http://update.se-ed.com     หน้าแรก    ฉบับก่อน      แนะนำ     ติดต่อเรา     สมาชิก     ซีเอ็ด      

ฉบับ 226 กรกฎาคม 2549 ประจำฉบับ   o บอกกล่าว   o จดหมายถึงบ.ก.   o มองโลก   o มองไทย   o Space Hotline   o คุยกับชัยคุปต์   o นักวิทย์รุ่นเยาว์   o ประลองปัญญา   o เรื่องจากปก   o บทความ/สารคดี โปรดแจ้ง E-Mail ของคุณ เพื่อรับจดหมายข่าว Subscribe     Unsubscribe   Powered by YourMailinglist Provider.com

บทความวิทยาศาสตร์ #226                 จับตาดูการชนกันในเอกภพ  ในอวกาศ มีเหตุการณ์ต่างๆ เกิดขึ้นมากมาย เหตุการณ์ที่สำคัญอย่างหนึ่งก็คือ การระเบิดเจิดจ้าของรังสีแกมมาที่อาจจะเกิดจากการชนกันของดวงดาว ทว่า มันเป็นปรากฏการณ์ที่ยากจะคาดเดาตำแหน่งที่จะเกิด และใช้เวลาเพียงเล็กน้อย เราจึงจำเป็นต้องมีเครื่องมือที่ รวดเร็วเพื่อคอยจับตาดูมันตลอดเวลา          เมื่อวันที่ 20 พฤศจิกายน พ.ศ. 2547 ดาวเทียมสวิฟต์ (Swift) ซึ่งเป็นความร่วมมือระหว่างองค์การ นาซากับองค์กรอวกาศของอิตาลี  และสถาบันวิจัยอนุภาคทางฟิสิกส์และดาราศาสตร์ของอังกฤษ ได้   ขึ้นสู่วงโคจร ช่วงระยะเวลาปฏิบัติการสองปีที่ผ่านมา สวิฟต์ได้สังเกตและศึกษาการระเบิดเจิดจ้าของรังสีแกมมา (Gamma-ray Bursts หรือ GRB) ซึ่งเป็นการระเบิดที่ทรงพลังที่สุดในเอกภพ         ที่มาของชื่อสวิฟต์นั้นแปลกไม่เหมือนกับชื่อของดาวเทียมดวงอื่นๆ ของนาซาที่มักจะได้มาจากชื่อย่อ ชื่อสวิฟต์มีความหมายถึงความคล่องแคล่วว่องไว ได้มาจากชื่อนกชนิดหนึ่งที่มีความคล่องตัวในการบินสามารถเปลี่ยนทิศทางได้ทันทีเหมือนกับ ดาวเทียมดวงนี้ที่มีความคล่องตัว  ในการเปลี่ยนทิศทางได้ทันทีเมื่อ ตัวตรวจจับพบรังสีแกมมาจากการระเบิด         เป็นเวลานานกว่าสามทศวรรษ ที่นักวิทยาศาสตร์ยังจนปัญญากับการจับตาดูการระเบิดที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในเอกภพนั่นคือการระเบิดของรังสีแกมมาที่มีช่วงเวลาการเห็นแสงเรืองหลังการระเบิดในช่วงเวลาที่สั้นมากๆ จนไม่มีกล้องใดสามารถจับสัญญาณได้ทัน แต่ด้วยอุปกรณ์สามชิ้นที่ติดตั้งไว้บนดาวเทียมสวิฟต์และทำงานร่วมกันได้เป็นอย่างดี ทำให้การไขปริศนาของ GRB เริ่มต้นขึ้น         Burst Alert Telescope หรือ BAT เป็นกล้องมุมกว้างขนาดใหญ่ที่มีความไวสูง ทันทีที่ BAT ตรวจจับพบการระเบิดก็จะสามารถคำนวณตำแหน่งและหันกล้องไปยังเป้าหมายได้ทันที นอกจากนี้ยังมีอุปกรณ์ชิ้นที่สองที่ติดตั้งอยู่บน BAT ก็คือ All-sky hard x-ray survey ขณะที่สวิฟต์กำลังตรวจจับการระเบิดอยู่ นั้น มันก็จะทำแผนที่รังสีเอกซ์ไปด้วยในตัวทุกๆ ห้านาทีและมีความว่องไวกว่าที่เคยทำมาตั้งแต่ พ.ศ. 2513         X-ray Telescope หรือ XRT จะใช้ถ่ายภาพช่วงรังสีเอกซ์และวัดระดับพลังงานของรังสีไปพร้อมกันระหว่างที่กำลังสังเกตเป้าหมายอยู่ นอกจากนี้รูปถ่ายที่ได้จะนำไปใช้คำนวณเป้าหมายที่แม่นยำขึ้นหลังจากที่ BAT ระบุตำแหน่งไว้คร่าวๆ นักวิทยาศาสตร์จะใช้ข้อมูลทางสเปกตรัมจากรูปภาพที่ได้เพื่อหา องค์ประกอบทางเคมีของธาตุที่ระเบิดออกมา รวมทั้งสภาพแวดล้อมที่อยู่ระหว่างแหล่งกำเนิดกับผู้สังเกตด้วย         Ultraviolet-Optical Telescope หรือ UVOT เป็นกล้องที่ใช้ถ่ายภาพของแสงช่วงที่ตามองเห็น และช่วงรังสีอัลตราไวโอเลต ซึ่งจะให้ความละเอียดของภาพสูงมากเพื่อความถูกต้องแม่นยำสูง รวมถึงการวัดระยะห่างจากแหล่งกำเนิดด้วยค่า  เรดชิฟต์         ช่วงหกเดือนแรกของปฏิบัติการ ดาวเทียมสวิฟต์ได้ตั้งตัวตรวจจับไว้ในช่วงรังสีแกมมา และได้ตรวจเจอการระเบิดหนึ่งครั้งในตำแหน่งที่ใกล้ดวงอาทิตย์มากๆ เท่าที่จะสามารถเบนกล้องไปหาได้ ตั้งแต่นั้นมา มันก็ตรวจเจอการระเบิดมาแล้วกว่า 120 ครั้ง         เมื่อวันที่ 9 เมษายน พ.ศ. 2548 เครื่องมือของดาวเทียมสวิฟต์ที่ชื่อว่า BAT ก็กลับมามีชีวิตชีวาอีกครั้ง เมื่อมีการระเบิดในบริเวณกลุ่มดาวผมของเบเรนิส ที่ตำแหน่งประมาณ สี่องศาจากจุดขั้วเหนือของกาแล็กติก (North Galactic Pole) การระเบิดช่วงเวลาสั้นๆ ของรังสีแกมมาได้ตกกระทบตัวตรวจจับของดาวเทียม  ภายในเสี้ยววินาที ดาวเทียมก็สามารถ  หันและเล็งกล้องเอกซเรย์ XRT และ UVOT ไปยังแหล่งที่มานั้นได้ทันท่วงทีและใช้เวลาหลายนาทีในการถ่ายภาพการระเบิดครั้งนั้นได้เป็นภาพแรก         การระเบิดเจิดจ้าของรังสีแกมมา  เป็นการระเบิดที่ทรงพลังที่สุดใน  เอกภพหลังการระเบิดบิ๊กแบง และเป็นหนึ่งในปริศนาของวงการดาราศาสตร์ที่ยาวนานมากๆ ตั้งแต่มีการค้นพบครั้งแรกเมื่อ พ.ศ. 2513 ด้วยดาวเทียมเวล่า (Vela) ของ กองทัพอากาศสหรัฐอเมริกา ด้วยความที่มันมีช่วงเวลาการเกิดค่อนข้างสั้น โดยทั่วไปจะนานกว่า 100 วินาที แต่ก็บ่อยครั้งที่เกิดขึ้นช่วงเวลาสั้นมากๆ ไม่ถึงวินาที จึงเป็นการยากที่จะชี้ชัดไปว่าเหตุการณ์นั้นเกิดขึ้นบริเวณใด หรือมีช่วงความยาวคลื่นอื่นอีกหรือไม่นอกจากการระเบิดของรังสีแกมมา เพราะกล้องไม่สามารถหันไปได้ทันก่อนที่เหตุการณ์นั้นจะเลือนหายไป ถ้าไม่เห็นการระเบิดของรังสีแกมมา ก็ไม่มีทางเลยที่เราจะทำนายถึงระยะทางตำแหน่ง หรือแม้กระทั่งทิศทางได้ การระเบิดของรังสีแกมมาจะเกิดแบบสุ่มทั่วทั้งท้องฟ้าโดยเฉลี่ยแล้ววันละครั้ง         ใน พ.ศ.2533 จึงเริ่มมีการหาทฤษฎีที่จะมาอธิบายถึงแหล่งกำเนิดของการระเบิดของรังสีแกมมาให้ได้ซึ่งมีอยู่สองทฤษฎีด้วยกันคือ ทฤษฎีแรกเข้าใจว่าการระเบิดเกิดขึ้นจากการระเบิดของซูเปอร์โนวาที่ผิดปกติไม่ธรรมดา ที่เกิดจากการยุบตัวของดาวฤกษ์มวลมหาศาลอย่างทันทีทันใด ส่วนทฤษฎีที่สองเสนอว่าเกิดจากการชนกันของดาวนิวตรอนสองดวง หรือดาวนิวตรอนกับหลุมดำ         หลังจากที่เราต้องคาดเดากับเรื่องนี้มานานกว่า 30 ปีตั้งแต่มีการค้นพบ GRB ครั้งแรก เมื่อมีการส่งกล้องอวกาศฮับเบิลใน พ.ศ. 2533 และดาวเทียม BeppoSAX ของ องค์การอวกาศอิตาลีเมื่อ พ.ศ. 2539 ทำให้ความเป็นไปได้ที่จะชี้ตำแหน่งของแหล่งระเบิดช่วงเวลานานๆ ได้ และไม่ใช่แค่แหล่งระเบิดช่วงเวลานานๆ เท่านั้น การระเบิดที่ใช้เวลาตั้งแต่สองวินาทีขึ้นไปก็เริ่มทำได้แล้ว ซึ่งจะบอกถึงสถานที่ที่อยู่ห่างไกล ออกไปได้หลายพันล้านปีแสง หรือ มีค่าเรดชิฟต์สูงๆ รวมถึงปรากฏการณ์ที่เกี่ยวของกับการระเบิดของซูเปอร์โนวาระดับพลังงานสูง หรือ ที่เราเรียกเหตุการณ์แบบนี้ว่า “ไฮเปอร์โนวา”         แต่ปริศนาของการระเบิดที่กินเวลาสั้นกว่าสองวินาทีนั้นยังคงมีอยู่ เพราะการระเบิดจะกินเวลาสั้นมากๆ ก่อนที่จะเลือนหายไป แสงเรืองหลังการระเบิดจะเหลือไว้ให้กล้องได้มีเวลาหันไปหาแหล่งที่มา ถ้าปราศจากแสงเรืองหลังการระเบิด ไม่ว่าจะเป็นรังสีเอกซ์ แสงที่ตามองเห็น หรือคลื่นวิทยุที่ถูกปล่อยออกมา รวมไปถึงคลื่นกระแทกจากแรงระเบิดก็จะเลือนหายไปเมื่อปะทะกับสิ่งแวดล้อมโดยรอบ มันจึงเป็นไปไม่ได้เลยที่เราจะทำนายตำแหน่งของการระเบิด ของรังสีแกมมา ระยะทาง รวมไปถึงโครงสร้างของมันได้         นาซาจึงวางแผนไว้สำหรับดาวเทียมสวิฟต์เพื่อปฏิบัติการรังสีแกมมาใน พ.ศ. 2544 โดยกำหนดเป้าหมายไว้อย่างท้าทายและบรรจุกล้องสามตัวคือ BAT, XRT และ UVOT เพื่อให้สวิฟต์สามารถตอบสนองได้ทันทีทันใดเมื่อตัวตรวจจับพบการระเบิดของรังสีแกมมา ดาวเทียมจะหันไปยังแหล่งกำเนิด กล้อง XRT และ UVOT จะสามารถถ่ายภาพได้ทันทีก่อนที่แสงเรืองหลังการระเบิด จะจางหายไปจากการระเบิดช่วงเวลาสั้นๆ         เมื่อเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2548 ดาวเทียมสวิฟต์ใช้เวลาเพียงหก วินาทีเพื่อหันกล้องไปยัง GRB 050509B หนึ่งใน GRB ช่วงสั้นที่เคยตรวจเจอคือมีค่าอย่างน้อย 40 มิลลิวินาที ด้วยเวลาไม่ถึงหนึ่งนาทีสวิฟต์ก็สามารถถ่ายภาพช่วงรังสี เอกซ์ของการระเบิดได้แม้จะแค่ช่วงสั้นๆ และเป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์ได้สังเกต GRB ช่วงสั้นนี้ในช่วงความยาวคลื่นอื่นนอกเหนือจากย่านรังสีแกมมา         นักวิทยาศาสตร์ประมาณว่า GRB 050509B นี้เป็น GRB ช่วงสั้นครั้งแรกที่บอกตำแหน่งได้เที่ยงตรงมากที่สุด มันอยู่ใกล้กาแล็กซี  รูปไข่ที่มีค่าเรดชิฟต์ 0.225 และอยู่ห่างออกไปสามพันล้านปีแสง แม้กระนั้นไม่มีกล้องโทรทัศน์ตัวใด รวมทั้งสวิฟต์ที่สามารถจับภาพช่วงแสงตามองเห็นซึ่งเป็นของคู่กันได้ ทันในการระเบิดเมื่อวันที่ 9 พฤษภาคม จึงทำให้ไม่สามารถบอกค่า เรดชิฟต์ของแหล่งระเบิดรังสีแกมมานี้ได้แน่นอนนัก อย่างไรก็ตาม รังสีเอกซ์จากแสงเรืองหลังการระเบิดก็ ยังมากพอที่จะหาตำแหน่งแห่งที่ของการระเบิดนี้ได้ ซึ่งดูเหมือนว่าจะอยู่ ภายในกระจุกกาแล็กซีในช่วง 9.8 (1 พิลิปดา = 1/3600 องศา) ของกาแล็กซี รูปไข่ขนาดใหญ่ ค่าสเปกโตกราฟของกาแล็กซีที่ต่ำมากนี้บอกว่ามันมีค่า เรดชิฟต์อยู่ที่ 0.225 เทียบได้กับระยะทางประมาณสามพันล้านปีแสง ถ้าการระเบิดนี้เกี่ยวข้องและสัมพันธ์กับกาแล็กซีนี้แล้วล่ะก็ มันก็เป็นหนึ่งใน GRB ที่อยู่ใกล้เรามาที่สุดอันหนึ่งเลยทีเดียว         วันที่ 24 กรกฎาคม พ.ศ. 2548 ได้มีเหตุการณ์ที่หาดูได้ยากอย่าง หนึ่งเกิดขึ้น เกิดระเบิดของรังสีแกมมาช่วงสั้นขึ้นซึ่งกินเวลาเพียงไม่กี่มิลลิวินาทีและถูกเรียกว่า GRB 050724 (ตัวเลข 050724 หมายถึง ค.ศ. 2005 เดือนกรกฎาคม วันที่ 24) มันเป็นการชนกันของดาวนิวตรอนกับหลุมดำ ซึ่งดาวนิวตรอนนั้นเป็นซากดาวที่เหลือจากการยุบตัวของดาวฤกษ์มวลตั้งแต่ 10-25 เท่ามวลดวงอาทิตย์ กับหลุมดำซึ่งเกิดจากการ ยุบตัวของดาวที่มีมวลมากกว่า 25 เท่ามวลดวงอาทิตย์ แกนกลางของ มันชนกันทำให้เกิดแสงระเบิดเจิดจ้า ซึ่งก่อนที่ดาวนิวตรอนจะเข้าชนหลุมดำนั้น ดาวนิวตรอนจะหมุนวนไปรอบหลุมดำก่อนที่จะถูกแรงดึงดูดของหลุมดำนั้นฉีกเนื้อของดาวนิว-- ตรอนเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยแล้วกลืน กินเข้าไปทีเดียวเพื่อทำให้ตัวเองนั้น มีมวลมากขึ้น แต่การกลืนกินเนื้อ สารดาวที่หนาแน่นไปในคราวเดียวนั้น หลุมดำจะปลดปล่อยพลังงานมหาศาลออกมาอย่างทันทีทันใด         วันที่เกิดเหตุการณ์ระเบิดของรังสีแกมมาครั้งนั้นได้ถูกติดตามจากทั้งกล้องของดาวเทียมสวิฟต์และกล้องรังสีเอกซ์จันทราของนาซาและกล้องภาคพื้นดินที่หอดูดาวเคก  ในฮาวาย ด้วยข้อมูลที่ได้ทำให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจถึงการควบรวมกันของวัตถุในเอกภพได้ดีขึ้น  แต่ GRB 050724 ก็ยังเป็นที่ถกเถียงกันว่ามันจะเป็นการชนกันของดาวนิวตรอนสองดวงได้หรือไม่ แทนที่จะมีเศษ ชิ้นเล็กชิ้นน้อยของดาวนิวตรอนตก ไปในหลุมดำตามแบบจำลองสมัยใหม่ ซึ่งถ้าวัตถุสองชิ้นนั้นเป็นดาวนิวตรอนแทนที่จะเป็นหลุมดำ แสงเรืองหลังการระเบิดจะมีไม่มากเท่าที่เห็น เหมือนกับหลุมดำสองแห่งกลืนกินกันซึ่งจะปลดปล่อยแสงเรืองออกมาน้อยกว่า แต่ GRB 050724 มีแสงเรืองหลังการระเบิดที่ยาวนานกว่า จึงเป็นไปได้ว่าการระเบิดของ GRB 050724 นั้นเป็นการชนกันของดาวนิวตรอนกับหลุมดำ         GRB ช่วงสั้นทั้งหมดมีลักษณะสำคัญที่แตกต่างไปจาก GRB ช่วงยาว เพราะทั้งหมดมันดูสอดคล้อง กับทฤษฎีการเกิดที่มาจากการชนกันของดาวนิวตรอน การระเบิดแบบช่วงเวลานานนั้นมักพบอยู่ในการก่อ ตัวของดาวอายุน้อยขนาดเล็กในกาแล็กซีที่ซึ่งนักดาราศาสตร์สามารถคาดเดาได้ว่าจะพบอยู่ในซูเปอร์โนวาหลายๆ แห่ง และมักเกิดขึ้นที่ระยะเจ็ดพันล้านถึงหนึ่งหมื่นล้านปีแสงซึ่งเป็นช่วงที่เอกภพของเรานั้นยังอายุน้อยและผลิตดาวฤกษ์อายุน้อยจำนวนมากๆ         อย่างไรก็ตามการระเบิดแบบช่วงสั้นๆ สองแห่งมันเกี่ยวข้องกับกาแล็กซีรูปไข่อายุมากสีแดง กับ แหล่งที่ไม่มีการก่อตัวของดาวฤกษ์ หรือที่ที่ไม่สามารถพบเห็นซูเปอร์ โนวาได้บ่อยครั้งนัก GRB ช่วงสั้นทั้งสองจะพบอยู่ในตำแหน่งที่เอียงไปจากกาแล็กซีแม่มากกว่าจะอยู่ ภายใน รวมทั้งมีค่าเรดชิฟต์ที่ต่ำ  ประมาณระยะทางได้ราวๆ สามพันล้านปีแสงเท่านั้น นี่จึงเป็นความ แตกต่างอย่างเห็นได้ชัดว่าการระเบิดแบบช่วงเวลาสั้นๆ นั้นมาจากการ ควบรวมกันของดาวนิวตรอนสอง ดวง หรือดาวนิวตรอนกับหลุมดำ ไม่ได้เกิดจากการยุบตัวของแกนกลางดาวฤกษ์ขนาดใหญ่         มันกินเวลานานมากๆ ที่ดาวนิวตรอนสองดวงนั้นหมุนรอบซึ่ง กันและกัน นักดาราศาสตร์ของ  โครงการสวิฟต์คาดหวังที่จะพบระบบดาวนิวตรอนคู่อายุมากสักระบบในกาแล็กซีอายุมากสีแดง และยิ่งไปกว่านั้น นักดาราศาสตร์ยังคาดหวังว่าการระเบิดจะทำให้ดาวนิวตรอนเตะดาวฤกษ์ออกมาจากตัวกาแล็กซีแม่ด้วย ซึ่งตำแหน่งที่เอียงไปของการระเบิดช่วงสั้นทั้งสองแห่งที่พบมี แหล่งกำเนิดที่เกี่ยวข้องสัมพันธ์กับการควบรวมกันของดาวนิวตรอนด้วย         อนาคตของดาวเทียมสวิฟต์ดู ท่าจะสดใส กล้องโทรทรรศน์ที่มีความสามารถตอบสนองเกือบจะทันทีทันใดต่อเหตุการณ์ ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถศึกษาปรากฏการณ์ ที่ต้องการความว่องไวเป็นสำคัญ  การระเบิดเจิดจ้าของรังสีแกมมาจะ เกิดสุ่มไปทั่วท้องฟ้า ซึ่งรุนแรงและตามมาด้วยการหยุดชั่วขณะ จึงทำให้เป็นช่วงเวลาของดาวเทียมสวิฟต์ที่ จะทำหน้าที่กับงานวิจัยแบบนี้ได้เหมาะสมที่สุด         ดาวเทียมสวิฟต์สามารถจับ ภาพแสงเรืองหลังการระเบิดของซูเปอร์โนวาหลายแห่ง ทั้งซูเปอร์โนวา SN2005cs ที่เกิดขึ้นเมื่อวันที่ 28 มิถุนายน พ.ศ. 2548 ในกาแล็กซี วังวน M51  ข้อมูลที่ได้ช่วยให้รู้ถึงธรรมชาติของการระเบิดของซูเปอร์ โนวา ซึ่งนำไปสู่ เทียนมาตรฐาน เพื่อใช้เป็นเครื่องมือเทียบวัดค่าความสว่างสัมบูรณ์ของวัตถุได้เป็นอย่างดี         อย่างไรก็ตาม ยังมีสิ่งที่หลงเหลืออีกที่ต้องศึกษาจากการระเบิดเจิดจ้าของรังสีแกมมา ดาวเทียมสวิฟต์ยังคงเฝ้าจับตามองท้องฟ้าตลอดช่วงอายุการปฏิบัติการของมันซึ่งจะเฝ้าตามการระเบิดทุกแห่งที่เกิดขึ้นบนท้องฟ้า และสิ่งหนึ่งที่นักดาราศาสตร์สามารถพูดออกมาได้เต็มปากเต็มคำว่า หนึ่งในปริศนาทางดาราศาสตร์ที่เก่าแก่ที่สุดได้ถูกไขแล้ว                                                โดย... สุกิจ บุญญะรังษี พบกับเรื่องนี้ได้ที่ : http://update.se-ed.com/226/impact-watch.htm กลับไปหน้าบทความ/สารคดี   UpDATE นิตยสารรายเดือน ราคาฉบับละ 75 บาท http://update.se-ed.com อัตราสมาชิก 12 ฉบับ 825 บาท จัดพิมพ์โดย บริษัท ซีเอ็ดยูเคชั่น จำกัด(มหาชน) อาคารเนชั่นทาวเวอร์ ชั้น 19 เลขที่ 46/87-90 ถ.บางนา-ตราด แขวงบางนา เขตบางนา กรุงเทพฯ 10260 โทร.0 2739 8111 โทรสาร 0 2739 8228 E-mail : update@se-ed.com