ค้นพบ อุโมงค์ระหว่างดวงดาว ทอดตัวยาวจากระบบสุริยะไปสู่กลุ่มดาวเซนทอรัส

คนบนโลกส่วนใหญ่อาจไม่ทราบว่า อันที่จริงแล้วเราอาศัยอยู่ในพื้นที่ของห้วงอวกาศที่มีอุณหภูมิสูง เปรียบเสมือนกับอยู่ในฟองสบู่ร้อน ซึ่งล่องลอยไปท่ามกลางห้วงอวกาศเย็นยะเยือกอันกว้างใหญ่ไพศาล

โลกและระบบสุริยะของเราตั้งอยู่ในบริเวณที่เรียกว่า “ฟองก๊าซร้อนท้องถิ่น” (Local Hot Bubble – LHB) ซึ่งล่าสุดกล้องโทรทรรศน์ที่ทรงพลังเหนืออุปกรณ์อื่น ๆ ที่เคยมีมา สามารถตรวจจับความเคลื่อนไหวของฟองก๊าซร้อนเหล่านี้ และช่วยให้นักดาราศาสตร์ทำแผนที่สามมิติของมันออกมาได้

ยิ่งไปกว่านั้น ทีมนักวิทยาศาสตร์จากสถาบันวิจัยในเยอรมนีได้วิเคราะห์แผนที่สามมิติดังกล่าว และได้ค้นพบว่านอกจากจะมีฟองก๊าซร้อนใกล้โลกอยู่เป็นจำนวนมาก ซึ่งต่างก็มีระดับอุณหภูมิที่หลากหลายไม่เหมือนกันแล้ว พวกเขายังค้นพบสิ่งแปลกประหลาดที่เหนือความคาดหมาย นั่นก็คือ “อุโมงค์ระหว่างดวงดาว” (interstellar tunnel) อยู่ในบริเวณเดียวกันด้วย

“ห้วงอวกาศในบริเวณนี้ มีลักษณะเป็นกลุ่มก๊าซร้อนที่เกาะตัวกันอย่างเบาบางมาก โดยมีความหนาแน่นต่ำกว่า 0.01 อนุภาคต่อลูกบาศก์เซนติเมตร (ppcc) แต่มีอุณหภูมิสูงกว่า 1 ล้านเคลวินเลยทีเดียว” ไมเคิล หยาง นักศึกษาวิจัยระดับปริญญาเอก จากสถาบันมักซ์พลังก์เพื่อการศึกษาฟิสิกส์อวกาศ (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics – MPE) ซึ่งเป็นผู้นำทีมวิจัยกล่าว

ฟองก๊าซร้อนเหล่านี้แผ่รังสีเอกซ์ที่ทรงพลัง โดยรังสีดังกล่าวได้แผ่ปกคลุมพื้นที่ของระบบสุริยะทั้งหมด รวมทั้งแผ่ไปถึงบริเวณด้านนอกโดยรอบ ซึ่งเกินขอบเขตของลมสุริยะออกมาราว 1,000 ปีแสง

หยางและเพื่อนร่วมทีมวิจัย ใช้ข้อมูลที่รวบรวมได้จากหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์ eROSITA ซึ่งเป็นกล้องโทรทรรศน์รังสีเอกซ์ที่ทรงพลังยิ่งยวด มาสร้างแผนที่สามมิติของฟองก๊าซร้อนท้องถิ่นหรือ LHB ได้สำเร็จ

ไมเคิล หยาง นักศึกษาวิจัยระดับปริญญาเอก จากสถาบันมักซ์พลังก์เพื่อการศึกษาฟิสิกส์อวกาศ (MPE) ซึ่งเป็นผู้นำทีมวิจัยในครั้งนี้

ค้นพบอุโมงค์ในห้วงอวกาศ

สิ่งที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์ประหลาดใจมากที่สุด ก็คือการค้นพบอุโมงค์ในห้วงอวกาศระหว่างดวงดาว ที่ทอดตัวยาวจากระบบสุริยะไปสู่ทิศทางซึ่งเป็นที่ตั้งของกลุ่มดาวเซนทอรัส (Centaurus) หรือกลุ่มดาวคนครึ่งม้า

ไมเคิล เฟรย์เบิร์ก สมาชิกของทีมวิจัยอีกคนหนึ่งจากสถาบัน MPE บอกกับผู้สื่อข่าวบีบีซีว่า “สิ่งที่เราไม่เคยล่วงรู้มาก่อน ก็คือการมีอยู่ของอุโมงค์ระหว่างดวงดาว ที่เชื่อมต่อระบบสุริยะเข้ากับกลุ่มดาวเซนทอรัส อุโมงค์นี้ทำให้เกิดช่องโหว่ในตัวกลางระหว่างดวงดาว (interstellar medium) หรือห้วงอวกาศที่หนาวเย็นกว่า แต่แน่นอนว่ามันไม่ใช่รูหนอน (wormhole) ที่คนทั่วไปรู้จักกันดี แม้มันจะมีชื่อเรียกคล้ายกันก็ตาม”

รูหนอนนั้นเป็นปรากฏการณ์หนึ่งในห้วงอวกาศ ที่มักได้ยินกันจนคุ้นหูจากภาพยนตร์หรือนิยายวิทยาศาสตร์ ซึ่งทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ระบุว่ารูหนอนเป็นอุโมงค์ที่สามารถจะเกิดขึ้นได้ในธรรมชาติ โดยเป็นทางลัดเชื่อมต่อระหว่างสองตำแหน่งในปริภูมิ-เวลา (space-time) รูหนอนเกิดขึ้นจากความโน้มถ่วง (gravity) ซึ่งก็คือการบิดโค้งพับตัวของปริภูมิ-เวลา อันเนื่องมาจากมวล (mass) นั่นเอง

โครงสร้างสามมิติของ LHB สีจะบ่งบอกระดับอุณหภูมิ ในขณะที่แกนนอนและแกนตั้งแสดงการวัดขอบเขตของ LHB ซึ่งยังไม่แน่นอน ส่วนจุดสีเหลืองคือตำแหน่งของดวงอาทิตย์

อย่างไรก็ตาม ทีมผู้วิจัยบอกว่า จากผลการศึกษาของพวกเขา ยังไม่ปรากฏจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดที่แน่ชัดของอุโมงค์ระหว่างดวงดาว ส่วนขอบเขตของอุโมงค์นี้ก็ยังคงไม่อาจจะระบุพิกัดตำแหน่งลงไปได้อย่างแน่นอน “ในกรณีของอุโมงค์ไปสู่กลุ่มดาวเซนทอรัส เรามั่นใจได้แค่เพียงว่า ปลายด้านหนึ่งของมันก็คือ LHB แน่ ๆ” หยางกล่าว “แต่ก็มีความเป็นไปได้อยู่ว่า สุดปลายอุโมงค์ฝั่งตรงข้ามอาจเป็นฟองก๊าซใหญ่ที่อยู่ใกล้ชิดเป็นเพื่อนบ้านกับเรา ชื่อว่าฟองก๊าซยักษ์ลูปเดอะเฟิร์ส (Loop I superbubble)”

ทีมผู้วิจัยยังเชื่อว่าอุโมงค์ไปสู่กลุ่มดาวเซนทอรัสนี้ อาจเป็นตัวอย่างหนึ่งของส่วนขยายจากโครงข่ายตัวกลางระหว่างดวงดาวที่มีอุณหภูมิสูง ซึ่งปรากฏให้เห็นในห้วงอวกาศใกล้โลก โดยโครงข่ายที่ว่านี้สามารถดำรงอยู่ได้ จากการระเบิดปลดปล่อยพลังงานมหาศาลของดาวฤกษ์

อุณหภูมิที่แตกต่างกัน

ทีมผู้วิจัยยังค้นพบว่า บริเวณต่าง ๆ ภายใน LHB มีความร้อนอยู่ไม่เท่ากัน ทั้งยังมีระดับอุณหภูมิสูงต่ำลดหลั่นกันไปด้วย ซึ่งหยางให้คำอธิบายว่า “ทุกวันนี้นักวิทยาศาสตร์เชื่อกันว่า ฟองก๊าซร้อนและอุโมงค์อวกาศเกิดขึ้นจากซูเปอร์โนวา (supernova) หรือการระเบิดของดาวฤกษ์ที่สิ้นอายุขัยครั้งล่าสุด ซึ่งส่งผลให้ LHB ขยายตัวแผ่ออกไป”

“คลื่นกระแทกจากเหตุการณ์ซูเปอร์โนวา สามารถทำให้ก๊าซในฟองของ LHB ร้อนขึ้นได้อีกครั้ง แต่มันจะร้อนขึ้นอย่างไม่สมมาตรในสายตาของผู้สังเกตการณ์อย่างเรา เนื่องมาจากตำแหน่งที่ตั้งของจุดที่เกิดการระเบิด หรือเพราะมีการแผ่คลื่นกระแทกแบบอสมมาตร เนื่องจากห้วงอวกาศมีความหนาแน่นไม่เท่ากันทุกจุด หรือเพราะมีการสะท้อนกลับของคลื่นกระแทก เมื่อชนเข้ากับผนังของ LHB” หยางกล่าวอธิบาย

อย่างไรก็ตาม สภาพการณ์ข้างต้นที่สามารถจะแผ่ขยายฟองก๊าซร้อนและให้กำเนิดอุโมงค์อวกาศได้นั้น ยังเป็นเพียงข้อสันนิษฐานที่ยังไม่ได้ผ่านการพิสูจน์ยืนยัน “แต่ถึงอย่างนั้น เรามีหลักฐานที่หนักแน่นเชื่อถือได้ซึ่งยืนยันข้อเท็จจริงที่ว่า เคยเกิดเหตุการณ์ซูเปอร์โนวาขึ้นหลายครั้งภายใน LHB ตลอดช่วงไม่กี่ล้านปีที่ผ่านมา ตัวอย่างเช่นการพบร่องรอยของ iron-60 ในส่วนลึกของแผ่นเปลือกโลกที่รองรับมหาสมุทร ซึ่งธาตุนี้เป็นไอโซโทปที่เกิดขึ้นได้จากเหตุการณ์ซูเปอร์โนวาเท่านั้น” หยางกล่าวเสริม

กล้องโทรทรรศน์อวกาศรังสีเอกซ์ eROSITA (extended Roentgen Survey with an Imaging Telescope Array) เป็นอุปกรณ์สำรวจปริมาณรังสีเอกซ์และรังสีแกมมาในหน่วยเรินต์เกน โดยติดตั้งเสาอากาศซึ่งทำหน้าที่สร้างภาพจากกล้องโทรทรรศน์เอาไว้ด้วย อุปกรณ์นี้เป็นของสถาบัน MPE และถูกปล่อยขึ้นปฏิบัติภารกิจในห้วงอวกาศเมื่อปี 2019

กล้องโทรทรรศน์นี้ติดตั้งอยู่กับหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์ในห้วงอวกาศ Spektr-RG หรือ SRG ซึ่งรัสเซียและเยอรมนีเป็นเจ้าของร่วมกัน โดยมันมีความสามารถในการสำรวจท้องฟ้าทั้งหมดด้วยรังสีเอกซ์ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์จะใช้กล้องโทรทรรศน์นี้สังเกตการณ์ได้ในทุก 6 เดือน

หยางบอกกับผู้สื่อข่าวบีบีซีว่า “การออกแบบ eROSITA นั้น สำคัญอย่างยิ่ง เพราะเราต้องทำให้มันศึกษาท้องฟ้าแบบครอบคลุมทั้งหมดได้ เพื่อที่จะสามารถรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับ LHB จากทุกทิศทาง ในขณะที่เรายังอยู่ภายในฟองก๊าซร้อนขนาดยักษ์นั้น”

กล้องโทรทรรศน์ eROSITA ก่อนถูกปล่อยขึ้นสู่ห้วงอวกาศ อุปกรณ์นี้ประกอบด้วยกล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็ก 7 ตัว ซึ่งแต่ละตัวมีกล้องถ่ายภาพติดตั้งไว้ด้วย โครงสร้างทรงกระบอกในภาพคือระบบกระจกรวมแสง

ขณะนี้กล้องโทรทรรศน์ eROSITA อยู่ห่างไกลจากโลกถึง 1.5 ล้านกิโลเมตร เนื่องจากต้องออกไปอยู่ภายนอกเขตจีโอโคโรนา (geocorona) หรือแถบของไฮโดรเจนมีประจุตรงรอบนอกของบรรยากาศชั้นเอ็กโซสเฟียร์ (exosphere) ซึ่งเป็นบรรยากาศชั้นนอกสุดที่ห่อหุ้มโลก

“ตำแหน่งที่ตั้งของกล้องโทรทรรศน์ซึ่งออกพ้นเขตจีโอโคโรนานั้นสำคัญมาก เพราะบรรยากาศในชั้นนี้เรืองแสงโดยส่องสว่างในย่านรังสีเอกซ์อ่อน ๆ หลังมีการแลกเปลี่ยนประจุไฟฟ้ากับลมสุริยะ” หยางกล่าวอธิบาย

“โฟตอนหรืออนุภาคของแสงจากรังสีเอกซ์อ่อน ๆ ซึ่งอยู่ในย่านสเปกตรัมที่คล้ายคลึงกับของ LHB จะถูกปลดปล่อยออกมาเมื่ออนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้าจากโลก ทำปฏิกิริยากับไอออนของธาตุหนักจากลมสุริยะตรงแถบจีโอโคโรนา”

“สำหรับการศึกษา LHB แล้ว ปรากฏการณ์เหล่านี้ถือเป็นสิ่งปนเปื้อน เพราะมันส่องแสงจ้ารบกวน ทั้งยังมีค่าความผันผวนเปลี่ยนแปลงสูงตลอดเวลา ซึ่งเราจะต้องพยายามขจัดออกไป กล้องโทรทรรศน์ eROSITA คือสิ่งที่จะช่วยรับประกันได้ว่า ย่านสเปกตรัมของรังสีที่เราศึกษาปราศจากสิ่งรบกวนเหล่านี้”

เป้าหมายหนึ่งที่เป็นวัตถุประสงค์หลักของภารกิจ eROSITA ก็คือการทำแผนที่ท้องฟ้าซึ่งมีความแม่นยำสูงด้วยรังสีเอกซ์ให้สำเร็จ ภายในปี 2026

แผนที่ท้องฟ้าจากข้อมูลที่รวบรวมโดยกล้องโทรทรรศน์ eROSITA สีต่าง ๆ แสดงถึงระดับพลังงานที่ไม่เท่ากัน ส่วนโครงสร้างคล้ายนาฬิกาทรายสีเขียวตรงกลางภาพ คือฟองก๊าซในห้วงอวกาศที่กล้องสามารถตรวจจับได้

ฟองก๊าซยักษ์มากมายใกล้ระบบสุริยะ

สำหรับการศึกษาวิจัยขั้นต่อไปในอนาคตนั้น หยางบอกว่าเขาต้องการจะรู้ถึงสภาพของพลาสมา (plasma) ในฟองก๊าซร้อน LHB ให้ละเอียดลึกซึ้งมากขึ้น

พลาสมาเป็นสถานะหนึ่งของสสาร ที่มีอยู่นอกเหนือไปจากสถานะของแข็ง ของเหลว และก๊าซ ที่เรารู้จักคุ้นเคยกันเป็นอย่างดี โดยพลาสมาคือก๊าซร้อนที่บางส่วนมีประจุไฟฟ้านั่นเอง

“การศึกษาสภาพของพลาสมาใน LHB จะช่วยเผยถึงร่องรอยของการระเบิดซูเปอร์โนวาที่เกิดขึ้นในอดีตเมื่อไม่นานมานี้ และด้วยการติดตั้งกล้องโทรทรรศน์อวกาศรังสีเอกซ์รุ่นใหม่ ๆ เช่น XRISM ที่มีความสามารถสูงขึ้น เราอาจจะได้คำอธิบายที่ดีกว่า สำหรับการลดหลั่นของระดับอุณหภูมิใน LHB ที่เราได้สังเกตพบ” หยางกล่าวทิ้งท้าย

“นอกจาก LHB แล้ว เรายังมีฟองก๊าซร้อนขนาดยักษ์มากมายให้ศึกษาเพิ่มเติมอีก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในละแวกใกล้เคียงที่เป็นเพื่อนบ้านของระบบสุริยะ ตัวอย่างเช่นกลุ่มของฟองก๊าซยักษ์ eROSITA ซึ่งถือเป็นโครงสร้างรังสีเอกซ์ขนาดใหญ่ที่สุดในท้องฟ้า แต่เรายังคงไม่ทราบที่มาและต้นกำเนิดของมัน”

เนื้อหาโดย : อะเลฮันดรา มาร์ตินส์ บีบีซีนิวส์ มุนโด