ไขคลื่นวิทยุความเข้มข้นสูงจากอวกาศ ผ่านหลักฐานการเกิดโพลาไรเซชั่น



FRB หรือ Fast Radio Bursts เป็นคำที่นักดาราศาสตร์วิทยุใช้เรียกปรากฏการคลื่นความเข้มข้นสูงที่เดินทางมาจากอวกาศ เขาตรวจวัดคลื่นเหล่านี้ได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์วิทยุ โดยเฉพาะจานรับสัญญาณขนาดใหญ่ที่เปโตริโก (ใครที่เคยดูเรื่อง Contact จะคุ้นกันดี) โดยปกติแล้วการเกิด FRB จะเกิดเป็นช่วงสั้น ๆ จากบางบริเวณ เมื่อเกิดขึ้นแล้วจะไม่ตรวจพบซ้ำ นักดาราศาสตร์ต่างตั้งข้อสงสัยมากมายว่าคลื่นเหล่านี้มีต้นกำเนิดจากอะไร และบางทฤษฏีก็เกี่ยวโยงไปถึงการมีตัวตนของสิ่งมีชีวิตนอกโลก

ดาวนิวตรอน ที่มา – NASA/JPL

กล้องโทรทรรศน์วิทยุเป็นเครื่องมือของนักดาราศาสตร์ในกลุ่มดาราศาสตร์วิทยุ (Radio Astronomy) พวกเขาใช้มันในการฟังคลื่นต่าง ๆ ที่เดินทางมาจากห้วงอวกาศอันไกลโพ้น ไม่ว่าจะเป็นการฟังคลื่นที่มาจากหลุมดำ, การชนกันของดาวนิวตรอน และวัตถุแผ่คลื่นต่าง ๆ บ่อยครั้งที่มีการตรวจจับสัญญาณรูปแบบต่าง ๆ FRB ก็เป็นหนึ่งในปรากฏการณ์คลื่นที่พวกเขาตรวจจับได้ รูปแบบของมันคือการแผ่คลื่นในระยะเวลาสั้น ๆ แต่ทรงพลัง

ระยะเวลาที่บอกว่าสั้นนั้นสั้นเพียงแค่ระดับมิลลิวินาที แต่พลังงานที่ออกมาจากมันนั้นเทียบเท่ากับที่ดาวฤกษ์ขนาดดวงอาทิตย์ปล่อยออกมาในเวลา 1 วันเลยทีเดียว

ในปี 2012 นักดาราศาสตร์ได้ค้นพบการเกิดคลื่น FRB 121102 ที่ถูกค้นพบด้วยกล้องโทรทรรศน์วิทยุที่เปโตริโก้ในปี 2012 สิ่งที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์ตื่นเต้นก็คือ แหล่งกำเนิดคลื่นนี้นับตั้งแต่วันนั้น มันมีการแผ่คลื่นซ้ำแล้วรวมกว่า 200 ครั้ง เป็นแหล่งกำเนิด FRB เพียงหนึ่งเดียวที่มีการบันทึกว่าปล่อยคลื่นออกมาเรื่อย ๆ

กล้องโทรทรรศน์อวกาศวิทยุ Arecibo ในเปอโตริโก ที่มา – David Broad

ก่อนหน้านี้นักดาราศาสตร์เคยตั้งทฤษฏีว่าแหล่งกำเนิดของ FRB นั้นต้องมาจากวัตถุที่ทรงพลังมาก ๆ อย่างหลุมดำมารวมตัวกัน (คือปรากฏการเดียวกับที่ทำให้เกิด Gravitation Wave – แต่เราจะไม่พูดถึง เพราะ Gravitational Wave เป็นคลื่นกล แต่เรากำลังพูดถึงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากันอยู่) แต่สุดท้ายทฤษฏีนี้ก็ไม่สามารถเอามาอธิบายการเกิด FRB 121102 ได้ เพราะว่าถ้าเกิดจากหลุมดำชนกันจริง ๆ แล้ว ทำไม FRB 121102 ยังคงปรากฏให้เราได้ยินกันอยู่ ไม่ตายไปพร้อมกับการชนกันของหลุมดำ

ข้อมูลล่าสุดจากวารสาร Nature ผลงานการตีพิมพ์นำโดย Dr. Jason Hessels จาก มหาวิทยาลัยอัมสเตอร์ดัม เนเธอร์แลนด์ ได้ค้นพบว่ารูปแบบของคลื่นที่มาจาก FRB 121102 นั้น เกิดปรากฏการที่เรียกว่าโพลาไรเซชั่น ข้อมูลนี้ได้มาจากการทำงานร่วมกันของทีมกล้องที่เปอโตริโกและกล้องโทรทรรศน์วิทยุอีกตัวที่มลรัฐเวอร์จิเนีย

การเกิดโพลาไลเซชั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ที่มา – physicsopenlab.org

ปรากฏการณ์โพลาไลเซชั่นคือการบิดของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (ทั้ง แสง วิทยุ อินฟาเรด และอื่น ๆ จัดเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่หนึ่ง) ปรากฏการณ์นี้ในบางครั้งเกิดจากการเดินทางของคลื่นผ่านบริเวณที่เป็นสนามแม่เหล็ก นั่นหมายความว่าคลื่น FRB 121102 นั้นอาจมีแหล่งกำเนิดมาจากบริเวณที่มีสนามแม่เหล็กเข้มข้นสูงมาก สันนิษฐานได้ว่าอาจเป็นดาวนิวตรอนที่โคจรรอบหลุมดำมวลยวดยิ่ง ซึ่งเป็นหลุมดำขนาดใหญ่อันเป็นศูนย์กลางของดาราจักร

ข้อมูลก่อนหน้านี้หนึ่งปี เผยให้เราทราบถึงแหล่งที่มาของ FRB 121102 ว่ามันเดินทางมาจากบริเวณให้กำเนิดดาวฤกษ์ของดาราจักรขนาดเล็ก ห่างออกไปจากโลกสามพันล้านปีแสง

ที่มาของ FRB 121102 ในดาราจักรที่ห่างไกล ที่มา – Gemini Observatory / National Science Foundation

ในปี 2007 เราได้ทำการตรวจพบ FRB ครั้งแรก ทำให้นักวิทยาศาสตร์ตั้งคำถามต่าง ๆ นา ๆ ไม่กี่ปีหลังจากนั้นเราค้นพบ FRB มาเรื่อย ๆ กว่า 18 ตัว (หนึ่งในนั้นคือ FRB 121102) แน่นอนว่าแหล่งกำเนิด FRB 121102 นี้เป็นที่ให้ความสนใจของนักวิทยาศาสตร์มากที่สุด ไม่ใช่เพราะว่ามันเกิดขึ้นซ้ำอยู่เนือง ๆ แต่การที่มันเกิดขึ้นซ้ำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถวิเคราะห์ถึงที่มาและสาเหตุการเกิดของมันได้ แม้ในวันนี้เราจะรู้เพียงแค่ว่ามันเกิดจากบริเวณที่ทำให้เกิดการโพลาไรเซชั่นของคลื่น คือบริเวณที่มีสนามแม่เหล็กเข้มข้นสูง (เช่น ดาวนิวตรอน) แต่ในอนาคตเราอาจค้นพบข้อมูลอื่น ๆ ที่ทำให้เรารู้ได้ว่าแท้จริงแล้ว ที่มาของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าพลังงานสูงนี้เกิดขึ้นจากอะไรกันแน่

 

อ้างอิง

Nature – An extreme magneto-ionic environment associated with the fast radio burst source FRB 121102

Space.com Researchers Probe Origin of Superpowerful Radio Blasts from Space

NOVAastronomieNL – Astronomers peer into the lair of a mysterious cosmic radio burster