นักดาราศาสตร์ถ่ายภาพลำอนุภาคพลังงานสูงจากการชนกันของกาแล็กซี

กาแล็กซี TXS 2116-077 (ขวา) เคลื่อนที่เข้าชนกาแล็กซีอีกแห่งหนึ่ง (ซ้าย) และทำให้เกิดลำอนุภาคพลังงานสูง
ที่มา Vaidehi Paliya

          เดือนเมษายนที่ผ่านมา กลุ่มวิจัยนำโดยนักวิทยาศาสตร์จาก Clemson University และ Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) ได้ตีพิมพ์งานวิจัยชื่อ TXS 2116-077: A gamma-ray emitting relativistic jet hosted in a galaxy merger ลงในวารสาร Astrophysical Journal ซึ่งงานวิจัยดังกล่าวเกี่ยวข้องกับหลักฐานที่แสดงให้เห็นลำอนุภาคพลังงานสูง (Relativistic Jet) ที่มีอัตราเร็วใกล้เคียงกับแสงซึ่งเกิดจากการเคลื่อนที่เข้าชนกันของกาแล็กซี (Galaxy) จำนวนสองแห่ง แต่ก่อนที่จะเล่าข่าวนี้ ผู้เขียนจะขอเกริ่นนำเรื่องพื้นฐานของกาแล็กซี ลำอนุภาคพลังงานสูง และการชนกันของกาแล็กซี เสียก่อน

          ดาราจักรหรือกาแล็กซีหมายถึงระบบดาวฤกษ์จำนวนตั้งแต่สิบล้านถึงหนึ่งล้านล้านดวงที่มาอยู่รวมกันภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง กาแล็กซีจำนวนมากที่กระจุกอยู่รวมกันเรียกว่ากระจุกกาแล็กซี (Galaxy Cluster) และกระจุกกาแล็กซีที่อยู่รวมกันจะเรียกว่ากระจุกกาแล็กซียิ่งยวด (Super Galaxy Cluster) นักดาราศาสตร์แบ่งกาแล็กซีออกเป็น 2 ประเภท คือ กาแล็กซีปกติ (Normal Galaxy) ที่มีกำลังการส่องสว่างค่อนข้างคงที่ ส่วนกาแล็กซีอีกประเภทหนึ่งเรียกว่ากาแล็กซีกัมมันต์ (Active Galaxy) ที่มีกำลังส่องสว่างมากกว่ากาแล็กซีปกติ โดยเอ็ดวิน ฮับเบิล (Edwin Hubble) ได้แบ่งรูปร่างของกาแล็กซีออกเป็น 3 แบบ ได้แก่

          1. กาแล็กซีกังหัน (Spiral Galaxy) เป็นกาแล็กซีส่วนใหญ่ที่สามารถพบได้ มีสัดส่วนประมาณ 75 ถึง 85 เปอร์เซ็นต์ของกาแล็กซีที่ถูกค้นพบ มีรูปทรงเป็นจานแบน ตรงกลางโป่งออก มีแขนคล้ายกังหัน และมักมีสีฟ้าซึ่งแสดงให้เห็นว่าดาวฤกษ์ส่วนใหญ่มีอายุน้อย

Spiral Galaxy NGC 1232

          2. กาแล็กซีรูปทรงรี (Elliptical Galaxy) เป็นกาแล็กซีที่มีจำนวนน้อยลงมา มีรูปร่างเป็นทรงกลมหรือทรงรี ไม่ปรากฏจานและกังหัน มีสีออกแดงที่แสดงให้เห็นว่าดาวฤกษ์ส่วนใหญ่มีอายุมาก

Giant Elliptical Galaxy NGC 1316

           3.กาแล็กซีไร้รูปทรง (Irregular Galaxy) เป็นกาแล็กซีที่มีจำนวนน้อยที่สุดและมีสมบัติไม่เข้าพวกกับกาแล็กซีสองแบบแรก

Irregular Galaxy NGC 55
ที่มา ESO

          บริเวณใจกลางของกาแล็กซีกัมมันต์หรือกาแล็กซีแบบเซย์เฟิร์ท (Seyfert Galaxy) จะมีแก่นกาแล็กซีกัมมันต์ (Active Galactic Nuclei) ซึ่งมีการแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงรังสีเอกซ์และรังสีแกมมาออกมาจากจานรวมมวล (Accretion Disk) ของหลุมดำมวลยิ่งยวด (Supermassive Black Hole) ที่อยู่บริเวณใจกลางของกาแล็กซี ส่วนลำอนุภาคพลังงานสูงจะเกิดจากสนามแม่เหล็กความเข้มสูงของหลุมดำที่บีบธารกระแสของอนุภาคมีประจุให้เคลื่อนที่ออกมาจากขั้วการหมุนของหลุมดำด้วยความเร็วใกล้เคียงกับอัตราเร็วแสงและมีคลื่นวิทยุแผ่ออกมา ปัจจุบัน นักดาราศาสตร์เรียกแก่นกาแล็กซีกัมมันต์ที่มีลำอนุภาคพลังงานสูงที่หันหน้ามาทางโลกว่าเบลซาร์ (Blazar) แต่หากแก่นกาแล็กซีกัมมันต์ทำมุมเอียงกับโลกก็จะเรียกว่าควอซาร์ (Quasar)

กาแล็กซีกัมมันต์และลำอนุภาคพลังงานสูง
ที่มา ESO/M. Kornmesser

          ส่วนการชนกันของกาแล็กซี (Galaxy Collision) เกิดจากแรงโน้มถ่วงของกาแล็กซีหนึ่งทำอันตรกิริยา (Interaction) กับกาแล็กซีอื่น แม้กาแล็กซีแต่ละแห่งจะอยู่ห่างกันหลายปีแสง แต่เนื่องจากกาแล็กซีมีขนาดใหญ่มาก การชนกันของกาแล็กซีจึงเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเป็นปกติในห้วงอวกาศ ดังนั้น ความเร็วในการชน มวลของกาแล็กซี และชนิดของกาแล็กซีจะเป็นตัวแปรที่ควบคุมผลกระทบจากการเคลื่อนผ่านหรือการชนกันของกาแล็กซี แต่ดาวฤกษ์ในกาแล็กซีมีระยะห่างระหว่างกันมากจึงทำให้การชนกันของดาวฤกษ์เกิดขึ้นได้ยากมาก ในขณะที่สสารระหว่างดวงดาว (Interstellar Medium) ของแต่ละกาแล็กซีซึ่งส่วนใหญ่เป็นแก๊สไฮโดรเจนจะหลอมรวมกันอย่างรวดเร็ว ทำให้มีดาวฤกษ์เกิดขึ้นใหม่เป็นจำนวนมากในระยะเวลาอันสั้น (Starburst Galaxy)

แบบจำลองการเข้าชนกันของกาแล็กซี (ตัวเลขแสดงหน่วยพันล้านปี)
ที่มา Max-Planck Institute of Astrophysics

          กลับมาที่ข่าวงานวิจัยใหม่ ทีมนักวิจัยได้ใช้กล้องโทรทรรศน์ Subaru Telescope ขนาด 8.2 เมตร ที่ตั้งอยู่บนเกาะฮาวายและกล้องโทรทรรศน์อื่นๆ ในการถ่ายภาพและติดตามกาแล็กซี TXS 2116-077 ที่อยู่ห่างออกไปราว 4.3 พันล้านปีแสงซึ่งกำลังเคลื่อนที่เข้าหากาแล็กซีอีกแห่งหนึ่งที่มีมวลใกล้เคียงกัน จากการคำนวณด้วยแบบจำลอง ทีมนักวิจัยคาดว่ากาแล็กซีทั้งสองเริ่มเข้าสู่กระบวนการหลอมรวมกันเมื่อประมาณ 0.5 ถึง 2.5 พันล้านปีก่อน แต่เมื่อพิจารณาความยาวและความเร็วของลำอนุภาคพลังงานสูงที่พุ่งออกมาจากกาแล็กซี TXS 2116-077 กลับพบว่ามันมีอายุเพียง 15,000 ปีเท่านั้น แสดงให้เห็นว่าลำอนุภาคพลังงานสูงเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นหลังจากกาแล็กซีทั้งสองเริ่มหลอมรวมกัน ซึ่งอาจเกิดจากการดูดกลืนสสารระหว่างดวงดาวของหลุมดำบริเวณใจกลางกาแล็กซี TXS 2116-077

          ในทำนองเดียวกัน กาแล็กซีทางช้างเผือก (Milky Way Galaxy) ของเราก็มีชะตากรรมไม่ต่างจากกาแล็กซีอื่น เพราะกาแล็กซีทางช้างเผือกแห่งนี้กำลังเคลื่อนที่เข้าหากาแล็กซีแอนโดรมีดา (Andromeda Galaxy) ที่อยู่ห่างออกไปประมาณ 2.5 ล้านปีแสง ซึ่งกาแล็กซีทั้งสองจะหลอมรวมกันในอีก 3,000 ล้านปีข้างหน้าแล้วเกิดเป็นกาแล็กซีรูปทรงรีขนาดใหญ่ในอีก 1,300 ล้านปีให้หลัง นักดาราศาสตร์ตั้งชื่อกาแล็กซีที่เกิดใหม่นี้ว่า มิลโกเมดา (Milkomeda)

 

บทความโดย

สมาธิ ธรรมศร
ภาควิชาวิทยาศาสตร์พื้นพิภพ
มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

        อ้างอิง