คลื่นวิทยุปริศนา จากอีกฟากของจักวาล Fast Radio Burst (ตอนจบ)

Fast Radio Burst สำคัญอย่างไร?

ตั้งแต่ FRB ถูกค้นพบมา นักดาราศาสตร์ก็ให้ความสนใจกับการตรวจจับสัญญาณของ FRB ให้ได้มากๆ โดยมองว่าการศึกษา FRB ก็เหมือนกับการฉายแสงไฟไปบนที่มืดที่ไม่เคยมีการสำรวจมาก่อน แต่ปัจจุบันมีการค้นพบ FRB บนท้องฟ้าเพียง 20 กว่าแห่งเท่านั้น ทั้งนี้ นักดาราศาสตร์เชื่อว่าในหนึ่งวันมี FRB เกิดขึ้นราว 2,000 ถึง 10,000 ครั้ง เพียงแต่เกิดขึ้นเร็วมากจนกล้องตรวจจับไม่ทัน หรือมีพลังงานอ่อนเกินไปจนกล้องแยกแยะไม่ได้ เพราะการจะพบ FRB ได้นั้น กล้องดังกล่าวจะต้องบังเอิญกราดผ่านตำแหน่งที่เกิดขึ้นพอดี

ในส่วนของการศึกษาตัว FRB เอง นอกจากหาข้อสรุปว่า FRB เกิดขึ้นจากอะไรกันแน่แล้ว นักดาราศาสตร์ยังพยายามหาความสัมพันธ์ระหว่างการระเบิดในช่วงคลื่นวิทยุกับช่วงคลื่นอื่นด้วย โดยล่าสุดนักดาราศาสตร์ได้ตรวจพบการปะทุของรังสีแกมมา (Gamma ray burst) ใน FRB อีกอันหนึ่งที่ชื่อ FRB 131104 นอกเหนือจากคลื่นวิทยุแล้วด้วย  เมื่อเราได้ข้อมูลจากช่วงคลื่นต่างๆ มากพ เราอาจสร้างโมเดลของ FRB ขึ้นมาเพื่ออธิบายตัว FRB ได้ชัดเจนมากขึ้น

ภาพของ FRB 1504่18 ที่ซูมเข้าไปจนถึงแหล่งกำเนิด โดยใช้ภาพในช่วงแสงที่มองเห็นได้ (สีแดง) จากกล้องโทรทรรศน์ Subara ซ้อนกับภาพในช่วงคลื่นวิทยุจาก Parkes Radio Telescope (สีฟ้า) (เครดิตภาพ: © D. Kaplan (UWM), E. F. Keane (SKAO))

     ในส่วนของนักดาราศาสตร์ที่เชื่อว่า FRB เกิดจากการระเบิดหรือการชนกันของดาวนิวตรอนหรือหลุมดำที่สามารถทำให้เกิดคลื่นแรงโน้มถ่วงได้ ไม่แน่ว่า FRB อาจเป็นร่องรอยแรกๆ ของปรากฏการณ์แรงโน้มถ่วงเชิงควอนตัม (Quantum Gravity Effect) ที่กำลังเป็นที่สนใจอยู่ ณ ขณะนี้

      นอกจากนี้ ผลที่ได้โดยอ้อมจากการศึกษา FRB ก็คือค่า Dispersion Measure ที่วัดได้ เพราะค่านี้สามารถบอกได้ว่าแต่ละจุดในเอกภพมีความหนาแน่นเท่าไร หากเราพบ FRB มากขึ้น ก็อาจทำแผนที่คร่าวๆ ของเอกภพได้ ยิ่งไปกว่านั้น FRB ยังอาจบอกเราได้ว่าเอกภพประกอบด้วยอะไรบ้าง เพราะปัจจุบันเราเชื่อว่าเอกภพมีสสารที่เรามองเห็นเป็นส่วนประกอบเพียง 5% เท่านั้น ที่เหลือเป็นสสารมืดและพลังงานมืดที่มองไม่เห็น แต่มีอิทธิพลกับวิวัฒนาการของเอกภพ ไม่แน่การศึกษา FRB อาจนำไปสู่คำนวณสัดส่วนองค์ประกอบของเอกภพได้แม่นยำขึ้น

จะเห็นได้ว่า แม้แต่การระเบิดเล็กๆ (แต่ยิ่งใหญ่ไม่น้อย) ในอวกาศอย่าง FRB ก็สามารถแตกแขนงให้เกิดคำถามใหม่ๆ รวมถึงเป็นหนทางหนึ่งที่จะช่วยนักดาราศาสตร์หาคำตอบของจักรวาลได้อีกมากมาย ตั้งแต่องค์ประกอบของสสารระหว่างดาวจนถึงวิวัฒนาการของเอกภพ ไม่แน่ FRB นี่ละที่อาจช่วยไขปริศนาการกำเนิดของเอกภพให้เราก็เป็นได้

ตัวอย่าง FRB

121102 – Rogue One ในหมู่ FRB

      FRB 121102 เป็นแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุพลังงานสูงที่อยู่ห่างออกไปราว 3 พันล้านปีแสงในกลุ่มดาวสารถี (Auriga) ค้นพบเมื่อวันที่ 2 พฤศจิกายน พ.ศ. 2555 โดย Dr. Laura Spitler จาก Max Planck Institute for Radio Astronomy ทว่าหลังจากนั้น 3 ปี คือปี 2558 กลับพบการปะทุอีก 2 ครั้งในเดือนพฤษภาคม อีก 8 ครั้งในเดือนมิถุนายน และล่าสุดอีก 6 ครั้งรวดในเดือนพฤศจิกายน โดยครั้งหลังสุดเกิดขึ้นในเวลาเพียง 10 นาที การค้นพบดังกล่าวได้รับการยืนยันในเดือนมีนาคม 2559 และตีพิมพ์ในวารสาร Astrophysics Journal เมื่อ 16 ธันวาคมที่ผ่านมา

กราฟแสดงสัญญาณของ FRB 121102 ที่พบทั้งหมด 17 ครั้ง

      เหตุผลที่ทำให้เชื่อว่าเป็นสัญญาณวิทยุจากที่เดียวกันจริงๆ เนื่องจากในการศึกษา FRB จะมีการวัดค่า Dispersion Measure (DM) หรือความหนาแน่นของประจุไฟฟ้าตลอดเส้นทางจากแหล่งกำเนิดจนถึงโลก อนุภาคเหล่านี้จะหน่วงให้คลื่นวิทยุเดินทางช้าลง ซึ่ง FRB มักจะมีค่านี้สูงมากเทียบกับวัตถุที่อยู่ในบริเวณเดียวกันแต่อยู่ในทางช้างเผือก จึงสามารถระบุได้ว่าเป็นการลุกจ้าที่มาจากนอกกาแล็กซีของเรา

สำหรับคลื่นที่ออกมาจาก FRB 121102 พบว่าทุกครั้งมีค่า DM เท่ากันคือ 559 ตัวต่อลูกบาศก์เซนติเมตรในหนึ่งพาร์เซก (cm−3 pc) ซึ่งมากกว่าค่าเฉลี่ยของกาแล็กซีทางช้างเผือกถึง 3 เท่า สัญญาณทั้ง 17 ครั้งจึงน่าจะมาจากแหล่งกำเนิดเดียวกัน

ว่าแต่สัญญาณดังกล่าวมีลักษณะออกมาซ้ำๆ แบบนี้ จะเป็นสัญญาณจากมนุษย์ต่างดาวแบบในเรื่อง Contact หรือเปล่านะ?

การปะทุซ้ำๆ เป็นลักษณะเฉพาะของ FRB 121102 ที่นักดาราศาสตร์ให้ความสนใจมาก เพราะปัจจุบันยังไม่สามารถหาข้อสรุปมาอธิบายได้ว่าเกิดจากสาเหตุใด แต่ไม่น่าจะมาจากดาวระเบิดหรือดาวชนกันที่ทำให้เกิดการปะทุได้ครั้งเดียวแน่ๆ นักดาราศาสตร์จึงสันนิษฐานเหตุการณ์ที่อาจทำให้เกิด FRB ไว้ 3 รูปแบบ คือ

เป็นพัลซาร์อายุน้อย หรือดาวนิวตรอนสนามแม่เหล็กสูง (Magnestar) ที่เพิ่ง active ในช่วงแรกๆ พัลซาร์ธรรมดาๆ ถูกบังโดยดาวเคราะห์น้อยในแถบดาวเคราะห์น้อย สัญญาณจึงขาดหายเป็นช่วงๆ โนวาของดาวนิวตรอนในระบบดาวคู่ที่เข้าใกล้คู่ของมันมากเกินไป เพียงแต่เกิดการการระเบิดเป็นช่วงๆ ทั้งนี้ คลื่นวิทยุที่ถูกส่งจากจุดที่ไกลถึง 3 พันล้านปีแสง ไกลกว่ากระจุกกาแล็กซีของเราที่มีขนาด 10 ล้านปีแสงเสียอีก แสดงว่าแหล่งกำเนิดของมันต้องอยู่ไกลออกไปมากๆ แถมไม่ใช่จากการระเบิดเพียงครั้งเดียว ปรากฏการณ์ที่ทำให้เกิดการปะทุนี้จะต้องใหญ่มากๆ หากสิ่งที่ทำให้มันเกิดขึ้นอยู่นอกเหนือไปจาก 3 เหตุการณ์ที่ทำนายไว้แล้ว อาจเป็นสิ่งที่ซับซ้อนเกินกว่าที่ความรู้ในปัจจุบันจะอธิบายได้ แต่ที่แน่ๆ ไม่น่าจะเป็นฝีมือของมนุษย์ต่างดาวแน่นอน ด้วยพลังงานของ FRB ที่เกิดขึ้นมีค่ามหาศาลมาก คิดเป็นประมาณ 1036 TeV (หรือ 4π x 1036 TeV เนื่องจากพลังงานจากแหล่งกำเนิดมีการแผ่ออกไปทุกทิศทางเป็นคลื่นทรงกลม) ขนาดเครื่องเร่งอนุภาคที่ CERN ยังสร้างได้สูงสุดเพียง 14 TeV ไม่ถึงเศษเสี้ยวของ FRB ด้วยซ้ำ จึงต้องเป็นปรากฏการณ์ใหญ่ยักษ์ระดับดวงดาวเท่านั้น

อย่างไรก็ตาม ไม่ได้มีแค่ FRB 121102 ที่เกิดการปะทุซ้ำ ยังมี FRB 121002 ในกลุ่มดาว Octant ที่เคยเกิดการปะทุ 2 ครั้งไล่เลี่ยกันเพียงแค่ 5.1 มิลลิวินาทีเท่านั้น แต่การปะทุซ้ำๆ ที่ดูเหมือนจะเกิดขึ้นกับ FRB 121102 เพียงแห่งเดียว ทำให้มันเป็นแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุที่นักดาราศาสตร์วิทยุทั่วโลกจับตามอง ด้วยคาดหวังว่าจะมีการปะทุเกิดขึ้นอีกในอนาคตอันใกล้

เนื้อหาจาก

http://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/833/2/177/meta

http://www.knowthecosmos.com/conversations-with-an-astrophysicist/mysterious-fast-radio-bursts/

https://soscity.co/news/physics/fast-radio-burst

http://www.astronomy.swin.edu.au/pulsar/frbcat/

http://astronomy.swin.edu.au/cosmos/F/Fast+Radio+Bursts

http://www.matichon.co.th/news_detail.php?newsid=1423108522

ภาพจาก

http://www.matichon.co.th/news_detail.php?newsid=1423108522

http://www.knowthecosmos.com/conversations-with-an-astrophysicist/mysterious-fast-radio-bursts/

https://soscity.co/news/physics/fast-radio-burst