยู่ด้านใน

แต่จะสวยที่สุดเมื่อดูจากกล้องดูดาวขนาดเล็กที่กำลังขยายต่ำถึงกลาง ดาวราว 30-50 ดวงเรียงตัวเป็นแฉกคล้ายปลาดาวหรือเครื่องหมายกากะบาท เมื่อมองเหลือบจะมองเห็นดาวมากขึ้นไปอีก การพิ่มกำลังขยายก็ช่วยให้เรามองเห็นได้ง่ายขึ้น

ทางทิศใต้ของเอ็ม 38 ราวครึ่งองศามีกระจุกดาวเปิดอีกตัว NGC1907 มองเห็นเป็นฝ้าฟุ้งกลมเป็นของแถมครับ ลองมองหาดูนะ

คลิกภาพเพื่อขยาย

ข้อมูลพื้นฐาน 
Name: Messier38 / NGC1912 / Star Fish Cluster 
Type: Open Cluster 
Visual Magnitude: 6.4 
Dimension: 20 arcmin 
Constellation: Auriga 
Distance: 4600 ly 


Coordinates: 
RA: 05h 29m 56.42s 
Dec. +35° 50' 47.8” 

สมมุติฐานหลุมดำดึกดำบรรพ์ไขปริศนาสสารมืด

 สถาบันคัฟลี่เพื่อฟิสิกส์และคณิตศาสตร์แห่งเอกภพ(Kavli IPMU) เป็นแหล่งของโครงการสหวิชาการมากมายที่เก็บเกี่ยวความเชี่ยวชาญจากความร่วมมือของผู้เชี่ยวชาญศาสตร์หลายๆ แขนงในสถาบันเอง โครงการหนึ่งในลักษณะนั้นก็คือการศึกษาหลุมดำที่อาจจะก่อตัวในเอกภพยุคต้น ก่อนที่ดาวฤกษ์และกาแลคซีจะก่อตัวขึ้น

ภาพจากศิลปินแสดงเอกภพทารกจำนวนมาก ที่เกิดขึ้นในช่วงต้นของเอกภพ ตามสมมุติฐานใหม่ เมื่อมองจากภายนอกผู้สังเกตการณ์จะไม่ทราบรายละเอียดภายในเอกภพแต่ละแห่งเลย จนดูเสมือนเป็นขอบฟ้าสังเกตการณ์ของหลุมดำดึกดำบรรพ์

     หลุมดำดึกดำบรรพ์(primordial black holes; PBHs) ลักษณะนี้อาจจะเป็นส่วนหนึ่งหรือทั้งหมดของสสารมืด โดยส่งผลให้เกิดสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงที่สำรวจพบบางส่วน และเป็นเมล็ดพันธุ์ของหลุมดำมวลมหาศาล(supermassive black holes; SMBHs) ที่พบในใจกลางกาแลคซีของเราและกาแลคซีอื่นๆ พวกมันอาจจะแสดงบทบาทในการสังเคราะห์ธาตุหนัก เมื่อพวกมันชนกับดาวนิวตรอนและทำลายดาวไป ปลดปล่อยมวลสารที่อุดมด้วยนิวตรอนออกสู่อวกาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มีความเป็นไปได้อย่างน่าตื่นเต้นว่าสสารมืดปริศนาแบบนี้ซึ่งเป็นองค์ประกอบเกือบทั้งหมดของสสารที่พบในเอกภพ ประกอบด้วยหลุมดำดึกดำบรรพ์ รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี 2020 แด่นักทฤษฎี Roger Penrose และนักดาราศาสตร์อีกสองคนคือ Reinhard Genzel และ Andrea Ghez สำหรับการค้นพบที่ยืนยันการมีอยู่ของหลุมดำ เมื่อทราบแน่ชัดว่ามีหลุมดำอยู่จริงในธรรมชาติ พวกมันก็น่าจะเป็นตัวเลือกว่าที่สสารมืดที่น่าดึงดูดใจอย่างมากด้วย

      หลุมดำดึกดำบรรพ์นี้มีหลายสิ่งที่คล้ายกับหลุมดำขนาดเล็กที่ก่อตัวขึ้นจากดาวฤกษ์ยุบตัวลง ยกตัวอย่างเช่น พวกมันทั้งมีสสารกระจุกตัวอย่างรุนแรงซึ่งดึงกาลอวกาศรอบๆ ให้มีภาวะเอกฐาน(singularity) ภาวะเอกฐานนั้นเป็นจุดที่ฟิสิกส์ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปซึ่งบิดผืนกาลอวกาศ มาอยู่ใกล้กับกลศาสตร์ควอนตัม แต่น่าเสียดายที่ทฤษฎีหลักทั้งสองขัดแย้งกันในรายละเอียดความเป็นจริง ดังนั้นจึงไม่มีใครแน่ใจได้ว่าจริงๆ แล้วภาวะเอกฐานคืออะไร

     ความคืบหน้าล่าสุดในทฤษฎีพื้นฐาน, ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ และการสำรวจทางดาราศาสตร์เพื่อสำรรวจหา PBHs ซึ่งทำโดยทีมนานาชาติที่ประกอบด้วยนักฟิสิกส์อนุภาค, นักเอกภพวิทยา และนักดาราศาสตร์ ซึ่งรวมถึงสมาชิกที่มาจาก Kavli IPMU Alexander Kusenko, Misao Sasaki, Sunao Sugiyama, Masahiro Takada และ Volodymyr Takhistov เพื่อที่จะเรียนรู้ให้มากขึ้นเกี่ยวกับหลุมดำดึกดำบรรพ์ ทีมวิจัยได้มองไปที่เอกภพยุคต้นเพื่อหาเงื่อนงำ เอกภพยุคต้นนั้นหนาทึบมากจนความปั่นป่วนในความหนาแน่นเชิงบวก(positive density fluctuation) ที่มีมากกว่า 50% น่าจะสร้างหลุมดำขึ้นมาได้ อย่างไรก็ตาม ความปั่นป่วนแบบนี้ที่เป็นเมล็ดพันธุ์ให้กาแลคซีก่อตัวขึ้นนั้นมีขนาดเล็กกว่านี้อย่างมาก แต่กระนั้น ก็มีกระบวนการจำนวนหนึ่งในเอกภพยุคต้นที่สามารถสร้างสภาวะที่เหมาะสมต่อการก่อตัวหลุมดำได้

     ความเป็นไปได้ที่น่าตื่นเต้นอย่างหนึ่งก็คือ หลุมดำดึกดำบรรพ์นั้นน่าจะก่อตัวขึ้นจาก “เอกภพทารก”(baby universes) ซึ่งเกิดขึ้นในระหว่างการพองตัว(inflation) ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่เชื่อว่าเอกภพมีการขยายตัวอย่างรวดเร็ว จนเป็นเมล็ดพันธุ์ให้โครงสร้างที่เราสำรวจพบในปัจจุบันเช่น กาแลคซีและกระจุกกาแลคซี ในระหว่างการพองตัว เอกภพทารกสามารถแตกกิ่งก้านออกจากเอกภพของเรา เอกภพทารก(หรือลูก) ตัวน้อยนี้น่าจะยุบตัวลงในที่สุด แต่พลังงานจำนวนมหาศาลที่ปลดออกมาในปริมาตรขนาดเล็กก็ทำให้หลุมดำก่อตัวขึ้นได้

กล้องโทรทรรศน์ซูบารุในฮาวาย

     และยังมีชะตากรรมที่พิสดารกว่านี้รอคอยเอกภพทารกตัวใหญ่อยู่ ถ้ามันมีขนาดใหญ่กว่าขนาดวิกฤติ ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของ
ไอน์สไตน์อนุญาตให้เอกภพทารกนี้ดำรงอยู่ในสถานะที่มีความแตกต่างระหว่างผู้สังเกตการณ์ที่อยู่ภายในและภายนอกเอกภพนี้ ผู้สังเกตการณ์ภายในจะเห็นมันเป็นเอกภพที่กำลังขยายตัว ในขณะที่ผู้สังเกตการณ์ภายนอก(อย่างเช่นเรา) จะเห็นมันเป็นหลุมดำ แต่ไม่ว่าในกรณีใด เอกภพทารกทั้งเล็กและใหญ่ที่เราได้เห็นก็จะเป็นหลุมดำดึกดำบรรพ์ ซึ่งปกปิดโครงสร้างพหุภพ(multiple universe/multiverse) ที่ซ่อนอยู่ไว้ภายใต้ขอบฟ้าสังเกตการณ์ ขอบฟ้าสังเกตการณ์(event horizon) เป็นรอยต่อที่ทุกๆ สิ่งไม่เว้นแม้กระทั่งแสง จะถูกดักไว้และไม่สามารถหนีออกจากหลุมดำได้

     ในรายงานใหม่นี้ ทีมได้อธิบายลำดับเหตุการณ์อันชาญฉลาดสู่การก่อตัวหลุมดำดึกดำบรรพ์และแสดงว่าหลุมดำที่มาจากลำดับเหตุการณ์พหุภพนี้ สามารถถูกพบได้โดย HSC(Hyper Suprime-Cam) บนกล้องโทรทรรศน์ซูบารุขนาด 8.2 เมตร ซึ่งเป็นกล้องดิจิตอลขนาดยักษ์ภายใต้การจัดการโดย Kavli IPMU บนยอดเมานาคีในฮาวาย งานนี้เป็นการต่อยอดจากการสำรวจหาหลุมดำดึกดำบรรพ์ของ HSC ที่ Masahiro Takada ผู้นำทีมที่ Kavili IPMU กำลังตามล่าอยู่ ทีม HSC ก็เพิ่งรายงานหลักฐานแวดล้อมการมีอยู่ของหลุมดำดึกดำบรรพ์ใน Niikura, Takada et. al.(Nature Astronomy 3, 2019)

ภาพอธิบายการสำรวจกาแลคซีอันโดรเมดาของ HSC เพื่อหาว่าที่เหตุการณ์เลนส์ความโน้มถ่วงจากหลุมดำดึกดำบรรพ์

      เพราะเหตุใด HSC จึงมีความจำเป็นในงานวิจัยนี้ ก็เพราะมันมีความสามารถอันเป็นอัตลักษณ์ในการถ่ายภาพกาแลคซี
อันโดรเมดา(Andromeda) ทั้งปวงในทุกๆ ไม่กี่นาที ถ้ามีหลุมดำผ่านหน้าแนวสายตาสู่ดาวฤกษ์สักดวง แรงโน้มถ่วงของหลุมดำจะบิดเบนลำแสงและทำให้ดาวปรากฏสว่างขึ้นเป็นเวลาสั้นๆ ช่วงเวลาที่ดาวสว่างขึ้นจะบอกนักดาราศาสตร์ถึงมวลของหลุมดำ ด้วยการสำรวจจาก HSC ก็สามารถสำรวจดาวฤกษ์หนึ่งร้อยล้านดวงได้ในเวลาเดียวกัน ขึงตาข่ายขนาดใหญ่ไว้ดักหลุมดำดึกดำบรรพ์ใดๆ ที่อาจจะตัดข้ามแนวสายตาของกล้องนี้

     การสำรวจของ HSC รอบแรกได้รายงานว่าที่เหตุการณ์ที่น่าสนใจมากที่สอดคล้องกับหลุมดำดึกดำบรรพ์จากพหุภพแล้ว 1 เหตุการณ์ โดยหลุมดำมีมวลที่ใกล้เคียงกับมวลดวงจันทร์ของโลก จากสัญญาณแรกนี้และนำทางโดยความเข้าใจในทางทฤษฎี ทีมพยายามทำการสำรวจรอบใหม่เพื่อขยายการสำรวจเดิมและเพื่อทดสอบให้แน่ชัดว่าหลุมดำดึกดำบรรพ์จากพหุภพนั้นสามารถเป็นตัวแทนของสสารมืดทั้งหมดได้ งานวิจัยนี้เผยแพร่ใน Physical Review Letters

แหล่งข่าว phys.org : primordial black holes and the search for dark matter from the multiverse
               sciencealert.com : physicists are still hunting primordial black holes to solve the dark matter problem  

ห้าปีการบินผ่านพลูโตของปฏิบัติการนิวฮอไรซันส์

     เมื่อวันที่ 4 กรกฎาคม 2015 สำหรับ Alan Stern แล้วไม่มีการเฉลิมฉลองวันประกาศอิสรภาพ (Independence Day) แต่เขากลับกำลังหมกตัวอยู่ในออฟฟิคเพื่อให้สัมภาษณ์หนังสือพิมพ์ นิวยอร์ค ไทมส์ เป็นเวลาเพียงสามวันก่อนที่โครงการที่เขาเฝ้าทะนุถนอม ยานนิวฮอไรซันส์(New Horizons) ของนาซา ถูกกำหนดให้เริ่มการบินผ่านพลูโตครั้งประวัติศาสตร์ ซึ่งน่าจะเป็นครั้งแรกที่มียานอวกาศไปเยี่ยมเยือนดาวเคราะห์แคระ(dwarf planet) ที่โด่งดังดวงนี้

เขาวางสายแล้ว โทรศัพท์ก็ดังขึ้นอีกครั้ง เขาจ้องไปที่ชื่อคนโทรเข้า เป็น Glen Fountain เพื่อนสนิทของ Stern ซึ่งเป็นผู้จัดการโครงการปฏิบัติการนี้ Stern รู้เลยว่า Fountain เองก็คงไม่ได้ฉลองวันประกาศอิสรภาพเหมือนกันกับเขา มันดูไม่ใช่เรื่องดีเลย เขาคิดแล้วก็รับสาย ในน้ำเสียงที่กังวลนั้น Fountain พูดว่า อลัน เราติดต่อกับยานไม่ได้ Stern รำลึกความหลังเมื่อห้าปีที่แล้วว่า โห นี่มันเลวร้ายที่สุดแล้ว

หลังจากได้รับข่าวที่ทำให้ใจหล่นไปถึงตาตุ่ม Stern ก็บึ่งรถจากห้องทดลองฟิสิกส์ประยุกต์(APL) ไปที่อีกฟากของมหาวิทยาลัยจอห์น ฮอบกินส์ ในลอเรล มารีแลนด์ ถึงศูนย์ควบคุมปฏิบัติการนิวฮอไรซันส์ ซึ่งสมาชิกทีมเริ่มมารวมตัวกัน บางคนก็มาในชุดเสื้อคลุมอาบน้ำ กับรองเท้าแตะ Stern ซึ่งปกติทำงานที่สถาบันวิจัยเซาธ์เวสต์(SwRI) ในโบลเดอร์ โคโลราโด กล่าว พวกเขาไม่รู้ว่าเราจะต้องอยู่ที่นี่กันนานแค่ไหน แค่หนึ่งชั่วโมงหรือข้ามคืน หรืออีกหลายวัน ยานขาดการติดต่อมาแล้ว 90 นาที เมื่อวินิจฉัยแล้ว เป็นที่คอมพิวเตอร์หลักบนยานทำงานหนักเกินไป ซึ่งพยายามจะทำเรื่องใหญ่สองอย่างในเวลาเดียวกัน

การสำรวจพลูโตของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ได้พบดวงจันทร์เพิ่มเติมรอบพลูโต ทำให้พลูโตมีดวงจันทร์ที่ยืนยันแล้วทั้งสิ้น 5 ดวง คือ คารอน(Charon), ไฮดรา(Hydra), นิกซ์(Nix), สติกซ์(Styx) และเคอร์เบอรอส(Kerberos)

แล้วก็เป็นเวลาหลายวัน ในขณะที่อยู่ห่างจากโลกเกือบ 4.76 พันล้านกิโลเมตร นิวฮอไรซันส์ก็พบกับข้อขัดข้องซึ่งได้ลบคำสั่งซอฟท์แวร์ในช่วงบินผ่านทั้งหมดของมันเกลี้ยงเลย ซึ่งเป็นลำดับการสำรวจทางวิทยาศาสตร์อย่างเข้มข้นตลอดเก้าวันที่ยานจะต้องทำงานเมื่อมันบินผ่านพลูโต ในระยะทางใกล้ที่สุดเพียง 12500 กิโลเมตรจากดาวเคราะห์แคระนี้ ข้อขัดแข้งของยานในปี 2015 ได้เริ่มการสุมหัวที่ยาวนาน 76 ชั่วโมงเพื่ออัพโหลดและสร้างซอฟท์แวร์การบินผ่านที่จำเป็นทั้งหมดขึ้นมาใหม่ นี่ไม่เพียงแต่ต้องสร้างชุดคำสั่งทั้งหมดขึ้นมาใหม่ แต่ยังมีไฟล์อ้างอิงกับห้องสมุดซอฟท์แวร์อื่นที่ชุดคำสั่งต้องใช้ เป้าหมายแบบนี้ต้องใช้เวลาปกติหลายสัปดาห์ Stern กล่าว เขาเทียบมันเป็นเกมส์หมากรุกที่มีช่วงหน่วงเวลา 9 ชั่วโมง ที่ต้องใช้เพื่อให้สัญญาณวิทยุเดินทางไปและกลับจากนิวฮอไรซันส์

ผลน่ะหรือ Stern และทีมติดตั้งซอฟท์แวร์ได้ทันเวลาก่อนลำดับการสำรวจในช่วงบินผ่านที่ต้องเริ่ม 4 ชั่วโมงเท่านั้น ความพยายามแบบยิ่งยวดเหล่านี้ช่วยไม่ให้นิวฮอไรซันส์ปล่อยไก่ตัวเบ้อเริ่ม เขากล่าว ถ้าความขัดข้องนี้เกิดขึ้นช้าไปกว่านี้เพียงสองวัน ก็น่าจะสายเกินกว่าจะแก้ไขได้ ปฏิบัติการได้ส่งขุมทรัพย์ข้อมูลกลับมาซึ่งนักวิทยาศาสตร์ก็ยังคงวิเคราะห์อยู่จนถึงบัดนี้ ยังผลให้เกิดรายงานที่ผ่านพิชญพิจารณ์แล้วกว่าร้อยฉบับ และสำหรับนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรที่สร้างมันแล้ว การเฝ้าดูพลูโตมีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ เมื่อยานเข้าใกล้มากขึ้นเรื่อยๆ ก็เป็นประสบการณ์ทางวิทยาศาสตร์ที่ล้ำค่าแบบครั้งหนึ่งในชีวิต ทุกๆ วัน มีเรื่องให้ต้องประทับตราตรึงใจ Cathy Olkin นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ที่ SwRI กล่าว

แม้แต่กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลก็ไม่สามารถมองเห็นรายละเอียดใดบนพื้นผิวพลูโตที่อยู่ห่างไกลได้นอกจากปื้นสว่างและปื้นมืด

ดาวเคราะห์แคระไกลโพ้นดวงนี้เป็นปริศนาเย็นเยือกมานับตั้งแต่ที่ถูกพบในปี 1930 ซึ่งแม้แต่ในภาพจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล มันก็ยังคงเป็นเพียงก้อนมัวๆ แต่ทุกสิ่งก็เปลี่ยนไปด้วยปฏิบัติการนิวฮอไรซันส์มูลค่า 720 ล้านดอลลาร์ ซึ่งส่งออกในเดือนมกราคม 2006 วิ่งหนีจากโลกด้วยความเร็วเป็นสถิติถึง 58580 กิโลเมตรต่อชั่วโมง แต่แม้จะวิ่งเร็วขนาดนั้น ยานก็ยังใช้เวลาเก้าปีครึ่งเพื่อไปถึงพลูโต

กำหนดเส้นทางการบินของนิวฮอไรซันส์

 

ลำดับการบินผ่านเก้าวันของนิวฮอไรซันส์นำยานเข้าใกล้พลูโตมากที่สุดในวันที่ 14 กรกฎาคม 2015 เมื่อมันจะบินตามเส้นทางที่วางไว้อย่างระมัดระวังโดย Yanping Guo ผู้เชี่ยวชาญออกแบบปฏิบัติการที่ APL Guo ยังออกแบบเสนทางให้กับ Parker Solar Probe, ปฏิบัติการ NEAR(Near Earth Asteroid Rendezvous) ของนาซาในช่วงทศวรรษ 1990 ด้วย และยังมีอีก 7 ปฏิบัติการที่กำลังศึกษาหรือร่างข้อเสนออยู่

เธอได้เริ่มทำเส้นทางให้กับนิวฮอไรซันส์ ย้อนกลับไปในช่วงออกแบบปฏิบัติการในปี 1999 ประมาณเจ็ดปีก่อนที่จะส่งออกสู่อวกาศ

เส้นทางการบินเฉียดระบบพลูโต ในช่วงที่มีการสำรวจการบังดาว(occultation) ช่วยให้ตรวจสอบชั้นบรรยากาศได้

การคำนวณเส้นทางของเธอใช้ข้อได้เปรียบจากการเหวี่ยงของดาวพฤหัสฯ เพื่อเร่งความเร็ว แต่การเรียงตัวที่สำคัญที่สุดก็คือในระหว่างการบินผ่านเอง นักวิทยาศาสตร์ปฏิบัติการต้องใช้การตรวจสอบการบังดาว(occultation) จากดวงอาทิตย์เพื่อศึกษาชั้นบรรยากาศพลูโต นี่หมายความว่า ยานจะต้องมองไปที่ดวงอาทิตย์แทบจะทันทีที่มันวิ่งไปซ่อนอยู่หลังพลูโต ซึ่งต่อมามันน่าจะตรวจสอบว่าชั้นอากาศบางๆ ของพิภพแห่งนี้ส่งผลต่อคลื่นวิทยุดวงอาทิตย์ที่ผ่านอากาศอย่างไรบ้าง นอกจากนี้ นักวิทยา-ศาสตร์ยังต้องทำการตรวจสอบซ้ำอีกเมื่อพลูโตเข้าบังโลก ในคราวนี้จะส่งสัญญาณ

วิทยุจากเครือข่ายอวกาศห้วงลึก(Deep Space Network) ของนาซา และสุดท้าย พวกเขายังต้องจะทำการทดสอบทั้งสองแบบกับดวงจันทร์คารอน(Charon) ของพลูโตด้วย

ต้องระลึกไว้ว่า เป้าหมายที่ทะเยอทะยานมากเหล่านี้อยู่เหนือภาพความละเอียดสูงและการสำรวจที่ยานได้วางแผนไว้แล้วที่จะทำในช่วงเข้าใกล้ทั้งพลูโตและคารอนมากที่สุด มันเป็นการสำรวจที่บูรณาการที่สุดที่คุณจะทำได้สำหรับปฏิบัติการบินผ่านใดๆ ที่มี Guo กล่าว มันจะให้ผลตอบแทนที่คุ้มค่ามากๆ เส้นทางที่ Guo ได้วางไว้ก็มีความแม่นยำยิบย่อยมากอย่างแท้จริง

ภาพพลูโตและคารอน ในแบบเร่งสี(enhanced) ตามความสว่างเปรียบเทียบที่แท้จริง แต่ระยะทางระหว่างพลูโตและคารอนไม่ได้เป็นตามสัดส่วนจริง

ผลผลิตทางวิทยาศาสตร์ของนิวฮอไรซันส์ก็ไม่มีอะไรที่ธรรมดา ตั้งแต่ภาพแรกๆ ที่ส่งกลับมา ยานก็ทำให้นักวิจัยต้องตะลึงด้วยรายละเอียดรูปหัวใจขนาดมหึมาบนพื้นผิวสีแดงของพลูโต หัวใจของพลูโตก็คมชัดขึ้นเรื่อยๆ เช่นเดียวกับส่วนที่เหลือของซีกโลกด้านเข้าใกล้(encounter hemisphere) ของพลูโตซึ่งเป็นด้านที่นิวฮอไรซันส์บินผ่าน ด้วยรายละเอียดทางธรณีวิทยาที่หลากหลายมาก ตั้งแต่แนวเทือกเขาที่ใกล้เคียงกับเทือกเขาร๊อคกี้ จนถึงเขตธารน้ำแข็งที่กว้างใหญ่และเปี่ยมด้วยกิจกรรม จนถึง ชั้นบรรยากาศสีฟ้าจางของไนโตรเจนที่มีชั้นหมอกซ้อนมากมาย Olkin กล่าวว่า ฉันอึ้งแบบสุดขีดไปเลย เธอทำงานกับเครื่องมือถ่ายภาพและสเปคโตรมิเตอร์ที่เรียกว่า Ralph ซึ่งเป็นหนึ่งในอุปกรณ์หลักของนิวฮอไรซันส์

ก่อนการบินผ่าน เธอและเพื่อนร่วมงานต้องโต้เถียงกันกระทั่งว่าจะมีภูเขาบนพลูโตหรือไม่ เราทราบว่ามันมีน้ำแข็งของไนโตรเจน, มีเธน และคาร์บอนมอนอกไซด์บนพื้นผิว แต่พวกมันก็น่าจะอ่อนนุ่ม ดังนั้น เมื่อยานได้พบเทือกเขาที่ทะยานสูงถึง 3500 เมตรเหนือพื้นผิวพลูโต นักวิจัยก็ทราบว่ารายละเอียดนี้จะต้องประกอบด้วยน้ำในรูปน้ำแข็งแทบจะทั้งหมด มันเป็นน้ำแข็งเพียงรูปแบบเดียวบนพลูโตที่มีความแข็งแรงมากพอที่จะทำหน้าที่เป็นหินดาน(bedrock; ชั้นหินแข็งที่อยู่ใต้ดิน) ให้กับรูปแบบเทือกเขาอันตระหง่านนี้

รายละเอียดพูด้านซ้ายของ "หัวใจ" เป็นที่ราบกว้าง ไร้หลุมอุกกาบาต ซึ่งนักวิจัยคิดว่าเป็นธารน้ำแข็ง อีกรายละเอียดที่สังเกตเห็นได้ในภาพ คือ Norgay Montes แนวเทือกเขาที่พบบนพลูโตซึ่งมีความสูงถึง 3500 เมตรจากพื้นที่รอบๆ

และที่ยิ่งสร้างความประหลาดใจให้มากขึ้นก็คือ ธารน้ำแข็ง แบบที่พบในพื้นผิวรูปหัวใจน้ำแข็งของพลูโต ซึ่งเป็นรายละเอียดบนพื้นผิวที่เป็นที่จดจำมากที่สุด ซึ่งได้เผยออกมาในภาพความละเอียดสูงภาพแรกจากนิวฮอไรซันส์ ทีมวิทยาศาสตร์มีการวางพนันกันไว้กับรายละเอียดทางธรณีวิทยาที่จะสร้างความประทับใจ Stern กล่าว เกือบทั้งหมดวางเงินไปที่การค้นพบที่ได้ทำนายไว้แล้วเพียงสองสามอย่าง และในทันทีที่ข้อมูลส่งเข้ามา ทีมก็เริ่มตรวจสอบรายละเอียดกับตารางพนันอย่างรวดเร็ว แต่ธารน้ำแข็งไม่มีกระทั่งบนตารางพนันด้วยซ้ำ ก็เราไม่มีนักธารน้ำแข็งวิทยาอยู่ในทีมเลย Stern กล่าว

หัวใจบนพลูโตซึ่งขณะนี้เรียกกันว่า Tombaugh Regio ตามชื่อผู้ค้นพบพลูโต ไคลด์ ทอมโบห์ นั้นมีรอยต่อเป็นเทือกเขาน้ำแข็งสูงสามพันกว่าเมตร ในส่วนอื่นๆ ของดาวเคราะห์แคระ มีเธนแข็งยังถูกสลักเสลาเป็นพื้นที่ใบมีด(bladed terrain) ที่น่าพิศวงและเป็นอัตลักษณ์ นิวฮอไรซันส์ยังได้เห็นโครงสร้างขนาดใหญ่ซึ่งดูเหมือนจะเป็นภูเขาไฟที่พ่นลาวาน้ำแข็ง(cryovolcanoes) โดยรายละเอียดลักษณะนี้ที่มีขนาดใหญ่ที่สุดมีความสูง 7 กิโลเมตรและกว้าง 250 กิโลเมตร

ชั้นหมอกย่อยๆ ในชั้นบรรยากาศสีฟ้าของพลูโต

Kelsi Singer จาก SwRI เช่นกันกล่าวว่า พลูโตนี่เหมือนเอาอุทยานแห่งชาติทั้งหมดมายัดไว้ในที่แคบๆ ให้เรียงอยู่ชิดกันเป็นพรืด ลักษณะภูมิประเทศทั้งหมดเบียดกันอยู่บนพิภพที่มีความกว้างเพียง 2377 กิโลเมตรเท่านั้น แต่ภาพที่สวยงามที่เห็นก็ยังเป็นแค่การสกิดผิวเรื่องเล่าของพลูโต ยกตัวอย่างเช่น พูทางซ้ายของ “หัวใจ” เป็นทุ่งไนโตรเจนแข็งที่กว้าง 1000 กิโลเมตรที่เรียกว่า Sputnik Planitia ซึ่งไม่พบเห็นหลุมอุกกาบาตใดๆ เลย นี่หมายความว่าพื้นที่นี้ถูกกลับพื้นผิว (resurface) เมื่อเร็วๆ นี้เองซึ่งก็แสดงว่าพลูโตยังมีกิจกรรมทางธรณีวิทยาอยู่ ซึ่งนี่เป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจอย่างมากสำหรับนักวิทยาศาสตร์หลายๆ คนซึ่งสันนิษฐานว่าดาวเคราะห์แคระดวงนี้น่าจะตายแล้ว เมื่อมันอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์อย่างมากที่ระยะเฉลี่ย 39.5 เท่าระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์(39.5 AU) และไม่มีดาวเคราะห์ยักษ์ใดๆ ที่อยู่ใกล้มันจนทำให้ภายในร้อนขึ้นผ่านการยืดและบีบด้วยแรงโน้มถ่วง อย่างที่เกิดกับดวงจันทร์กิจกรรมสูงของดาวพฤหัสฯ และดาวเสาร์

แท้ที่จริงแล้ว แหล่งพลังงานสำหรับกิจกรรมบนพลูโตก็ยังคงเป็นหัวข้อที่เป็นปริศนาและโต้เถียงกันอย่างไม่เลิกลาอยู่ ยกตัวอย่างเช่น นักวิจัยบางคนคิดว่าความร้อนน่าจะมาจากการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีในแกนกลางพลูโต แต่คนอื่นๆ ซึ่งรวมทั้ง Stern สงสัยว่ากิจกรรมถูกขับเคลื่อนโดยความร้อนแฝงที่ปล่อยออกมาจากมหาสมุทรของเหลวใต้พื้นผิวที่ค่อยๆ เย็นตัวลงอย่างช้าๆ

บางทีสิ่งที่น่าแปลกใจที่สุดตลอดช่วงห้าปีที่ทำการวิเคราะห์มาก็คือนักวิจัยได้พบหลักฐานที่เพิ่มมากขึ้นว่า พลูโตมีมหาสมุทรน้ำของเหลวอยู่ใต้พื้นผิวเปลือกน้ำแข็งของมัน และถ้ามหาสมุทรใต้พื้นผิวนี้มีจริงบนพลูโต ก็น่าจะขยายช่องทางวัตถุในระบบสุริยะส่วนนอกที่อาจจะมีชีวิตอยู่ออกไปได้อย่างกว้างขวาง ข้อมูลปฏิบัติการยังบ่งชี้ว่ามีองค์ประกอบที่จำเป็นต่อชีวิตอีกสองอย่างก็คือ โมเลกุลอินทรีย์ที่มีคาร์บอน และแหล่งพลังงาน ก็พบได้ทั่วไปบนพลูโตด้วย

เมื่อรวมสิ่งต่างๆ แล้ว ข้อมูลจากนิวฮอไรซันส์ได้ให้ภาพวัตถุที่มีพลวัตซึ่งยังมีชีวิตชีวาเปี่ยมด้วยกิจกรรมทางธรณีวิทยา โดยมีพลังงานภายในและความร้อนมากกว่าที่นักวิทยาศาสตร์เคยฝันไว้ ขณะนี้เราได้ภาพระบบสุริยะของเราที่มีรายละเอียดปลีกย่อยมากขึ้นและซับซ้อนมากขึ้น ซึ่งจะส่งผลต่อวิธีที่เรามองระบบสุริยะแห่งอื่นๆ ด้วย Olkin กล่าว

นั้นรวมถึงการสำรวจหาชีวิตต่างดาวด้วย คุณน่าจะลืมแนวคิดเก่าๆ เกี่ยวกับเขตเอื้ออาศัยได้ (habitable zone) ได้เลย Stern กล่าวถึง เขตแคบๆ รอบดาวที่ดาวเคราะห์สามารถมีน้ำของเหลวบนพื้นผิวได้ มันใช้ไม่ได้กับวัตถุในแถบไคเปอร์(Kuiper Belt; แถบของวัตถุน้ำแข็งที่อยู่เลยวงโคจรเนปจูนออกไป) ข้างนอก(ของพลูโต) นั้นเอื้ออาศัยไม่ได้ตามชีววิทยาที่เราทราบกันดี แต่ภายในยังอุ่นและสบาย และปกป้องได้จากซุปเปอร์โนวาและการชนครั้งใหญ่ๆ

เขตเอื้ออาศัยได้(habitable zone) รอบดาวฤกษ์ แตกต่างกันตามชนิดของดาวฤกษ์ เป็นระยะทางที่เหมาะสมที่จะมีน้ำของเหลวบนพื้นผิวดาวเคราะห์หินได้ แต่ความสามารถในการเอื้ออาศัยของดาวเคราะห์อาจไม่จำเป็นต้องพึ่งพาเฉพาะแค่ดาวฤกษ์แม่ ในระบบนิเวศใต้พื้นผิวน้ำแข็ง อาจมีมหาสมุทรน้ำที่สามารถรักษาสภาพของเหลวไว้ได้ จากความร้อนจากการบีบฉีก(tidal heating) อย่างในกรณีดวงจันทร์ยูโรปาของดาวพฤหัสฯ และอาจรวมถึงดวงจันทร์น้ำแข็งอื่นๆ ในระบบสุริยะด้วย

นอกจากนี้ ทีมยังง่วนกับข้อมูลที่ได้จากการบินผ่านครั้งที่สองของนิวฮอไรซันส์ เป็นการบินผ่าน อาร์โรกอธ(Arrokoth) วัตถุขนาด 35 กิโลเมตรซึ่งทำเมื่อวันปีใหม่ 2019 ในระหว่างปฏิบัติการภาคต่อ การบินผ่านเกิดขึ้นเมื่อนิวฮอไรซันส์อยู่เลยวงโคจรของพลูโตออกไปราว 1.6 พันล้านกิโลเมตร การสำรวจของยานเผยให้เห็นว่าอาร์โรกอธดูคล้ายเป็นตุ๊กตาหิมะสีแดงที่ตัวแบน และวัตถุที่ประหลาดนี้ก่อตัวขึ้นผ่านการควบรวมอย่างละมุนละไมของวัตถุเดิมสองดวง

ปฏิบัติการยังอาจมีโอกาสได้ตรวจสอบวัตถุสองดวงที่แตกต่างกันมากในแถบไคเปอร์ และการบินผ่านของนิวฮอไรซันส์ก็ยังไม่จบสิ้น ยานยังคงมีสุขภาพดี และมีเชื้อเพลิงเหลือประมาณ 1 ใน 8 ของถังซึ่งก็เป็นปริมาณใกล้เคียงกับที่ต้องใช้ในการบินผ่านอาร์โรกอธ Stern กล่าว ดังนั้น ยานน่าจะสามารถทำการบินผ่านในระยะใกล้ได้อีกสักครั้ง ถ้าหาเป้าหมายที่เหมาะสมได้ในเส้นทางบินของมัน ทีมปฏิบัติการเพิ่งเริ่มตามล่าหาเป้าหมายโดยใช้กล้องโทรทรรศน์ทรงพลังทั่วโลก โอกาสยังมีอีกมากเนื่องจากเชื้อเพลิงที่เหลืออยู่ ถ้าเราโชคดีก็คงมีการบินผ่านอีกครั้ง แต่ถ้าไร้โชคแล้วก็คงไม่มีอีก Stern กล่าว

Arrokoth หรือ 2014 MU69 เป็นเป้าหมายการบินผ่านครั้งที่สองของยานนิวฮอไรซันส์ในปฏิบัติการภาคต่อ

Stern กำลังง่วนกับปฏิบัติการอื่นสู่พลูโต แต่คราวนี้ ยานน่าจะเข้าสู่วงโคจรรอบพลูโต โดยใช้แรงโน้มถ่วงจากคารอนเพื่อกำกับตลอดการสำรวจระบบพลูโต ยานโคจรรอบพลูโต(Pluto orbiter) ที่นำเสนอนี้น่าจะคล้ายกับปฏิบัติการคาสสินี(Cassini) ของนาซารอบๆ ดาวเสาร์ ซึ่งใช้เวลาวิ่งวนรอบดาวเคราะห์วงแหวนและดวงจันทร์ของมันรวม 13 ปีตั้งแต่ปี 2004 จนถึง 2017

อย่างไรก็ตาม ชะตากรรมของยานโคจรยังน่าจะต้องขึ้นอยู่กับผลสุรุปของการสำรวจทุกสิบปีของประชาคมวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ ซึ่งมีกำหนดในปี 2022 การสำรวจความคิดเห็นอย่างกว้างขวางเป็นช่วงเวลาที่ประชาคมดาราศาสตร์ทั้งปวงจะมาร่วมกันเพื่อกำหนดเป้าหมายทางวิจัยและการสำรวจในอนาคต ซึ่งสุดท้ายจะนำเสนอต่อนักการเมือง ปฏิบัติการใหม่ไม่จำเป็นต้องคิดค้น เทคโนโลจีใหม่ใดๆ Stern กล่าว แต่มันต้องใช้ความอดทนอย่างมากเนื่องจากเป็นปฏิบัติการที่นานกว่าเมื่อเทียบกับนิวฮอไรซันส์

Pluto Orbiter

นั้นเป็นเพราะในขณะที่นิวฮอไรซันส์แค่บินเฉียดผ่านดาวเคราะห์แคระก่อนที่จะเดินทางต่อไปที่แถบไคเปอร์ ยานโคจรจะต้องเดินทางช้ามากพอที่จะถูกแรงโน้มถ่วงอันน้อยนิดของพลูโตยึดจับไว้ได้ แต่ยานโคจรพลูโตก็เป็นเพียงหนึ่งในแนวคิดปฏิบัติการระดับเรือธง(flagship class) ที่นาซากำลังพิจารณา ข้อเสนออื่นๆ ยังมีการส่งยานโคจร, ยานหุ่นยนต์เคลื่อนที่หรือกระทั่งยานดำน้ำไปยังไททัน(Titan) ดวงจันทร์ขนาดใหญ่ที่สุดของดาวเสาร์ ซึ่งกรณีหลังสุดมีความสามารถในการสำรวจทะเลมีเธนปริศนาบนดวงจันทร์ได้

เทียบกันแล้ว ยานโคจรพลูโตก็คงเข้ารอบลึกๆ Stern กล่าว แต่ก็ไม่ได้หมายความว่ามันจะชนะซุปเปอร์โบวล์ได้

แหล่งข่าว astronomy.com – Pluto revealed: New Horizons’ historic flyby, five years later

space.com – Pluto revealed: 5 years ago, NASA’s New Horizons gave us our first close look at this distant world