รู้จักดาราศาสตร์พหุพาหะ เปิดตามอง เปิดหูฟังเสียง และยื่นมือสัมผัสจักรวาล



เมื่อ 3 เดือนก่อน ผู้เขียนได้คุยกับอาจารย์เดวิด รัฟโฟโล อาจารย์ท่านคือผู้ที่เป็นตัวตั้งตัวตีในการตั้งสถานีตรวจวัดนิวตรอนบนดอยอินทนนท์ มีคำหนึ่งที่ผู้เขียนไม่เคยได้ยินมาก่อน คำนั้นคือคำว่า ดาราศาสตร์พหุพาหะ ซึ่งนับว่าเป็นคำไทยที่สวยทีเดียว เมื่อได้ยินครั้งแรกก็พอเดาออกมาว่ามากคำว่า Multi-massenger Astronomy ซึ่งเป็นแนวคิดอย่างนึงของการสำรวจอวกาศ

เคยมีคนเปรียบเทียบการค้นหาสิ่งที่เราไม่รู้ว่าเป็นเหมือน “ตาบอดคลำช้าง” เราได้สัมผัสส่วนใดส่วนหนึ่งของมัน แต่ไม่อาจมองเห็นภาพรวมที่แท้จริงของมันทั้งหมด ซึ่งก็ดูเหมือนจะเป็นเรื่องจริง ในการศึกษาดาราศาสตร์นั้นไม่ได้เกิดจากการศึกษาสิ่งใดสิ่งหนึ่งแล้วเราจะสามารถค้นหาความลับและที่มาของมันได้ แต่ต้องอาศัยการเชื่อมต่อข้อมูลมหาศาลเข้าด้วยกันและทำการวิเคราะห์ ซึ่งพูดแบบนี้อาจจะไม่เห็นภาพเท่าไหร่ แต่วันนี้เราจะมารู้จักกับคำว่า ดาราศาสตร์พหุพาหะกันเพื่อเข้าใจว่านักวิทยาศาสตร์นั้นกว่าจะได้ข้อมูลบางอย่างมามันช่างแสนยากเย็นแค่ไหน

คำว่าพาหะ หมายความว่าตัวนำพา ซึ่งก็หมายถึงผู้ส่งสาส์น ในเดือนกรกฏาคม 2018 เครื่องตรวจจับอนุภาคนิวตริโน่ Ice Cube ที่อยู่ที่ขั้วโลกได้ได้ทำการศึกษาถึงแหล่งกำเนิดของอนุภาคนิวตริโน่ที่ตรวจจับได้ ที่เมื่อนำข้อมูลมาวิเคราะห์นำไปสู่ที่มาของมันว่ามาจาก “Blazar” วัตถุชื่อยากที่เราอาจไม่คุ้นเคย Blazar คือหลุมดำมวลยวดยิ่งที่หมุนวนอย่างบ้าคลั่ง มันคือแหล่งกำเนิดของอนุภาคพลังงานสูงต่าง ๆ

โลกทั้งใบคือเครื่องมือ

เมื่อปีก่อน นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ได้ตรวจจับ Cosmic Rays กลุ่มนึงเดินทางมาจากห้วงอวกาศที่ห่างไกล ทิศทางของมันมาจากกลุ่มดาว Orion หลังจากที่การศึกษาพบว่า แหล่งกำเนิดของมันมาจาก นิวเคลียสดาราจักรกัมมันต์ (nucleus ของกาแล็กซี่) ที่แก่นกลางของมันคือหลุมดำมวลยวดยิ่ง Blazar มีชื่อว่า TXS 0506+056

เนื่องจากอนุภาคนิวตริโน่มีขนาดเล็กมากและมีมวลน้อยมากเราจึงไม่สามารถจับมันแบบตรง ๆ ได้จำเป็นต้องให้มันวิ่งชนกับอนุภาคที่ใหญ่กว่า แล้วปล่อยอนุภาคอื่น ๆ เช่น อิเล็กตรอน หรือ มิวออน Ice Cube เป็นอุปกรณ์ตรวจจับนิวตริโน่ที่ออกแบบการทดลองได้อย่างน่าทึ่งที่สุดในโลก พวกเขาวางแนว Detector เป็น Arrays อยู่ใต้ชั้นน้ำแข็งของขั้วโลกใต้ ที่ชื่อว่า Antarctic Muon And Neutrino Detector Array หรือ Amanda โดยใช้หลักการการเกิด Cherenkov Radiation ที่จะเป็นตัวบ่งบอกว่าเราสามารถจับอนุภาคพลังงานสูงได้

ภาพแสดงการทำงานของสายดิ่งและอุปกรณ์ตรวจจับพลังงาน ที่มา – Ice Cube

อุปกรณ์ตรวจจับที่ร้อยเรียงเป็นทางยาวบนสายดิ่ง 86 เส้น ดิ่งลงไปที่ความลึกใต้ผิวน้ำแข็งถึง 2.5 กิโลเมตร จำนวนเส้นละ 60 ตัว รวม 5,160 จะส่งสัญญาณเตือนว่าอนุภาคที่ชื่อนิวตริโน่ได้ถูกจับได้แล้ว เมื่อผ่านการคำนวณ เราจะสามารถบอกถึงพลังงานและมวลของมันได้อย่างแม่นยำ

เหตุผลที่ในครั้งนี้เราสามารถตรวจจับอนุภาคพลังงานสูงจำนวนมหาศาลได้ก็เพราะว่า Blazar นี้มันพ่นลำ Jet อนุภาคพลังงานสูง หรือที่เรียกว่า cosmic ionizing radiation มาทางโลกพอดี เราจึงสามารถตรวจจับได้ หลังจากที่มันเดินทางมาเป็นระยะทางกว่า 4 พันล้านปีแสง

ไม่แน่ใจว่าอธิบายแบบนี้ทำให้เห็นภาพกันหรือเปล่าแต่นี่คือสิ่งที่เรียกว่า multi-massenger astronomy หรือ ดาราศาสตร์พหุพาหะ เราใช้เครื่องมือต่าง ๆ ในการศึกษาโดยที่ไม่จำเป็นว่าจะต้องเป็นการศึกษาคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงเดียว, ศึกษาอนุภาคกลุ่มเดียว แต่จากการนำข้อมูลต่าง ๆ ที่เรารับรู้ได้ด้วยวิธีต่างกันมาร่วมกัน ก็สามารถสร้างการค้นพบที่แม่นยำได้

การตรวจจับ Neutrino ที่เกิดจาก Blazar เมื่อกลางปี 2018 ที่ผ่านมา ที่มา – ESA

การค้นพบนี้ไม่ได้เกิดจาก IceCube อย่างเดียว แต่มาจากความร่วมมือหลายภาคส่วนมาก ตั้งแต่ใต้ดิน บนดิน ไปจนถึงยานอวกาศ เช่น ยาน INTEGRAL ของ ESA หรือ Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov Telescope หรือ MAGIC ของ NASA ก็เป็นสักขีพยานในการค้นพบครั้งนี้ด้วย

ได้ยิน ได้เห็น และได้สัมผัส

ถ้ายังจำกันได้ มีเหตุการณ์ในแนว ๆ นี้เกิดขึ้นเช่นกันเมื่อปี 2017 ในตอนนั้นมีการตรวจจับการชนกันของดาวนิวตรอนเป็นครั้งแรก (https://spaceth.co/ligo-neutron-star/) ซึ่งสิ่งแรกที่เกิดหลังจากการชนกันในครั้งนั้นก็คือ Gravitational Wave หรือคลื่นความโน้มถ่วง แน่นอนว่าวัตถุขนาดใหญ่เช่นนั้นย่อมส่งผลให้เกิดแรงกระเพื่อมสู่สนามโน้มถ่วงแน่นอน คลื่นดังกล่าวเดินทางด้วยความเร็วเท่าแสงมายังโลก เครื่องตรวจจับ LIGO และ VIRGO ทำการตรวจจับมันได้พร้อมกัน พวกเขายืนยันได้อย่างแน่นอนว่ามันคือ Gravitational Wave

แต่เพียงแค่ 2 วินาทีหลังจากนั้น แสงวาบบนท้องฟ้าอันไกลโพ้นก็เดินทางมาถึงยานอวกาศ 2 ลำของ NASA ได้แก่ กล้องโทรทรรศน์อวกาศ Fermi ของ NASA และ INTEGRAL ของ ESA มันทั่งสองตรวจพบ กลุ่มรังสีแกมม่า (gamma-ray burst) พุ่งเข้ามายังตัวตรวจรับ เมื่อทำการ Mapping แล้วพบว่าทุก Event ที่ตรวจจับได้มาจากจุดเดียวกันบนท้องฟ้า

Interferometer ของ Virgo ที่มา – The Virgo collaboration

อาจจะส่งสัยว่าในเมื่อคลื่นความโน้มถ่วงและแสงควรจะเดินทางด้วยอัตราเร็วในสุญญากาศเท่ากัน แต่ทำไม เราถึงตรวจจับ Gravitation Wave ได้ก่อนการ Burst เหตุผลก็คือความเร็วในการเดินทางของแสงนั้นขึ้นอยู่กับตัวกลาง ตรงนี้ผู้เขียนได้ยกเรื่องนี้ขึ้นมาถาม ว่าเกี่ยวกับสัมพัทธภาพหรือเปล่า อ.เดวิด อาจารย์บอกว่า ไม่เกี่ยว เนื่องจากสัมพัธภาพไม่ได้ทำให้แสงเดินทางช้าลง แต่มันจะถูกยืดออก (เป็น doppler effect) แต่เหตุผลที่ทำให้แสงเดินทางช้ากว่าเพราะว่าอวกาศนั้นไม่ได้เป็นสุญญากาศทั้งหมด บางทีมันก็ต้องเดินทางผ่านกลุ่มแก๊สต่าง ๆ กลุ่มฝุ่นผงและละอองแก๊สในอวกาศ ทำหน้าที่เป็นตัวกลางที่ทำให้แสงเดินทางได้ช้าลง ในขณะที่คลื่นความโน้มถ่วงไม่ได้รับอิทธิพลจากพวกนี้ แสงจึงเดินทางมาถึงเราช้ากว่าบนโลกเล็กน้อย

ไม่นานหลังจากนั้น กล้องโทรทรรศน์ทรงประสิทธิภาพอีกหลายตัวบนโลก ถูกหันไปทางที่มาของแสงวาบจากฟากฟ้านั้นในทันที รวมถึงกล้อง Pan-STARRS และ Subaru บนหอดูดาวที่ฮาวาย

กล้องโทรทรรศน์ Subaru บนเกาะฮาวาย ที่มา – NAOJ

และที่น่าทึ่งไปกว่านั้น NASA, ESA, ESO ได้รับการยืนยันจากพันธมิตรทั่วโลก และกลุ่มหอสังเกตการณ์ฟากฟ้าอีกกว่า 70 แห่งทั่วโลกว่าพวกเขากำลังเห็นสิ่งเดียวกัน ในครั้งนั้นนับว่าเป็นการตรวจจับปรากฏการณ์ดาราศาสตร์ที่น่าจดจำมากที่สุดครั้งหนึ่ง เมื่อเราได้เห็นความร่วมมือจากทั่วโลก

นี่จึงเป็นเรื่องราวเท่ ๆ ที่ถูกนำมานิยามว่าเป็น Multi-massenger Astronomy หรือดาราศาสตร์พหุพาหะ ที่สุดท้ายมันได้สอนเราว่าในการศึกษาอะไรบางอย่าง เราอาจจะไม่ได้สัมผัสกับมันได้โดยตรง เราอาจจะไม่ได้ดึงมันเข้ามาใกล้ แต่ด้วยวิธีการคิดที่ซับซ้อน และความสงสัยใคร่รู้ แม้กระทั่งดวงดาวที่บรรพบุรุษของเราเฝ้ามองมาเป็นเวลานับพันนับหมื่นปี ทุกวันนี้มันก็ยังอยู่ของมันที่เดิม แต่มนุษย์มีความพยายามที่จะศึกษาวิธีการใหม่ ๆ ที่จะได้เรียนรู้ ต่อยอด จากการสังเกตและคาดเดา เป็นการใช้วิธีการทางวิทยาศาสตร์ที่รัดกุม ตลอดจนพัฒนาเครื่องมือต่าง ๆ ตังแต่กล้องโทรทรรศน์, เครื่องตรวจจับอนุภาค, Interferometer หรือแม้กระทั่งการใช้โลกทั้่งใบเป็นเครื่องมือในการตรวจวัดปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์

ท้องฟ้ามันก็อยู่ของมันเหมือนเดิม ดวงดาวยังคงส่องแสง แต่ใจของมนุษย์เท่านั้น ที่ทำให้ดวงดาวเหล่านี้เข้ามาใกล้เราอย่างไม่เคยเป็นมาก่อน น่าแปลกที่เราเกิดจากเศษผงของดาวดาวและก็กำลังศึกษาที่มาของธรรมชาติที่สร้างเราขึ้นมาเช่นกัน

 

อ้างอิง