ชั้นบรรยากาศสร้างใหม่ของดาวเคราะห์นอกระบบ GJ 1132b

 

ภาพจากศิลปินแสดงดาวเคราะห์หินขนาดพอๆ กับโลก GJ 1132b ซึ่งอยู่ห่างออกไปประมาณ 40 ปีแสงที่พบรอบดาวฤกษ์แคระแดงดวงหนึ่ง นักวิทยาศาสตร์ใช้กล้องฮับเบิลได้พบหลักฐานว่าดาวเคราะห์นี้อาจจะสูญเสียชั้นบรรยากาศดั่งเดิมของมันไปแต่ได้ชั้นบรรยากาศที่สองซึ่งประกอบด้วยสารพิษอย่างมีเธน, ไฮโดรเจนไซยาไนด์และก๊าซไฮโดรเจน ฮับเบิลได้พบร่องรอยก๊าซเหล่านี้ในแสงของดาวฤกษ์แม่ที่ถูกกรองผ่านชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์ ดาวเคราะห์อยู่ห่างไกลเกินและมืดเกินกว่าฮับเบิลจะถ่ายภาพได้ นักดาราศาสตร์เชื่อว่าภายใต้ชั้นบรรยากาศหมอกควันของดาวเคราะห์ อาจจะมีเปลือกบางๆ ที่หนาเพียงไม่กี่ร้อยเมตร ลาวาเหลวใต้พื้นผิวเอ่อขึ้นมาตามรอยแตกอย่างต่อเนื่อง ก๊าซเองก็พุ่งผ่านรอยแตกเหล่านี้ซึ่งเติมชั้นบรรยากาศอย่างต่อเนื่อง ซึ่งน่าจะถูกเป่าจนระเหยหายไปเนื่องจากวงโคจรในระยะประชิดของดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์ แรงโน้มถ่วงจากดาวเคราะห์อื่นในระบบน่าจะทำให้พื้นผิว GJ 1132b แตกคล้ายกับเปลือกไข่ร้าว นี่เป็นครั้งแรกที่มีการตรวจจับสิ่งที่เรียกว่า ชั้นบรรยากาศทุติยภูมิ(secondary atmosphere) บนดาวเคราะห์อื่นนอกระบบสุริยะ

     นักดาราศาสตร์ที่ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลได้พบหลักฐานกิจกรรมภูเขาไฟที่ปรับเปลี่ยนชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์หินดวงหนึ่งรอบดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ๆ

     ดาวเคราะห์ GJ 1132b มีความหนาแน่น, ขนาดและอายุใกล้เคียงกับโลก มันโคจรรอบดาวฤกษ์แคระแดงซึ่งอยู่ห่างออกไปเพียง 40 ปีแสงจากโลกในกลุ่มดาวใบเรือ(Vela) ดาวเคราะห์ดวงนี้ถูกพบครั้งแรกโดยทีมที่นำโดยฮาร์วาร์ดในปี 2015 โดยใช้เครือข่ายกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินขนาดเล็กเพื่อมองหาการผ่านหน้า(transit)

     ในระหว่างการผ่านหน้า นักดาราศาสตร์ก็ยังได้ศึกษาชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์โดยการสำรวจว่าชั้นบรรยากาศดูดกลืนแสงจากดาวฤกษ์แม่ในความยาวคลื่นใดไว้บ้าง ด้วยการใช้วิธีการนี้ ในปี 2017 ทีมยุโรปได้รายงานชั้นบรรยากาศที่อุดมด้วยน้ำ อย่างไรก็ตาม การสำรวจติดตามผลโดยผู้ค้นพบดาวเคราะห์นี้ได้ตั้งคำถาม ทีมแย้งว่าข้อมูลของพวกเขาสอดคล้องกับการไม่มีชั้นบรรยากาศอยู่เลย และสภาพนี้ยังสอดคล้องกับทฤษฎีซึ่งทำนายว่าพิภพหินที่อยู่ใกล้ดาวฤกษ์แม่อย่างมาก จะไม่สามารถรักษาชั้นบรรยากาศดั่งเดิมของมันไว้ได้

     ดาวเคราะห์ GJ 1132b ดูเหมือนจะเริ่มต้นชีวิตโดยเป็นพิภพก๊าซที่มีชั้นบรรยากาศห่อหนาทึบ โดยมีขนาดหลายเท่ารัศมีโลก เป็นสิ่งที่เรียกว่า กึ่งเนปจูน(sub-Neptune) ก็สูญเสียชั้นบรรยากาศดั่งเดิมที่เป็นไฮโดรเจนและฮีเลียมอย่างรวดเร็วซึ่งถูกฉีกออกโดยการแผ่รังสีที่รุนแรงจากดาวฤกษ์แม่อายุน้อย ในเวลาสั้นๆ มันก็เหลือแค่แกนกลางเปล่าเปลือยที่มีขนาดพอๆ กับโลก

กราฟแสดงสเปคตรัมชั้นบรรยากาศของ GJ 1132b เส้นสีส้มแสดงสเปคตรัมจากแบบจำลอง เมื่อเทียบกับสเปคตรัมที่สำรวจได้เป็นจุดสีฟ้าแสดงระดับข้อมูลโดยเฉลี่ยพร้อมทั้งช่วงความคลาดเคลื่อน การวิเคราะห์สอดคล้องกับ GJ 1132b ที่มีชั้นบรรยากาศที่อุดมด้วยไฮโดรเจน โดยผสมกับมีเธนและไฮโดรเจนไซยาไนด์ ดาวเคราะห์ยังมีแอโรซอลซึ่งเป็นสาเหตุให้แสงกระเจิง

     แล้วนักดาราศาสตร์ก็ต้องประหลาดใจเมื่อการสำรวจใหม่จากกล้องฮับเบิลได้พบชั้นบรรยากาศที่สองหรือชั้นบรรยากาศทุติยภูมิ ซึ่งมาแทนที่ชั้นบรรยากาศปฐมภูมิของดาวเคราะห์ มันอุดมไปด้วยไฮโดรเจน, ไฮโดรเจนไซยาไนด์(มากถึง 0.5% ในชั้นบรรยากาศ), มีเธนและอัมโมเนีย และยังมีชั้นหมอกแอโรซอล(aerosol haze) ซึ่งน่าจะเกิดจากการสังเคราะห์สารเคมีด้วยแสงโดยมีไฮโดรคาร์บอนเป็นสารตั้งต้นด้วย นักดาราศาสตร์ตั้งทฤษฎีว่าไฮโดรเจนจากชั้นบรรยากาศเดิมถูกดูดกลืนเข้าสู่ชั้นหินหลอมเหลว(magma) ของดาวเคราะห์ และขณะนี้ก็ถูกปล่อยออกมาอย่างช้าๆ โดยกิจกรรมภูเขาไฟสร้างชั้นบรรยากาศใหม่ขึ้นมา ชั้นบรรยากาศที่สองนี้ก็ยังคงหลุดรั่วออกสู่อวกาศ ก็จะถูกเติมอย่างต่อเนื่องจากแหล่งของไฮโดรเจนในชั้นหินหลอมเหลว การศึกษาใหม่เผยแพร่ใน Astronomical Journal และโพสออนไลน์วันที่ 10 มีนาคมในเวบ arXiv

     Paul Rimmer สมาชิกทีมจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ สหราชอาณาจักร อธิบายว่า ชั้นบรรยากาศที่สองมาจากพื้นผิวและภายในของดาวเคราะห์ และมันจึงเป็นหน้าต่างสู่ธรณีวิทยาของพิภพอื่น ยังต้องทำอะไรอีกมากเพื่อที่จะใช้ประโยชน์จากหน้าต่างนี้ได้ แต่การค้นพบหน้าต่างนี้ก็มีความสำคัญที่สุดแล้ว Raissa Estrela สมาชิกทีมจากห้องทดลองไอพ่นขับดัน(JPL) ที่สถาบันเทคโนโลจีแห่งคาลิฟอร์เนีย(Caltech) กล่าวว่า ตอนแรกเราคิดว่าดาวเคราะห์ที่เปล่งรังสีรุนแรงนี้คงน่าจะน่าเบื่ออยู่เพราะเราเชื่อว่ามันสูญเสียชั้นบรรยากาศไป แต่เราพิจารณาการสำรวจดาวเคราะห์ที่มีอยู่แล้วจากฮับเบิลและตระหนักว่ามีชั้นบรรยากาศอยู่ที่นั้น

     Mark Swain ผู้นำทีมจาก JPL กล่าวว่า มีดาวเคราะห์หินมากแค่ไหนที่ไม่ได้เริ่มต้นโดยเป็นดาวเคราะห์หิน บางส่วนก็เริ่มโดยเป็นกึ่งเนปจูน และพวกมันก็กลายเป็นหินผ่านกลไกที่แสง(ดาวฤกษ์) ระเหยชั้นบรรยากาศดั่งเดิมไป กระบวนการนี้เกิดขึ้นในช่วงต้นของชีวิตดาวเคราะห์เมื่อดาวฤกษ์ร้อนกว่านี้ จากนั้นดาวฤกษ์ก็เย็นลงและจากนั้นทุกอย่างก็ลงตัว และถ้าคุณสร้างชั้นบรรยากาศขึ้นมาใหม่ บางทีก็อาจจะรักษาไว้ได้

ดาวเคราะห์นอกระบบหิน GJ 1132b(พื้นหน้า) อยู่ใกล้ชิดกับดาวฤกษ์แม่ของมัน(ที่พื้นหลัง) โดยโคจรครบรอบในเวลาเพียง 1.6 วัน

     จากสิ่งที่เราทราบจากในระบบสุริยะของเราเอง การสร้างชั้นบรรยากาศขึ้นใหม่ทั้งหมดบนดาวเคราะห์หินไม่ใช่เรื่องที่ผิดปกติ ชั้นบรรยากาศของโลกก็ถูกสร้างใหม่ทั้งหมดสองครั้ง ครั้งแรกโดยกิจกรรมภูเขาไฟและการชนของอุกกาบาต(ในการระดมชนอย่างหนัก; heavy bombardment) และจากนั้น ก็โดยการถือกำเนิดของสิ่งมีชีวิตบนโลก ดาวอังคารเองก็อยู่กับชั้นบรรยากาศที่สองหรือที่สามของมัน แต่นี่เป็นครั้งแรกที่มีการรายงานชั้นบรรยากาศทุติยภูมิบนดาวเคราะห์นอกระบบดวงหนึ่ง  

      GJ 1132b มีความเหมือนกับโลกในหลายๆ ทาง แต่ในบางแง่ก็ยังแตกต่างกันอย่างมาก ทั้งสองมีความหนาแน่นเท่ากัน, ขนาดเท่ากัน และอายุเท่าๆ กัน โดยประมาณ 4.5 พันล้านปี ทั้งคู่เริ่มต้นด้วยชั้นบรรยากาศที่อุดมไปด้วยไฮโดรเจน และทั้งคู่ก็ร้อนก่อนที่จะเย็นลง งานของทีมยังบอกกระทั่งว่า GJ 1132b และโลกมีแรงดันชั้นบรรยากาศที่พื้นผิวที่เท่ากันด้วย

     อย่างไรก็ตาม ประวัติการก่อตัวของดาวเคราะห์ทั้งคู่ก็แตกต่างกัน เชื่อกันว่าโลกไม่ใช่แกนกลางที่เหลืออยู่ของดาวเคราะห์ชนิดกึ่งเนปจูน และโลกโคจรในระยะทางที่แสนสบายจากดาวฤกษ์แม่แคระเหลืองของเรา GJ 1132b นั้นโคจรใกล้ดาวฤกษ์แม่แคระแดงของมันอย่างมากจนโคจรครบรอบในเวลาเพียง 1.5 วันเท่านั้น ความใกล้จนประชิดทำให้ GJ 1132b ถูกล๊อคไว้(tidal lock) จนหันด้านเดียวด้านเดิมเข้าหาดาวฤกษ์อยู่ตลอดเวลา เหมือนกับดวงจันทร์ของเราที่หันด้านใกล้เข้าหาโลกตลอดเวลา

     คำถามก็คือ อะไรทำให้ชั้นหินหลอมเหลวร้อนมากพอที่จะยังคงเป็นของเหลวอยู่และสร้างกิจกรรมภูเขาไฟอยู่ได้ Swain ถาม ระบบแห่งนี้มีความพิเศษเนื่องจากมันมีโอกาสที่จะเกิดการเสียดสีจนร้อนขึ้นด้วยแรงโน้มถ่วง(tidal heating) ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นผ่านการเสียดสี เมื่อพลังงานจากการโคจรและการหมุนรอบตัวของดาวเคราะห์ถูกกระจายเป็นความร้อนอยู่ภายในดาวเคราะห์ GJ 1132b มีวงโคจรที่รี และแรงยืดฉีก(tidal force) ที่กระทำต่อมันก็รุนแรงที่สุดเมื่อมันเข้าใกล้ที่สุดหรือไกลที่สุดจากดาวฤกษ์แม่ อย่างน้อยก็มีดาวเคราะห์อีกดวงในระบบแห่งนี้ที่ยังส่งแรงโน้มถ่วงให้กับ GJ 1132b ด้วยเหตุนี้ ดาวเคราะห์จึงถูกบีบหรือยืดออกโดยแรงโน้มถ่วงที่แตกต่างกันในวงโคจร กลไกนี้ทำให้ชั้นหินหลอมเหลวเป็นของเหลวอยู่ได้ยาวนาน ตัวอย่างใกล้ๆ ในระบบสุริยะของเราเองก็คือที่ดวงจันทร์ดาวพฤหัสฯ ไอโอ(Io) ซึ่งมีกิจกรรมภูเขาไฟอย่างต่อเนื่อง อันเป็นผลจากสงครามแรงโน้มถ่วงระหว่างดาวพฤหัสฯ กับดวงจันทร์เพื่อนบ้านดวงอื่นๆ

ชั้นบรรยากาศโลกในยุคต้นถูกแต่งแต้มโดยการชนของอุกกาบาตและกิจกรรมภูเขาไฟ ตามที่เห็นในภาพจากศิลปินนี้

     ทีมเชื่อว่าเปลือกที่เย็นกว่าของ GJ 1132b จะบางมากๆ บางทีอาจจะหนาเพียงไม่กี่ร้อยเมตรเท่านั้น ซึ่งเปราะบางเกินกว่าจะค้ำจุนสิ่งอื่นๆ ที่คล้ายกับภูเขาไฟตระหง่านได้ พื้นผิที่ราบเรียบของมันอาจจะเป็นรอยแตกร้าวไปทั่วเหมือนกับเปลือกไข่จากการยืดออกด้วยแรงโน้มถ่วง ไฮโดรเจนและก๊าซอื่นๆ ก็น่าจะปล่อยออกมาจากรอยแตกลักษณะนี้ Swain อธิบายว่า ชั้นบรรยากาศนี้ถ้ามันเบาบางซึ่งก็หมายความว่าถ้ามันมีแรงดันพื้นผิวใกล้เคียงกับโลก ก็อาจจะหมายความว่าคุณจะมองเห็นจรดถึงพื้นในช่วงความยาวคลื่นอินฟราเรด นี่หมายความว่าถ้านักดาราศาสตร์ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์เพื่อสำรวจดาวเคราะห์นี้ ก็มีความเป็นไปได้ที่พวกเขาจะไม่เห็นสเปคตรัมของชั้นบรรยากาศ แต่เป็นสเปคตรัมของพื้นผิวเลย และถ้ามีแอ่งแมกมาหรือการเกิดปะทุภูเขาไฟเกิดขึ้นอยู่ พื้นที่เหล่านั้นก็จะร้อนกว่า ซึ่งจะสร้างการเปล่งคลื่นที่รุนแรงกว่า ดังนั้นพวกเขาก็น่าจะได้เห็นกิจกรรมทางธรณีวิทยาของจริง ซึ่งก็น่าตื่นเต้น

     ผลสรุปนี้มีความสำคัญเนื่องจากมันให้หนทางแก่นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์นอกระบบที่จะระบุบางสิ่งเกี่ยวกับธรณีวิทยาของดาวเคราะห์จากชั้นบรรยากาศของมันได้ Rimmer กล่าวเสริม มันยังมีความสำคัญต่อความเข้าใจว่าดาวเคราะห์หินในระบบของเราอย่าง ดาวพุธ, ศุกร์, โลกและดาวอังคาร เป็นอย่างไรในดาวเคราะห์วิทยาเปรียบเทียบ ในแง่ของการมีอยู่ของไฮโดรเจนเทียบกับออกซิเจนในชั้นบรรยากาศ

     แม้จะมีนักวิจัยบางส่วนที่ไม่เห็นด้วยกับหลักฐานการระบุชั้นบรรยากาศทุติยภูมิของดาวเคราะห์ แต่พวกเขาก็คิดว่าการใช้กล้องเจมส์เวบบ์ซึ่งมีกำหนดส่งในวันที่ 31 ตุลาคม 2021 จะมีความแม่นยำที่สูงกว่าและมีความไวในการสำรวจที่ดีกว่าเครื่องมือในปัจจุบัน เพื่อแจกแจงคุณลักษณะชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบ ซึ่งพิภพที่ไม่ปกติแห่งนี้แน่นอนว่าควรค่าแก่การตรวจสอบด้วยกล้องเจมส์เวบบ์ 

กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ซึ่งประกอบแล้วเสร็จเตรียมออกสู่อวกาศในเดือนตุลาคมปีนี้ จะสามารถตรวจสอบชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบด้วยพลังที่คาดไม่ถึง

แหล่งข่าว spacetelescope.org : Hubble sees new atmosphere forming on a rocky exoplanet
                astronomy.com : volcanoes could have breathed new life into a super-Earth’s atmosphere     

ว่าที่ดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์เวกา

     นักวิทยาศาสตร์พบว่า เวกา หนึ่งในดาวฤกษ์ที่สว่างที่สุดและมีชื่อเสียงที่สุดบนท้องฟ้ายามค่ำคืนมีการส่ายเล็กน้อย ซึ่งอาจเกิดขึ้นจากดาวเคราะห์ดวงหนึ่ง ถ้าเป็นจริงตามนั้น มันก็น่าจะเป็นดาวเคราะห์ที่ร้อนที่สุดเป็นอันดับที่สองเท่าที่เคยพบมา นอกเหนือจากจะเพิ่มเติมให้กับบัญชีรายชื่อพิภพที่สุดขั้วแล้ว เรายังมีโอกาสที่หาได้ยากในการศึกษาสภาวะที่สุดขั้วเช่นนั้นด้วย

Vega เป็นดาวฤกษ์สว่างมากในกลุ่มดาวพิณ(Lyra) เป็นดาวฤกษ์ที่สว่างที่สุดเป็นอันดับ 5 บนท้องฟ้า 

      วิธีการในการค้นหาดาวเคราะห์ทำให้ง่ายที่จะตรวจจับพิภพที่มีขนาดใหญ่และอยู่ใกล้ดาวฤกษ์แม่มากกว่า ด้วยเหตุนี้ ดาวเคราะห์ดวงแรกๆ ที่พบเกือบทั้งหมดจึงเป็นสิ่งที่เราเรียกว่า ดาวพฤหัสร้อน(hot Jupiters) ซึ่งเป็นดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ที่โคจรอยู่ใกล้กับดาวฤกษ์แม่อย่างมาก จนทำให้อุณหภูมิระดับเตาอบในบ้านฟังดูเย็นสบายไปเลย แต่อย่างไรก็ตาม เราอาจจะพลาดหนึ่งในดาวเคราะห์ที่ร้อนที่สุดในบรรดาพฤหัสร้อน ที่เกือบอยู่ใต้จมูกของเราไป

     เวกา(Vega) เป็นดาวฤกษ์ดวงแรกๆ นอกเหนือจากดวงอาทิตย์ที่ถูกถ่ายภาพไว้ได้ จากความมีชื่อเสียงและระยะทางที่ค่อนข้างใกล้เพียง 25 ปีแสง เป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มดาวพิณ(Lyra) ด้วยมวลราว 2 เท่าดวงอาทิตย์ มันจึงเป็นเป้าหมายในการสำรวจหาดาวเคราะห์ได้ไม่ยาก Carl Sagan ยังแม้แต่เขียนให้เวกาเป็นแหล่งสัญญาณจากต่างด้าวในนิยายไซไฟ Contact ของเขา อย่างไรก็ตาม ความพยายามเพื่อหาสิ่งอื่นๆ ที่อยู่ที่นั้นก็มีอุปสรรคใหญ่ที่ เวกาเป็นดาวที่หมุนรอบตัวเร็ว ทุกๆ 16 ชั่วโมง และอาจจะแปรแสง(variable star) ซึ่งรบกวนความพยายามในการตามรอยการเคลื่อนที่ของมัน การส่าย(wobble) อันเกิดจากแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์จึงตรวจจับได้ยากเป็นพิเศษ ท่ามกลางสัญญาณรบกวน(noise) แม้ว่าเราจะพบสัญญาณดิสก์เศษซากห่างจากดาวฤกษ์ออกมา

      แต่กระนั้นก็ยังมีคนที่พยายาม หนึ่งในนั้นคือ Spencer Hurt นักศึกษาปริญญาตรีในแผนกวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์และดาราศาสตร์ฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยโคโลราโด โบลเดอร์ เขาและเพื่อนร่วมงานได้ประกาศสิ่งที่ดูเหมือนจะเป็นสัญญาณของพิภพดวงหนึ่งรอบเวกา ใน Astronomical Journal

     ในข้อมูลจาก TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite) ของนาซา ไม่พบดาวเคราะห์ที่โคจรผ่านหน้า(transiting planet) แต่เมื่อตรวจสอบข้อมูลสเปคตรัม 10 ปีที่ได้จากหอสังเกตการณ์ เฟรด ลอว์เรนซ์ วิพเพิล ในอริโซนา Hurt ก็พบว่าเวกาขยับด้วยคาบ 2.4 วัน แม้แต่รอบดาวฤกษ์แคระแดงที่เย็นที่สุด ดาวเคราะห์ที่มีวงโคจรสั้นขนาดนี้ก็ยังน่าจะร้อนระอุ แต่เวกาซึ่งมีความสว่างมากกว่าดวงอาทิตย์ 40 เท่า ดาวเคราะห์ก็น่าจะมีอุณหภูมิสูงถึง 2980 องศาเซลเซียส ซึ่งอาจจะบวกลบได้พอสมควรถ้ามีผลกระทบจากชั้นบรรยากาศร่วมด้วย เขากล่าวเสริมว่า ด้วยระยะทางที่ใกล้เวกาขนาดนี้ ว่าที่ดาวเคราะห์ก็น่าจะพองฟูเหมือนกับบอลลูน และแม้แต่เหล็กก็น่าจะหลอมเหลวกลายเป็นก๊าซในชั้นบรรยากาศ ในความเป็นจริง อุณหภูมิระดับนี้ยังร้อนกว่าดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด พรอกซิมา เซนทอไร(Proxima Centauri) ด้วยซ้ำ

ภาพจากศิลปินแสดงว่าที่ดาวเคราะห์รอบเวกา ดาวเคราะห์น่าจะร้อนมากถึงเกือบ 3000 องศาเซลเซียส

     ดาวเคราะห์น่าจะมีมวลอย่างน้อยพอๆ กับเนปจูน และอาจจะสูงกว่าดาวพฤหัสฯ ได้ ขึ้นอยู่กับการเรียงตัวของวงโคจรของมันเมื่อเทียบกับแนวสายตาของเรา อย่างไรก็ตาม แม้ว่าจะยังไม่ยืนยัน แต่ผู้เขียนคิดว่าเรื่องราวของดาวเคราะห์รอบเวกายังคงไม่จบแค่นี้ มันเป็นระบบที่มีขนาดใหญ่ ใหญ่กว่าระบบสุริยะของเราอย่างมาก Hurt กล่าวในแถลงการณ์ อาจจะมีดาวเคราะห์อื่นๆ กระจายอยู่ทั่วระบบ ก็แค่ว่าเราจะตรวจพวกมันพบได้อย่างไรเท่านั้น

          เวกาเป็นดาวที่สว่างมากพอจนคุณสามารถสำรวจมันได้ตอนอาทิตย์อัสดงเมื่อดาวอื่นๆ ยังคงถูกแสงอาทิตย์อาบจนมองไม่เห็น Samuel Quinn ผู้เขียนร่วมการศึกษา นักดาราศาสตร์ที่ศูนย์ฮาร์วาร์ดสมิธโซเนียนเพื่อดาราศาสตร์ฟิสิกส์ กล่าว มันน่าตื่นเต้นมากที่ได้พบดาวเคราะห์รอบเวกา เนื่องจากมันจะให้ความเป็นไปได้ในการตรวจสอบในอนาคตในแบบที่ดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์สลัวให้ไม่ได้

    ตามที่ Sagan บอกไว้ สิ่งมีชีวิตที่พัฒนาแล้วใดๆ รอบเวกาก็น่าจะเป็นผู้มาเยือนจากที่อื่น มันเป็นระบบที่อายุน้อยจนชีวิตใดๆ ที่อาจจะพัฒนาที่นั้นก็น่าจะเพิ่งเริ่มต้นขึ้นมา และชีวิตของเวกาที่น่าจะอายุสั้นก็จะทำให้สิ่งมีชีวิตพัฒนาไปได้ไม่ไกลนัก ในทางตรงกันข้าม ความใกล้ของดาวเคราะห์รอบเวกาน่าจะให้ประโยชน์ในการศึกษาพวกมัน และสิ่งใดๆ ก็ตามที่เรียนรู้ได้จากระบบที่สุดขั้วก็น่าจะมีความสำคัญ

    

แหล่งข่าว iflscience.com : a giant, blistering planet hotter than many stars may be orbiting Vega
               phys.org : a giant, sizzling planet may be orbiting the star Vega    

NGC1851

 

NGC1851, Mewlon 210 @ 320x, Sketch by Chol

ท้องฟ้าที่บางพลีตอนนี้ค่อนข้างแย่ ขุ่นขาวด้วยฝุ่นควันและเมฆจนแทบมองไม่เห็นดาว ซิริอัสที่ปกติสว่างเจิดจ้าก็หม่นสลัว ไม่ต้องพูดถึงดวงอื่น หวังว่าที่อื่นๆจะดีกว่านะครับ

ย้อนไปเมื่อต้นเดือนมีนาถึงฟ้าแย่เหมือนกันแต่ก็ยังดีกว่าตอนนี้มาก ผมเห็นคาโนปุสสว่างโดดเดี่ยวอยู่เหนือหลังคาบ้านตรงข้าม ดูในแผนที่มีกระจุกดาวทรงกลมตัวหนึ่งห่างไปทางตะวันตกและที่ตอนนี้อยู่สูงกว่าคาโนปุสพอประมาณ

สูงพอที่จะลองแวะไปชม...

ผมขยับกล้องดูดาวไปที่เป้าหมาย แสงสว่างฟุ้งของบอลจิ๋วปรากฏในเลนส์ตา ผมไม่ได้คิดว่า NGC1851 จะสว่างขนาดนี้ สว่างกว่า M79 ในกลุ่มดาวกระต่ายป่าที่อยู่เหนือขึ้นไปเสียอีก น่าแปลกที่ไม่ค่อยมีคนรู้จักนัก

จาก Mewlon ผมย้ายไปดูที่ Borg101ED ที่วางอยู่คู่กัน ที่กำลังขยายต่ำท้องฟ้าเป็นสีขาวมองไม่เห็นอะไรแม้แต่ดาวสักดวง เรียกว่าคราวนี้ต้องยกให้ Mewlon 210 ขนาดใหญ่กว่า ความยาวโฟกัสมากกว่า ช่วยให้คอนทราสดีกว่าหลายเท่า

กลับมาที่มิวล่อนผมเพิ่มกำลังขยายไปได้ถึง 320 เท่า ภาพยังดีอยู่ NGC1851 มีใจกลางที่สว่างมากแล้วค่อยๆจางจนกลืนไปกับพื้นสีดำด้านหลัง ลองมองเหลือบพบว่าขอบเขตของแสงสว่างกว้างใหญ่มากขึ้นและมองเห็นดาวราวสิบดวงใกล้ใจกลาง

ข้อมูลจาก SkySafari บอกว่า NGC1851 มีขนาดขอบเขตของ Halo ราว 11 อาร์คมินิต ใหญ่พอๆกับขอบเขตการมองเห็นของภาพสเก็ทช์ภาพนี้ทีเดียว แต่ฟ้าที่บางพลีกลืนทุกอย่างไปกับแสงไฟและหมอกควัน เหลือแต่ส่วนใจกลางให้ชื่นชม

เป็นอีกตัวที่เซอร์ไพรส์และต้องเก็บเข้าไปใน re-observing list ครับ น่าจะได้เห็นอะไรดีๆหากฟ้าดีพอ

คลิกภาพเพื่อขยาย

ข้อมูลเบื้องต้น 
กลุ่มดาว: Columba 
Catalog No.: NGC 1851, Caldwell 73

ประเภท: Globular Cluster

Visual Magnitude: +7.13 
dia: 12 arcmin 
ระยะทางจากโลก: 3900 ly 
R.A.: 5h 14m 47.28s 
Dec.: -40° 01’ 25.3”

นิวตริโนจาก tidal disruption event ของหลุมดำ

 

IceCube observatory ที่ขั้วโลกใต้ ในช่วงฤดูหนาว

     ดาวดวงหนึ่งถูกฉีกทึ้งอย่างสมบูรณ์เมื่อมันผ่านเข้าใกล้หลุมดำแห่งหนึ่งมากเกินไป ได้กลายเป็นของขวัญที่หาได้ยากในวงการวิทยาศาสตร์ เป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจจับนิวตริโนพลังงานสูงที่ถูกยิงออกสู่อวกาศในเหตุการณ์รุนแรงลักษณะนี้

     อนุภาคจิ๋วไม่เพียงแต่ช่วยให้เราเข้าใกล้การระบุได้อย่างแม่นยำว่าอนุภาคที่ทรงพลังที่สุดในเอกภพนั้นเกิดขึ้นจากที่ไหน แต่มันยังแสดงว่าเหตุการณ์การรบกวนโดยแรงโน้มถ่วงของหลุมดำสามารถเป็นเครื่องเร่งความเร็วอนุภาคในธรรมชาติได้ด้วย Sjoert van Velzen นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยไลเดน ในเนเธอร์แลนด์ส กล่าวว่า เราไม่ทราบกำเนิดของนิวตริโน(neutrino) พลังงานสูงในอวกาศ หลักๆ ก็เพราะยากมากที่จะระบุตำแหน่งได้ ผลสรุปนี้น่าจะเป็นเพียงครั้งที่สองเท่านั้นที่มีการตามรอยนิวตริโนพลังงานสูงย้อนกลับไปถึงแหล่งกำเนิดของพวกมันได้

      นิวตริโนเป็นสิ่งเล็กๆ ที่สร้างความพิศวง มวลของพวกมันน้อยนิดจนแทบจะเป็นศูนย์ พวกมันเดินทางด้วยความเร็วเกือบเท่าแสง และพวกมันไม่มีปฏิสัมพันธ์กับสสารปกติ สำหรับนิวตริโนแล้ว เอกภพนั้นแทบจะเป็นนามธรรม ในความเป็นจริง มีนิวตริโนหลายพันล้านอนุภาคกำลังวิ่งผ่านตัวคุณในตอนนี้ นั้นจึงเป็นเหตุผลว่าเพราะเหตุใดพวกมันจึงมีชื่อเล่นว่า ghost particle แต่ก็ไม่ได้หมายความว่าพวกมันจะไม่สามารถมีปฏิสัมพันธ์กับสสารปกติเลย

นิวตริโนที่พบมาจากหลายแหล่ง แต่แหล่งหลักๆ คือดวงอาทิตย์

      การพบเห็นการตายของดาวฤกษ์ดวงหนึ่งโดยหลุมดำเป็นเรื่องที่พบได้ค่อนข้างยาก แต่เราก็ได้พบมันในปริมาณที่พอจะบอกได้คร่าวๆ ว่ากระบวนการนี้เกิดขึ้นอย่างไร เมื่อดาวฤกษ์โชคร้ายดวงหนึ่งเข้าใกล้หลุมดำแห่งหนึ่งมากพอจนมันโดนดึงดูดด้วยแรงโน้มถ่วงของหลุมดำไว้ ผลจากสนามแรงโน้มถ่วงที่รุนแรง แรงโน้มถ่วงของหลุมดำที่ดึงด้านใกล้ของดาว จะรุนแรงมากกว่าที่ด้านไกลของดาว ชักนำให้เกิดการยืดออก(stretching) ความแตกต่าง(ของแรงโน้มถ่วง) นี้เรียกว่า tidal force สุดท้ายจะฉีกดาวออกเป็นกระแสธารก๊าซ เป็นสิ่งที่เรียกว่า tidal disruption event(TDE) นั้นเอง

     TDE เหตุการณ์นี้สร้างการลุกจ้าของแสงที่สว่างมาก โดยครึ่งหนึ่งของเศษซากจากดาวที่ถูกทำลายหมุนวนไปรอบๆ หลุมดำ ร้อนขึ้นเรื่อยๆ ก่อนที่มันจะถูกกลืนเข้าสู่ขอบฟ้าสังเกตการณ์(event horizon) ส่วนเศษซากอีกครึ่งที่เหลือก็ถูกสาดออกสู่อวกาศ และนั้นก็เป็นเพียงแต่การลุกจ้าที่ถูกสำรวจพบบนโลกในวันที่ 9 เมษายน 2019 โดย ZTF(Zwicky Transient Facility) กล้องหุ่นยนต์ตัวหนึ่งที่หอสังเกตการณ์พาโลมาร์ของคาลเทค เหตุการณ์ซึ่งเรียกว่า AT2019dsg เกิดขึ้นจากหลุมดำมวลมหาศาล(supermassive black hole) ที่มีมวล 30 ล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์(หลุมดำของทางช้างเผือกมีมวลราว 4 ล้านเท่าดวงอาทิตย์) จากกาแลคซีที่อยู่ไกลออกไปราว 700 ล้านปีแสง การปะทุเกิดขึ้นในนิวเคลียสของกาแลคซีที่ค่อนข้างสว่างแห่งหนึ่ง ซึ่งบอกได้ว่าดาวถูกทำลายโดยแรงโน้มถ่วงของหลุมดำ

     ทีมค้นพบได้สำรวจติดตามผล TDE นี้ โดยตรวจสอบในหลายช่วงความยาวคลื่นและพบว่า มันลุกจ้าสว่างไสวในช่วงสเปคตรัมที่ตาเห็นได้และในช่วงรังสีเอกซ์โดยมีความสว่างสูงสุดในทั้งสองช่วงความยาวคลื่นเกิดในเดือนพฤษภาคม และต่อมาก็ตรวจจับได้ในสเปคตรัมคลื่นวิทยุที่สว่างขึ้นเรื่อยๆ ไปหลายเดือน

หลังจากหลุมดำมวลมหาศาล(supermassive black hole) ฉีกยืดดาวดวงหนึ่งออก เศษซากดาวราวครึ่งหนึ่งก็ถูกเหวี่ยงกลับสู่อวกาศ ในขณะที่อีกครึ่งก่อตัวเป็นดิสก์สะสมมวลสาร(accretion disk) รอบหลุมดำ ระบบสว่างไสวในหลายช่วงความยาวคลื่น และคิดกันว่าได้สร้างกระแสวัสดุสารที่ไหลออก(outflow) ที่ดูคล้ายไอพ่นทรงพลัง ตั้งฉากกับระนาบดิสก์สะสมมวลสาร เครื่องยนต์เปี่ยมประสิทธิภาพใกล้ใจกลางดิสก์ พ่นอนุภาคเสี้ยวอะตอมพลังงานสูงออกมา

      ไม่ถึงหกเดือนถัดมา ในวันที่ 1 ตุลาคม 2019 เครื่องตรวจจับนิวตริโน IceCube ที่สถาบันขั้วโลกใต้อะมุนด์เซน-สก๊อตในแอนตาร์กติกาก็ตรวจจับนิวตริโนพลังงานสูงมากครั้งหนึ่งเท่าที่เคยพบมา ซึ่งมีชื่อว่า IC191001A Anna Franckowiak นักดาราศาสตร์ที่ DESY(Deutsches Elektronen-Synchrotron) และมหาวิทยาลัยโบคุม ในเจอรมนี กล่าวว่า มันชนกับน้ำแข็งของแอนตาร์กติกาด้วยพลังงานที่สูงมากกว่า 200 เทร่าอิเลคตรอนโวลต์(tera-electronvolts) เมื่อเทียบแล้ว นิวตริโนนี้มีพลังงานสูงกว่าอนุภาคพลังงานสูงที่สุดที่เครื่องเร่งความเร็วอนุภาคบนโลกที่ทรงพลังที่สุดคือ Large Hadron Collider ที่ CERN เคยสร้างได้อย่างน้อย 10 เท่า และมันก็มาจากทิศทางกลุ่มดาวโลมา(Delphinus) ภายในพื้นที่ขนาดราว 10 ตารางองศาซึ่งเป็นทิศทางของ AT2019dsg  

     เมื่อมีนิวตริโนสักอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์กับน้ำแข็ง และสร้างแสงวาบขึ้น ให้ตรวจพบด้วยเครื่องตรวจจับที่ฝังอยู่ลึกภายใต้ความมืดมิดในน้ำแข็งของแอนตาร์กติกาของไอซ์คิวป์ แสงวาบเหล่านั้นก็เห็นได้ชัดเจน จากคุณลักษณะเช่น แสงเดินทางอย่างไร และมันสว่างแค่ไหน นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถคำนวณได้ว่านิวตริโนนี้มีพลังงานสูงแค่ไหน และทิศทางที่มันจากมา ก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์ตามรอยนิวตริโนพลังงานสูงจากนอกกาแลคซีเหตุการณ์หนึ่งย้อนกลับไปถึงบลาซาร์(blazar) แห่งหนึ่งซึ่งอยู่ห่างออกไป 4 พันล้านปีแสง

     เมื่อนักวิทยาศาสตร์วิเคราะห์ IC191001A พวกเขาก็พบว่ามีโอกาสเพียง 0.2% เท่านั้นที่มันจะไม่เกี่ยวข้องกับ AT2019dsg นี่เป็นนิวตริโนเหตุการณ์แรกที่เชื่อมโยงไปได้ถึงการรบกวนจากหลุมดำ และมันก็ให้หลักฐานที่มีค่าแก่เรา Robert Stein จาก DESY กล่าว การรบกวนของหลุมดำนี้ไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้นัก การตรวจจับนิวตริโนชี้ไปถึงการมีอยู่ของเครื่องยนต์ทรงพลังในใจกลางดิสก์สะสมมวลสาร(accretion disc) ซึ่งยิงอนุภาคออกมาด้วยความเร็วสูง และจากการวิเคราะห์รวมทั้งข้อมูลคลื่นวิทยุ, ช่วงตาเห็นและอุลตราไวโอเลต ก็ช่วยให้เรามีหลักฐานเพิ่มเติมว่า การรบกวนของหลุมดำทำหน้าที่เป็นเครื่องเร่งความเร็วอนุภาคขนาดยักษ์

ภาพของดิสก์สะสมมวลสารรอบหลุมดำมวลมหาศาลที่มีโครงสร้างคล้ายไอพ่นวิ่งออกจากดิสก์ มวลมหาศาลของหลุมดำได้บิดกาลอวกาศ ทำให้เห็นด้านไกลของดิสก์สะสมมวลสารเป็นภาพที่ฉายอยู่เหนือและใต้หลุมดำ

     รายงานฉบับที่สองกับการตรวจจับนิวตริโนนี้ซึ่งก็เผยแพร่ใน Nature Astronomy ให้รายละเอียดแบบจำลองทางทฤษฎีเพื่ออธิบายสิ่งที่เกิดขึ้น ก็คือ ไอพ่นสัมพัทธภาพที่เป็นก๊าซมีประจุ(หรือพลาสมา) ที่ถูกยิงออกจากพื้นที่ขั้วของหลุมดำที่กำลังสะสมมวลสารอย่างกระตือรือร้น สิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไรนั้นก็ยังคงไม่ชัดแจ้ง แต่นักดาราศาสตร์คิดว่าวัสดุสารจากพื้นที่ส่วนในของดิสก์สะสมมวลสาร(แต่ก็ยังอยู่นอกขอบฟ้าสังเกตการณ์) ถูกลำเลียงเข้ามาและยิงออกจากขั้วผ่านเส้นแรงสนามแม่เหล็กรอบๆ ภายนอกของหลุมดำนี้

     แบบจำลองเสมือนจริงล่าสุดได้บอกว่า เมื่อสนามแม่เหล็กในไอพ่นเหล่านี้เริ่มบิดตัว จะสร้างสนามไฟฟ้าที่สามารถเร่งความเร็วอนุภาคจนถึงระดับสัมพัทธภาพ(relativistic) ใกล้เคียงกับความเร็วแสง ไอพ่นเหล่านี้คงอยู่ได้หลายร้อยวัน เพื่อสร้างนิวตริโน โปรตอนพลังงานสูงอนุภาคหนึ่งจะต้องชนกับโปรตอนอื่น หรือกับโฟตอน(photon) อุลตราไวโอเลต ถ้าอนุภาคถูกเร่งความเร็วในช่วงเวลาที่ยาวนาน ก็มีโอกาสที่จะสร้างนิวตริโนในขั้นตอนสุดท้ายขึ้นมา ซึ่งช่วยอธิบายว่าเพราะเหตุใด นิวตริโนจึงมาถึงโลก 6 เดือนภายหลังการตรวจจับแสงเริ่มแรกได้

     เครื่องเร่งความเร็วอนุภาคในอวกาศสามารถสร้างอนุภาคได้หลายชนิด นอกเหนือจากนิวตริโนและโฟตอน อนุภาคเหล่านั้นมีประจุไฟฟ้าและจึงสะท้อนไปมาโดยสนามแม่เหล็กท่ามกลางกาแลคซีในระหว่างเดินทาง มีเพียงนิวตริโนซึ่งเป็นกลางทางไฟฟ้าที่สามารถเดินทางด้วยเส้นทางตรงเหมือนกับโฟตอนแสงจากแหล่งมายังโลก และจึงเป็นผู้นำสารที่มีประโยชน์จากระบบเหล่านั้นได้   

กลไกหนึ่งที่เสนอการสร้างนิวตริโนบอกได้ว่า เศษซากวัสดุสารจากดาวที่ถูกหลุมดำฉีก ประมาณครึ่งหนึ่งถูกดึงเข้าสู่ดิสก์สะสมมวลสาร(accretion disk) และยิงไอพ่นอนุภาคออกมาด้วยความเร็วสูง ภายในไอพ่นก็มีสนามแม่เหล็กและอนุภาคอื่น ซึ่งจะสะท้อนไปมาจนอนุภาคมีความเร็วสูงมากในระดับเกือบเท่าแสง จนสร้างนิวตริโนได้ในที่สุด

     นี่เป็นผลสรุปที่ยิ่งใหญ่ และเป็นผลสรุปที่แสดงให้เห็นอย่างงดงามว่าเราจะสามารถค้นพบอะไรได้บ้างเมื่อเรารวมหนทางต่างๆ ที่พิจารณาอวกาศได้ เมื่อรวมการสำรวจได้แสดงถึงพลังในการสำรวจอวกาศผ่าน “ผู้นำสาร” ที่แตกต่างกันเช่น โฟตอน และนิวตริโน กลายเป็นดาราศาสตร์ผู้นำสารหลายทาง(multi-messenger astronomy) Marek Kowalski นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่ DESY และมหาวิทยาลัยอุมโบลท์ในเจอรมนี กล่าว ถ้าไม่มีการตรวจจับ TDE นิวตริโนนี้ก็คงเป็นแค่หนึ่งในจำนวนมากมาย และถ้าไม่มีนิวตริโน การสำรวจ TDE นี้ก็คงเป็นหนึ่งในเหตุการณ์ลักษณะคล้ายกันอีกมากมาย มีเพียงผ่านการรวมพลังนี้จะช่วยให้เราได้พบเครื่องเร่งความเร็วและเรียนรู้สิ่งใหม่ๆ เกี่ยวกับกระบวนการที่อยู่ภายในได้

     เราอาจจะเพิ่งได้เห็นเพียงยอดของภูเขาน้ำแข็งเท่านั้น ในอนาคต เราคาดว่าจะได้พบความเกี่ยวโยงที่มากขึ้นระหว่างนิวตริโนพลังงานสูงและแหล่งที่มาของพวกมัน Francis Halzen ศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยวิสคอนซิน เมดิสัน และผู้นำไอซ์คิวป์ แต่ไม่ได้เกี่ยวข้องโดยตรงกับการศึกษานี้ กล่าว มีกล้องโทรทรรศน์รุ่นใหม่ๆ ที่กำลังสร้างอยู่ซึ่งจะมีความไวต่อ TDEs และแหล่งนิวตริโนที่คาดการณ์ไว้อื่นๆ เพิ่มขขึ้นอย่างมาก และที่น่าสนใจมากกว่าก็คือ แผนการขยายเครื่องตรวจจับไอซ์คิวป์ ซึ่งจะเพิ่มจำนวนเครื่องตรวจจับนิวตริโนอีกอย่างน้อย 10 เท่า TDE เหตุการณ์นี้เป็นเพียงครั้งที่สองซึ่งตามรอยนิวตริโนอวกาศพลังงานสูงย้อนกลับไปที่แหล่งของมันได้ ในปี 2018 โครงงานผู้นำสารหลายทางได้รายงานว่า บลาซาร์ TXS 0506+056 เป็นแหล่งนิวตริโนพลังงานสูงแห่งแรกที่ได้พบ ซึ่งก็บันทึกไว้ได้โดยไอซ์คิวป์ในปี 2017 รายงานสองฉบับเกี่ยวกับนิวตริโนเผยแพร่ใน Nature Astronomy

แหล่งข่าว sciencealert.com : for the first time, we’ve detected a “ghost particle” coming from a shredded star  
                skyandtelescope.com : star-shredding black hole makes ghostlike particle
                 sciencedaily.com : scientists link star-shredding event to origins of universe’s highest-energy particles
                 phys.org : ghost particle from shredded star reveals cosmic particle accelerator   

หลักฐานการกวาดล้างไดโนซอร์จากหลุมอุกกาบาตชิคซูลูป

 

หินจากอวกาศก้อนหนึ่งตกลงมาในพื้นที่ชายฝั่งซึ่งปัจจุบันคือคาบสมุทรยูคาตังของเมกซิโก ได้สร้างหายนะจนกวาดล้างสิ่งมีชีวิตบนพื้นผิวโลกไปถึง 70% รวมทั้งทำให้ไดโนซอร์สูญพันธุ์ด้วย 

เมื่อครึ่งศตวรรษก่อน มีคำถามว่าเพราะเหตุใดความหลากหลายของฟอสซิลที่ปรากฏในบันทึกทางธรณีวิทยาจากมหายุคมีโซโซอิก(Mesozoic era) จึงหยุดลงอย่างฉับพลัน

ไม่ว่าอะไรที่เป็นสาเหตุ ทำให้สิ่งมีชีวิตบนโลกล้มตายไปถึง 75% จะต้องเกิดขึ้นอย่างค่อนข้างรวดเร็วและกระจายไปทั่วโลกสมมุติฐานความรุนแรงระดับล้างโลกเกือบทั้งหมดมุ่งเป้าไปที่ความเป็นไปได้ 2 ทางคือ หนึ่งเกิดจากใต้พื้นดินเช่น กิจกรรมภูเขาไฟที่เพิ่มขึ้นอย่างรุนแรง และอีกสาเหตุคือจากเบื้องบน ในรูปของดาวหางหรือดาวเคราะห์น้อย พุ่งชนและรบกวนภูมิอากาศทั่วโลก

ในปี 1980 นักฟิสิกส์อเมริกัน Luis Alvarez และบุตรชาย Walter Alvarez นักธรณีวิทยา ได้เผยแพร่การศึกษาชิ้นหนึ่ง จากชั้นตะกอนบางๆ ชั้นหนึ่งที่แบ่งยุคครีเตเชียส(Cretaceous) ที่อุดมไปด้วยไดโนซอร์ แยกออกจากพาลีโอจีน(Paleogene) โลกหลังยุคไดโนซอร์ คุณสมบัติที่เด่นชัดอย่างหนึ่งของแถบตะกอนที่บางในระดับมิลลิเมตรจนถึงเซนติเมตรนี้ก็คือ ปริมาณของธาตุอิริเดียม(Iridium) ซึ่งสูงอย่างไม่ปกติ ธาตุนี้เป็นโลหะที่พบได้น้อยในเปลือกโลก

ชั้นตะกอนจากยุคครีเตเชียส-พาลีโอจีน ซึ่งพบได้ทั่วโลก จะมีชั้นรอยต่อที่เป็นดินเหนียวบางๆ ที่มีอิริเดียมในความเข้มข้นสูงกว่าปกติ 1000 เท่า

ที่หนึ่งที่คุณจะได้พบอิริเดียมจำนวนมากก็คือในอุกกาบาตบางชนิด ดังนั้นการค้นพบของพ่อลูก Alvarez จึงกลายเป็นหลักฐานที่ชัดเจนชิ้นแรกว่ามีบางสิ่งจากห้วงอวกาศ ได้กระจายชิ้นส่วนของมันไปทั่วดาวเคราะห์ในช่วงเวลาที่ความหลากหลายทางชีวภาพของไดโนซอร์ดิ่งฮวบลง และด้วยความบังเอิญในเวลาเดียวกันนั้นพื้นที่การชนขนาดมหึมาแห่งนี้ก็อยู่ในความสนใจของงานวิจัย แม้ว่าการเชื่อมโยงระหว่างรอยแตกขนาดกว้าง 180 ถึง 200 กิโลเมตรที่ขอบด้านใต้ของอ่าวเมกซิโก กับดาวเคราะห์น้อยผู้พิฆาตยังคงไม่เกิดขึ้นจนกระทั่งทศวรรษ 1990

นับแต่นั้นมา ก็มีหลักฐานที่สนับสนุนการชนของดาวเคราะห์น้อยก็สุมเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ โดยแบบจำลองไปไกลถึงการระบุองศา และตำแหน่งของหลุมชิคซูลูป(Chicxulub crater) ก็มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งยวดต่อระดับความรุนแรงของการสูญพันธุ์นี้ ยังมีสัญญาณของพื้นที่กิจกรรมทางธรณีวิทยาที่รุนแรงมากในอินเดียตะวันตกที่เรียกว่า Deccan Traps ยังได้ปล่อยก๊าซเรือนกระจกปริมาณมหาศาลในช่วงเวลาเดียวกัน ก็ทำให้สมมุติฐานภูเขาไฟยังไม่เคยถูกกำจัดทิ้งไปได้ อย่างน้อยก็อาจในฐานะปัจจัยที่มีส่วนร่วม ไม่ว่าจุดร้อนการแปรสัณฐานนี้จะแสดงบทบาทสำคัญในเหตุการณ์การสูญพันธุ์ครั้งที่โด่งดังนี้หรือไม่ หรือแม้แต่ช่วงให้ความหลากหลายทางชีวภาพกลับฟื้นคืนมาหลังจากนั้น ก็ยังเป็นที่ถกเถียง

ทีมนักวิจัยนานาชาติที่ร่วมมือในการศึกษาวัสดุสารจากหลุมอุกกาบาตชีคซูลูปอันโด่งดังที่คาบสมุทรยูคาตัง สุดท้ายก็สามารถเชื่อมโยงสัญญาณทางเคมีจากฝุ่นอุกกาบาต เข้ากับหินจากอุกกาบาตที่พบที่รอยต่อทางธรณีวิทยาที่เป็นช่วงการสูญพันธุ์ของไดโนซอร์ได้ และดูเหมือนจะเป็นสัญญาณที่ชัดเจนว่าชั้นฝุ่นบางๆ ที่สะสมบนเปลือกโลกเมื่อ 66 ล้านปีก่อน มีกำเนิดมาจากเหตุการณ์การชนนี้จริง เมื่อฝุ่นจากดาวเคราะห์น้อยที่พุ่งชนระเหยและหินจากการชนก็ปลิวว่อนไปทั่วดาวเคราะห์ ปิดกั้นดวงอาทิตย์และทำให้เกิดความมืดมิดและฤดูหนาวไปทั่วโลก

location of Chicxulub crater

ขณะนี้ เราอยู่ระดับความเชื่อมั่นในทางธรณีวิทยาที่ไม่ได้เกิดขึ้นโดยไม่มีสาเหตุ Sean Gulick นักวิทยาศาสตร์ธรณี จากมหาวิทยาลัยเทกซัส ออสติน กล่าว เขาและเพื่อนนักวิทยาศาสตร์ธรณี Joanna Morgan จากอิมพีเรียลคอลเลจ ลอนดอน Gulick ได้นำทีมสำรวจในปี 2016 เพื่อเก็บตัวอย่างหินที่แตกกระจายลึกลงไปมากกว่าครึ่งกิโลเมตรจากวงแหวนเทือกเขา(peak ring) ที่ใจกลางหลุมอุกกาบาตที่ถูกฝังไว้ในพื้นทะเล งานวิจัยจากการสำรวจครั้งนี้ช่วยเติมช่องว่างเกี่ยวกับการชน, ผลที่เกิดตามมา และการฟื้นคืนของชีวิต ได้

ระดับอิริเดียมความเข้มข้นสูงที่สุดพบได้ภายในแกนกลางหินในระดับ 5 เซนติเมตรที่เก็บมาจากยอดของวงแหวนเทือกเขาของหลุม ซึ่งเป็นจุดที่ยกตัวสูงขึ้นในหลุมการชน ที่ก่อตัวเมื่อหินที่ถูกอัดกระดอนกลับจากนั้นก็ถล่มจากพลังของการชน นอกจากอิริเดียมแล้ว ชิ้นส่วนแกนกลางหลุมที่ได้ยังแสดงระดับธาตุอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับวัสดุสารจากดาวเคราะห์น้อย ในปริมาณที่สูง ความเข้มข้นและองค์ประกอบของ “ธาตุดาวเคราะห์น้อย” ยังเหมือนกับที่ตรวจสอบได้จากชั้นทางธรณีวิทยา 52 แหล่งทั่วโลกด้วย

ชิ้นส่วนจากแกนกลาง และชั้นตะกอนยังมีธาตุของโลกโดยรวมๆ ด้วย ซึ่งรวมถึงสารประกอบซัลฟูรัส การศึกษาในปี 2019 ไม่พบหินที่มีกำมะถันจากพื้นที่เกือบทั้งหมดของแกนกลาง แม้ว่าจะพบหินมีกำมะถันในปริมาณสูงในหินปูนที่อยู่รอบๆ ก็ตาม นี่บ่งชี้ว่าการชนได้เป่ากำมะถันเดิมขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศ ซึ่งมันอาจทำให้เหตุการณ์ที่แย่ยิ่งแย่ลงไปอีก โดยการช่วยปิดกั้นความอบอุ่นจากดวงอาทิตย์ และส่งผลให้เกิดฝนกรด(acid rain)

ส่วนหนึ่งของแกนหินที่เจาะเก็บได้จากหลุมชิคซูลูปที่เกิดจากการชนของดาวเคราะห์น้อยที่กวาดล้างไดโนซอร์ นักวิจัยได้พบอิริเดียมความเข้มข้นสูง ซึ่งเป็นตัวระบุวัสดุสารจากดาวเคราะห์น้อย ในช่วงกลางของแกนซึ่งเป็นวัสดุสารผสมของเถ้าจากการชนและชั้นตะกอนมหาสมุทรที่สะสมตลอดหลายทศวรรษ 

ห้องทดลอง 4 แห่งในออสเตรีย, เบลเจียม, ญี่ปุ่น และสหรัฐฯ ได้ทำการตรวจสอบตัวอย่างนี้ ผลสรุปไม่เพียงแต่ช่วยประมวลบันทึกฟอสซิลเข้ากับพื้นที่ชน พวกเขายังบอกใบ้ถึงช่วงเวลาที่สนับสนุนการลดฮวบของประชากรไดโนซอร์อย่างรวดเร็ว ในเวลาที่สั้นเพียงหนึ่งหรือสองทศวรรษเท่านั้น ถ้าคุณย้อนเวลากลับไปถึงเมื่อ 66 ล้านปีก่อนได้จริงๆ คุณก็น่าจะแย้งว่าทั้งหมดนี่มันเกิดขึ้นภายในไม่กี่ทศวรรษ โดยก็เป็นเรื่องปกติที่จะใช้เพื่อให้ทุกๆ สิ่งอดอยากจนค่อยๆ ตายไป Gulick กล่าว

สิ่งที่ไม่ใช่เรื่องที่ถกเถียงกันอย่างเผ็ดร้อนอีกต่อไปก็คือว่า ชิ้นก้อนหินขนาดกว้าง 12 กิโลเมตรที่ชนกับชายฝั่งดังกล่าวซึ่งปัจจุบันเป็นเมกซิโก เมื่อราว 66 ล้านปีก่อน ก็เป็นก้อนเดียวกับที่สร้างฝุ่นปกคลุมซากไดโนซอร์นับไม่ถ้วนหรือไม่ วงนี้จบอย่างสมบูรณ์แล้ว Steven Goderis ผู้นำการศึกษา นักธรณีเคมีจาก Vrije Universiteit Brussel ในเบลเจียม กล่าว Gulick และเพื่อนร่วมงานวางแผนที่จะกลับไปที่หลุมชิคซูลูปฤดูร้อนนี้ เพื่อเริ่มสำรวจพื้นที่ที่ใจกลางหลุม ซึ่งพวกเขาหวังว่าจะได้วางแผนการเจาะหลุมในอนาคตเพื่อเก็บวัสดุสารดาวเคราะห์น้อยได้ให้มากขึ้น การศึกษานี้เผยแพร่ใน Science Advances วันที่ 24 กุมภาพันธ์

Sean Gulick และ Joanna Morgan ผู้นำทีมสำรวจเพื่อเจาะเก็บตัวอย่างจากแกนกลางวงแหวนเทือกเขาที่ใจกลางหลุมอุกกาบาตชิคซูลูป

แหล่งข่าว sciencealert.com : dust from asteroid that ended dinosaur reign closes case on impact extinction theory

phys.org : asteroid dust found in crater closes case of dinosaur extinction