เจมินกา ซูเปอร์โนวาที่สว่างที่สุด

สว่างไสวยิ่งกว่าซูเปอร์โนวาครั้งใดที่มนุษย์ยุคใหม่เคยพบเห็น มองเห็นได้แม้เวลากลางวัน ส่องสว่างอยู่นานกว่า 2 ปี

12 เมษายน 2549
ปรับปรุงครั้งล่าสุด 7 ธันวาคม 2559
โดย: วิมุติ วสะหลาย (wimut@hotmail.com)
ยามค่ำคืน เมื่อเรามองไปที่กลุ่มดาวนายพราน ตรงตำแหน่งใกล้ หัวของนายพราน ซึ่งเป็นเขตของดาวคนคู่ บริเวณนี้จะดูไม่มีอะไรเป็นพิเศษนอกจากมีแถบทางช้างเผือกพาดผ่าน แต่เมื่อประมาณ 340,000 ปี ก่อน ได้เกิดซูเปอร์โนวาครั้งยิ่งใหญ่ขึ้นที่บริเวณนี้ ให้ความสว่างไสวรุนแรงยิ่งกว่าซูเปอร์โนวาครั้งใดที่มนุษย์ยุคใหม่เคยพบเห็น มองเห็นได้แม้เวลากลางวันและส่องสว่างอยู่นานกว่า ปี ลองจินตนาการดูว่าบรรพบุรุษของเราจะรู้สึกเช่นไรเมื่อต้องพบกับปรากฏการณ์เช่นนั้น

5847627654797097315464

ในปี ค.ศ. 1973 อเมริกาได้ส่งดาวเทียมชื่อ SAS-2 ออกไปในอวกาศ ในระหว่างปฏิบัติภารกิจนานเจ็ดเดือนของ SAS-2 ของนาซาสามารถตรวจจับรังสีแกมมาได้กว่า 8,000 ครั้ง โดยเฉลี่ยหนึ่งครั้งต่อทุก ๆ 40 นาที แม้ว่ารังสีเกือบทั้งหมดที่ตรวจพบจะมาจากก๊าซในอวกาศที่แผ่รังสีแกมมาออกมาเนื่องจากถูกกระตุ้นจากรังสีคอสมิก แต่ในจำนวนนี้มีอยู่หลายร้อยครั้งที่พบว่ามาจากแหล่งกำเนิดคล้ายดาวโดยตรงตรงสามแหล่ง สองในสามนี้เป็นพัลซาร์ที่นักดาราศาสตร์รู้จักกันดี ดวงหนึ่งคือพัลซาร์ในกลุ่มดาวใบเรือ และอีกดวงหนึ่งคือพัลซาร์ที่อยู่ในเนบิวลารูปปูในกลุ่มดาววัว ส่วนแหล่งกำเนิดรังสีแกมมาแหล่งที่สามมีความเข้มข้นของรังสีมากเป็นอันดับสองของท้องฟ้า อยู่ในกลุ่มดาวคนคู่ ไม่สามารถมองเห็นได้จากย่านความถี่อื่น ๆ เลยไม่ว่าจะเป็นแสงขาวหรือแม้แต่คลื่นวิทยุ นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานไว้ก่อนว่ามันน่าจะเป็นพัลซาร์เหมือนกันแม้ว่ายังไม่พบพัลส์ของรังสีก็ตาม

หลังจากนั้นชื่อของแหล่งกำเนิดรังสีแกมมาลึกลับนี้ก็ถูกบันทึกลงในหนังสือรายการวัตถุท้องฟ้าด้วยพิกัดดาราจักร 2CG195+04 จากความล้มเหลวในการเสาะหาครั้งแล้วครั้งเล่านักดาราศาสตร์เริ่มตั้งชื่อมันว่า เจมินกา (Geminga) ตั้งโดยนักดาราศาสตร์ชาวอิตาลีชื่อ โจวันนี บิกนามี คำนี้เป็นภาษาท้องถิ่นของมิลานแปลว่า "ไม่มี" หรือ "ไม่อยู่" ซึ่งฟังดูจะคล้องจองกันดีกับคำว่า เจมิไน ซึ่งเป็นชื่อกลุ่มดาวที่มันอยู่ (คนคู่)

ความพยายามในการค้นหาเจมินกาด้วยย่านความถี่อื่นที่ต่ำกว่ารังสีแกมมาเพิ่งจะสัมฤทธิ์ผลในปี ค.ศ. 1979 ด้วยกล้องโทรทรรศน์รังสีเอกซ์ไอน์สไตน์ของนาซา ภาพจากกล้องนี้แสดงให้เห็นถึงตำแหน่งที่แม่นยำของเจมินกา ขนาดเชิงมุมที่วัดได้คือ พิลิบดา เมื่อทราบตำแหน่งที่แน่นอนแล้ว การตรวจจับในย่านความยาวคลื่นของแสงที่ตามองเห็นและความถี่วิทยุยังคงล้มเหลวแม้ว่าจะใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุอารีซีโบที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 300 เมตร ซึ่งใหญ่ที่สุดในโลกแล้วก็ตาม ส่วนกล้องโทรทรรศน์ที่ตรวจจับแสงที่ตามองเห็นดาวจาง ๆ ดวงที่อยู่ใกล้กับตำแหน่งที่ได้มาจากกล้องโทรทรรศน์ไอน์สไตน์นั้น ด้วยกำลังกล้องโทรทรรศน์เฮลขนาด เมตรที่พาร์โลมา จึงบอกได้ว่าดวงที่จางที่สุดของสามดวงนี้คือเจมินกา มีอับดับความสว่าง (โชติมาตร) 25.5 ซึ่งแทบจะเป็นวัตถุที่จางที่สุดเท่าที่เคยค้นพบเห็นกันมาในขณะนั้นเลยที่เดียว

ในปี ค.ศ. 1991 ดาวเทียมโรแซต (ROSAT) ซึ่งสำรวจย่านรังสีเอกซ์ ได้สำรวจเจมินกาในระหว่างการโคจรรอบโลก 10 รอบ ได้ผลสรุปออกมาว่า เจมิกามีคาบของพัลส์เท่ากับ 0.237097 วินาที ในที่สุดความสงสัยอันยาวนาน 18 ปี ก็เป็นที่ประจักษ์แล้วว่า เจมินกาเป็นพัลซาร์จริง 

กล้องโทรทรรศน์วิทยุ อาริซิโบ 

เมื่อตรวจสอบกับข้อมูลที่ได้จากยานที่ส่งไปสำรวจก่อนหน้านี้จำนวน ลำก็พบว่ารังสีแกมมาจาก เจมินกานี้มีพัลส์ด้วย นอกจากนี้การวิเคราะห์ข้อมูลเก่าที่เก็บไว้ได้พบสิ่งสำคัญอีกย่างหนึ่งคือ อัตราการหมุนของพัลซาร์ช้าลงเรื่อย ๆ เมื่อเทียบกับอัตราการหมุนของพัลซาร์ในตอนกำเนิดตามทฤษฎีแล้วก็จะทราบอายุโดยประมาณของพัลซาร์นี้คือ 340,000 ปี

แม้ว่าจะทราบอายุของพัลส์ซาร์นี้แล้วแต่ระยะห่างจากโลกนั้นยังเป็นปริศนาอยู่ มีเพียงหลักฐานบางอย่าง ที่บ่งบอกว่าเจมินกาอยู่ไม่ใกล้ไม่ไกลจากโลกเรานี้นัก ประการแรกคือ การเคลื่อนที่เฉพาะ (proper motion) ที่ค่อนข้างเร็วของเจมินกา ซึ่งทราบได้จากการเปลี่ยนตำแหน่งในภาพถ่ายที่ถ่ายเอาไว้ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาคือมีการเคลื่อนที่ไปทางทิศตะวันออกเฉียงเหนือประมาณปีละ 0.17 พิลิบดา ด้วยความเร็วเท่านี้จะสามารถเคลื่อนที่เป็นมุมเท่ากับขนาดของดวงจันทร์เต็มดวงในเวลา 10,000 ปี (เร็วพอ ๆ กับของดาวฤกษ์ที่ใกล้โลกที่สุด เนื่องจากนักดาราศาสตร์ไม่พบการเปลี่ยนแปลงของสเปกตรัมในย่านความยาวเคลื่อนของแสงที่ตามองเห็น ดังนั้นสรุปได้ว่ามีทิศทางการเคลื่อนไปทางขวาง (ไม่ได้เคลื่อนที่เข้าหาโลกหรือเฉียงออกจากโลกหรือเฉียงเข้าหานอกโลก) เมื่อย้อนรอยไปในอดีตก็พบว่า ตำแหน่งที่เกิดซูเปอร์โนวาเป็นต้นกำเนิดของเจมินกานี้อยู่เหนือจุดกึ่งกลางระหว่างดาวเบลลาทริกซ์กับดาวเบเทลจุดนั่นคือบริเวณหัวนายพราน

อีกหลักฐานหนึ่งที่บ่งบอกว่ามันอยู่ไม่ไกลคือจากรังสีเอกซ์ โดยปกติแล้วอะตอมของก๊าซที่อยู่ในอวกาศจะดูดกลืนรังสีเอกซ์ แต่รังสีเอกซ์ที่ตรวจวัดได้จากเจมินกามีร่องรอยการดูดกลืนน้อย ซึ่งประมาณได้ว่าเจมินกาน่าจะอยู่ไม่ไกลไปกว่า 450 ปีแสงจากโลก

ฟองอวกาศที่ห่อหุ้มระบบสุริยะ (ภาพจาก science@nasa) 

ประการสุดท้ายก็คือความสว่างของเจมินกาเอง การที่จะมีความสว่างขนาดนี้ได้จะต้องมีระยะห่างไม่เกิน 1,300 ปีแสง แม้ว่าไม่มีหลักฐานใดบอกระยะห่างที่แน่นอนได้ แต่เมื่อพิจารณาโดยรวมจากแหล่งข้อมูลทั้งสามเข้าด้วยกันก็จะได้ระยะห่างที่แคบเข้าคืออยู่ในช่วง 300 ถึง 1,300 ปีแสง ซึ่งเชื่อว่าระยะห่างจริงน่าจะค่อนมาทางตัวเลขน้อยกว่า

หากเจมินกาเคลื่อนที่ไปในอวกาศด้วยความเร็วเท่า ๆ กับพัลส์ซาร์ทั่วไป ก็น่าจะเคลื่อนมาเป็นระยะทางประมาณ 150 ปีแสง ถึง 300 ปีแสงจากตำแหน่งที่ระเบิด ซึ่งอาจอยู่ใกล้กว่า 100 ปีแสงหาได้

ในขณะที่ข้อมูลของเจมินกาเองบ่งบอกขีดจำกัดสูงสุดของระยะห่าง โลกเรานั้นแม้จะมีบรรยากาศห่อหุ้มซึ่งคอยปกป้องรังสีเอกซ์อยู่ก็ตาม แต่หาการระเบิดอยู่ใกล้โลกเพียง ปีแสง รังสีเอกซ์และรังสีแกมมาจะเข้มข้นมากจนทำลายบรรรยากาศเหนือ 50 กิโลเมตรเหนือพื้นโลกทั้งหมด และทิ้งร่องรอยการระเบิดไว้นบโลกแต่เมื่อไม่พบหลักฐานดังกล่าวย่อมแสดงซูเปอร์ต้องเกิดห่างจากโลก ปีแสง

แต่นั่นไม่ได้หมายความว่าถ้าซูเปอร์โนวาอยู่ห่างจากโลกมากกว่า ปีแสง แล้วโลกจะปลอดภัยจากรังสี เมื่อใดที่มีการดูดกินรังสีเอกซ์หรือแกมมาที่บรรยากาศชั้นสูงของโลก จะเกิดปฎิกริยาเคมีทำลายโอโซนขึ้น หากว่าซูเปอร์โนวา หากว่าซูเปอร์ในวาเกิดขึ้นใกล้กว่า 30 ปีแสง ความเข้มของรังสกจะมากพอที่จบล้างโอโซนทั้งหมดภายในเวลาไม่ไอโซลล์ ความเข้มข้นของรังสีมากพอที่จะลบล้างโอโซนภายในเวลาไม่กี่ปี ซึ่งนั่นหมายความว่าสิ่งมีชีวิตบนโลกด้ายทั้งหมดที่จะลบล้างโอโซนบนโลกได้ทั้งหมดภายในเวลาไม่กี่ปี ซึ่งหมายความ

ซูเปอร์โนวาเจมินกา ภาพถ่ายโดยกล้องโทรทรรศน์เอกซ์เอ็มเอ็ม-นิวตัน (ภาพจาก ESA/Dr. P. Caraveo)
 

มีสิ่งมีชีวิตบนโลกต้องๆได้รับอันตรายอย่างแน่นอนเป็น อันตรายจากรังสีอัลตราไวโอเล็ตจากดวงอาทิตย์ไม่ใช่จากซูเปอร์โนวาโดยตรง แต่นักวิทยาศาสตร์ไม่เคยพบรายงานทางชีววิทยาที่แสดงถึงเหตุการณ์ดังกล่าวเลยในช่วง 340,000 ปีที่ผ่านมา ซึ่งเป็นการยืนยันได้ว่าซูเปอร์โนวาต้องเกิดขึ้นห่างจากโลกมากกว่า 30 ปีแสง

บางทีหลักฐานที่ชี้ชัดถึงระยะห่างจากซูเปอร์โนวาเป็นเท่าใดอาจจะอยู่ที่ ฟอง "ที่ห่อหุ้มเราอยู่ นักดาราศาสตร์ได้ทราบมาเป็นเวลานานแล้วว่า ระบบสุริยะเรานี้ถูกห่อหุ้มด้วยฟองก๊าซอันเบาบาง(กรุณานึกถึงภาพของฟองควันจากการระเบิดหรือจากปลายกระบอกปืน อย่านึกถึงภาพฟองก๊าซในขวดน้ำอัดลมหรือฟองของผงซักฟอก) เมื่อประมาณสิบปีก่อน ดอน ค็อกซ์ กับรอน เรย์โนลด์ แห่งมหาวิทยาลัยแห่งคอนซิล ได้เสนอแนวคิดใหม่ว่า ฟองก๊าซที่ห่อเราอยู่นี้น่าจะมาจากซูเปอร์โนวาซึ่งระเบิดขึ้นเพียงไม่กี่แสนปีก่อน และได้คำนวณอายุของซูเปอร์โนวาเอาไว้ด้วยซึ่งผลการคำนวณของเขาก็เท่ากับอายุของเจมินกาอย่างพอดิบพอดี

ฟองก๊าซที่ว่านี้เกิดจากซูเปอร์โนวาสลัดมวลสารที่อยู่ภายในดาวออกมาปริมาณสารเหล่านี้มีมวลรวมนับสิบเท่าของมวลดวงอาทิตย์และพุ่งออกมาด้วยความเร็วสูง 60,000 กิโลเมตรต่อวินาที เนื้อดาวที่อยู่ใกล้ผิวดาวที่สุดเมื่อก่อนการระเบิดก็จะถูกผลักออกด้วยความเร็วสูงสุด ส่วนเนื้อดาวที่อยู่ใกล้ใจกลางดาวก็จะมีความเร็วต่ำกว่าเล็กน้อยและวิ่งตามหลังไป เมื่อตอนเริ่มแรกเศษดาวเหล่านี้ขยายตัวออกอย่างอิสระพร้อมเก็บกวาดฝุ่นก๊าซที่อยู่รายรอบออกไปด้วย เมื่อก๊าซที่เป็นกำแพงหน้ากระทบกับก๊าซในอวกาศจะเสียพลังงานและเริ่มช้าลง แต่อย่างไรก็ตามคลื่นช็อกก็ยังคงพุ่งต่อไปพร้อมกับผลักมวลสารที่ขวางหน้าออกไปด้วยอุณหภูมินับล้านองศา

ในขณะที่มวลสารที่มาจากใจกลางดาวที่ตามหลังไปก็เริ่มตามทันมวลสารแถวหน้าที่เคลื่อนช้าลงและจนในที่สุดก็เกิดการชนกันอย่างรุนแรง ก๊าซส่วนใหญ่ที่ชนกันนี้ก็จะรวมเป็นชั้นเดียวและขยายวงกว้างออกไปพร้อม ๆ กันดังนั้นในขณะนี้ซูเปอร์โนวาจึงดูเหมือนลูกโป่งที่กำลังพองออก สสารส่วนใหญ่ ก็จะอยู่ที่เปลือกรอบนอกนี้เองซึ่งคลุกเคล้าไปด้วยเศษซากของดาวทั้งจากส่วนในใจกลางดาวและส่วนผิวดาว ธาตุใหม่ต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นระหว่างการระเบิด(nucleosynthesis) อีกทั้งฝุ่นก๊าซที่มันกวาดมาด้วย ในขณะที่ภายใน ลูกโป่ง นี้จะมีมวลสารอยู่เบาบางมาก ดังนั้นขณะนี้จึงเสมือนกับว่ามีโพรงในอวกาศที่เกิดขึ้นจากซูเปอร์โนวาแล้วซึ่งจะคงสภาพอยู่ได้นับล้านปี

จากการสำรวจของยานอวกาศพบว่าฟองที่ห่อหุ้มเราอยู่มีรูปร่างบิด ๆ เบี้ยว ๆ คล้ายลูกชมพู่ มีทิศทางตั้งฉากกับระนาบของดาราจักร ส่วนที่แคบที่สุดมีความกว้างประมาณ 200 ปีแสง ส่วนที่กว้างที่สุดมีความกว้างประมาณ 600-700 ปีแสง และส่วนที่อยู่ทางใต้ของระนาบดาราจักรมีความกว้างประมาณ 300 ปีแสง เหตุที่มีรูปร่างเช่นนี้ก็เพราะว่าบริเวณที่เป็นระนาบของดาราจักรมีความแน่นของก๊าซสูงกว่าส่วนเหนือและส่วนใต้ของระนาบนั่นเอง นักวิทยาศาสตร์ได้คำนวณว่าจุดศูนย์กลางของฟองก๊าซชมพู่นี้อยู่ห่างจากเราประมาณไม่ถึง 200 ปีแสง ในทิศทางของกลุ่มดาวนายพราน ซึ่งก็ใกล้เคียงกับตำแหน่งของเจมินกาตอนระเบิดดังกล่าวมาแล้ว

เมื่อคลื่นช็อกที่เป็นด้านหน้าของซูเปอร์โนวานี้ผ่านเข้ามาในระบบสุริยะน่าจะเกิดเหตุการณ์สำคัญบางอย่างละทิ้งร่องรอยเอาไว้ โลกและดาวเคราะห์วงในอาจจะไม่สัมผัสถูกลูกคลื่นนี้ แต่ดาวเคราะห์วงนอกละบริวารของมันอาจจะเคยถูกอาบด้วยกำแพงอันร้อนระอุนี้มาบ้าง ขึ้นอยู่กับสสารเหล่านี้มีปฏิกิริยาอย่างไรติ่ลมสุริยะซึ่งจะมีบทบาทป้องกันดาวเคราะห์จากสิ่งแปลกปลอมจากอวกาศ

ลมสุริยะนั้นเป็นสายธารของอนุภาคประจุไฟฟ้าคือโปรตอนและอิเลคตรอนที่พุ่งออกมาจากดวงอาทิตย์ด้วยความเร็วประมาณ 500 กิโลเมตรต่อวินาที เมื่อมีการกระทบกับอนุภาคที่ล่องลอยอยู่ในอวกาศ ลมสุริยะนี้ก็จะค่อย ๆ ลดความเร็วลงจนกระทั่งสมดุลกับความดันก๊าซจากอวกาศภายนอก และหยุดลง ณ ที่นั่น เป็นเสมือนรั้วแสดงอิทธิพลของลมสุริยะและดวงอาทิตย์ซึ่งเรียกว่า เฮลิโอพอซ (Heliopause) ซึ่งนักดาศาสตร์คาดว่าจะอยู่ที่ประมาณ 150 หน่วยดาราศาสตร์จากดวงอาทิตย์ จะเห็นว่าครอบครัวระบบสุริยะของเรามี ลานบ้าน ที่กว้างขวางมาก (รัศมีวงจรของดาวพลูโตประมาณ 40 หน่วยดาราศาสตร์)

แม้ว่าลมสุริยะจะยอมให้มีรังสีคอสมิคและอะตอมธรรมชาติบางส่วนเล็ดเข้ามาถึงระบบสุริยะวงในได้ก็ตามแต่มันก็แข็งแรงพอที่จะป้องกันมิให้อนุภาคเหล่านั้นเข้ามาถึงโลกเราได้แต่ลมสุริยะก็ไม่มีผลกับคลื่นช็อกที่มาจากซูเปอร์โนวาที่อยู่ใกล้เคียง

ความดันของก๊าซที่มากับคลื่นช็อกนั้นสูงกว่าความดันก๊าซที่อยู่ในอวกาศตามปกติมาก ดังนั้นลมสุริยะจึงถูกดันเข้ามา ซึ่งก็หมายถึงอาณาบริเวณที่ลมสุริยะปกป้องดาวบริวารก็จะแคบลงด้วยโลกของเรานั้นอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์จึงยังคงปลอดภัยจากคลื่นยักษ์นี้ แต่สำหรับดาวเคราะห์ที่อยู่วงนอกรวมทั้งดาวบริวารของมันย่อมมีโอกาสที่จะอยู่นอกเขตคุ้มครองและได้ผลกระทบนี้อยู่เต็มที่ หากว่าคลื่นช็อกนี้รุนแรงมากพอที่จะทะลวงกำแพงลมสุริยะเข้ามาได้ใกล้กว่ารัศมีวงจรของดาวเคราะห์ดวงนั้น

ความรุนแรงของคลื่นช็อกนี้เกิดขึ้นกับตำแหน่งซูเปอร์โนวาเกิด สมมติว่าซูเปอร์โนวาเจมินกานี้เกิดห่างจากเราไปประมาณ 100 ปีแสง (จากค่าที่ประมาณไว้อยู่ระหว่าง 30 ถึง 200 ปีแสง ที่ระยะห่างขนาดนี้ จะมีความสว่างประมาณแมกจิจูด-16 หรือ ประมาณ 20 เท่าของดวงจันทร์วันเพ็ญ หลังจากประมาณ 9,000 ปีคลื่นช็อกก็เดินทางมาถึงระบบสุริยะเมื่อถึงขณะนี้ก็มีความเร็วเหลือเพียง 1,400 กิโลเมตรต่อวินาทีซึ่งจะสามารถบุกทะลวงระบบสุริยะเข้ามาได้ถึงประมาณ รัศมีวงจรของดาวพฤหัสบดีดังนั้นดวงเคราะห์และบริวารดาวเคราะห์ที่อยู่ไกลไปกว่านั้นจะต้องถูกกระหน่ำด้วยพายุจากเจมินกาอย่างแน่นอน

ซูเปอร์โนวานี้จะต้องเกิดขึ้นที่ระยะใกล้กว่า 30 ปีแสง ดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์จะปลอดภัย แต่สำหรับดาวยูเรนัส เนปจูนและพลูโต ลมสุริยะจากดวงอาทิตย์ก็ยังไม่สามารถปกป้องไว้ได้ ดังนั้นย่อมสรุปได้ว่าต้องมีดาวเคราะห์บางดวงที่จะต้องเคยถูกโจมตีจากพายุเจมินกามาก่อน

นั่นหมายถึงข่าวดี เพราะพายุนี้จะพาเอาธาตุต่าง ๆ ที่เกิดจากซูเปอร์โนวามาทิ้งไว้บนพื้นผิวดวงจันทร์บริวารของดาวเคราะห์วงนอกที่ไม่มีบรรยากาศเหล่านั้น และจะคงสภาพอยู่อย่างไม่แปรเปลี่ยนแม้ว่าระยะเวลาจะล่วงเลยมาถึง 340,000 ปีก็ตามหากโครงการอวกาศในอนาคตไปสำรวจเพื่อค้นหาธาตุเหล่านี้ ก็จะเป็นการศึกษาทางเคมีของซูเปอร์โนวาจากธาตุโดยตรงเป็นครั้งแรก ปริศนาความสัมพันธ์ระหว่างซูเปอร์โนวากับฟองอากาศที่ห่อหุ้มเรากำลังจะถูกไขในเร็ว ๆ นี้