Author: panu01

วัตถุเฮอร์บิก–อาโร (Herbig–Haro object) คืออะไร ?

วันนี้จะมาเสนอภาพของปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ชนิดหนึ่งโดย James Webb Space Telescope ครับ คือ “วัตถุเฮอร์บิก–อาโร” (Herbig–Haro object : HH)

HH object คือลำ JET ที่พุ่งออกมาจากกลุ่มแก้สยุบตัวจนเป็นดาวฤกษ์กำเนิดใหม่ กลุ่มแก๊สที่ยุบตัวและกำเนิดดาวฤกษ์นี้มันจะมี activity ที่รุนแรงมากเพราะมันจะมีโมเมนตัมเชิงมุมของการหมุนวนของกลุ่มแก๊สสูงจัด ทำให้เกิดลำ JET ที่มีความเร็วหลายร้อยกิโลเมตรต่อวินาทีฉีดออกมาปะทะกับกลุ่มเมฆแก๊สและฝุ่นที่อยู่ใกล้เคียง ทำให้เกิดการเรืองแสงออกมาจากโมเลกุลของกลุ่มแก๊สเหล่านั้นครับ  โดยการเรืองแสงเหล่านั้นจะอยู่ในแสงย่าน Infrared

วัตถุเฮอร์บิก–อาโรเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเพียงชั่วคราวกินระยะเวลาเพียงไม่กี่พันปีเท่านั้น มันจะเกิดขึ้นในช่วงต้นของการยุบตัวของกลุ่มแก๊สไปเป็นดาวฤกษ์ และเมื่อดาวฤกษ์กำเนิดขึ้นอย่างสมบูรณ์แล้วปรากฏการณ์นี้ก็จะจางหายไปครับ  วัตถุ “เฮอร์บิก–อาโร” นี้ได้รับการตั้งชื่อตามการศึกษาปรากฏการณ์นี้ของนักดาราศาสตร์ 2 ท่านคือ George Herbig และ Guillermo Haro นักดาราศาสตร์ชาวเม็กซิโกในปี 1940

ภาพล่างนี้คือภาพถ่ายล่าสุดของวัตถุ Herbig-Haro 49/50 ถ่ายโดย James Webb Space Telescope  HH 49/50 นี้ตั้งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 630 ปีแสงในกลุ่มดาวกิ้งก่า (Chamaeleon Constellation)  เป็นคือภาพแบบ composite รวมภาพการ sensor NIRCam และ MIRI (Mid-Infrared Instrument)

idea

 อุปกรณ์หลักในย่านแสง Infrared ของ James Webb Space Telescope จะมี 2 ตัวคือ …..
– NIRCam  กล้องถ่ายภาพ Infrared ในย่านความยาวคลื่น 0.6 – 5 μm
– MIRI  กล้องถ่ายภาพ Infrared ในย่านความยาวคลื่น 4.9 – 27.9 μm
การถ่ายภาพในย่านอินฟาเรดในความยาวคลื่นต่าง ๆ กันนี้เพื่อที่จะศึกษาวัตถุทางดาราศาสตร์คนละประเภทกันครับ

ภาพ diagram ของHerbig–Haro object  (ภาพนี้คือ HH 30 ถ่ายโดยกล้อง James WEBB)

สมัยปี 2006 เมื่อกล้องโทรทรรศน์ Spitzer Space Telescope สังเกตการณ์วัตถุ HH 49/50 นี้  นักดาราศาสตร์ก็ได้ตั้งชื่อว่า “พายุทอร์นาโดแห่งจักรวาล” (Cosmic Tornado) เนื่องจากลำ JET มีลักษณะเป็นเกลียว  แต่นักวิทยาศาสตร์สมัยนั้นยังไม่แน่ใจเกี่ยวกับลักษณะของลำ JET นี้ ….. และด้วยความละเอียดของภาพที่สูงกว่าที่กล้อง James Webb ถ่ายมาจึงสามารถสร้างภาพ HH 49/50 ในรูปแบบที่ละเอียดมากโดยเผยให้เห็นลักษณะละเอียดของบริเวณที่เกิดคลื่นกระแทก และ pattern อื่น ๆ ในโครงสร้างมันครับ

ภาพถ่าย HH 49/50 จาก Spitzer Space Telescope เทียบกับ James Webb Space Telescope

ภาพของวัตถุเฮอร์บิก–อาโร อื่น ๆ ที่เคยถ่ายมาด้วยกล้อง James Webb Space Telescope  และ Hubble

ภาพของตำแหน่งวัตถุเฮอร์บิก–อาโร ที่ตรวจพบใน Orion Molecular Cloud Complex (ใน Orion Nebula) ….. ในปัจจุบันได้ตรวจพบวัตถุเฮอร์บิก–อาโร มากมายถึงหลักพันแห่งแล้วใน Nebula ต่าง ๆ ครับ

(ภาพความละเอียด 2494 × 2675 Pixels)
https://cdn.sci.esa.int/documents/34247/35306/1567216869473-heic1113c.jpg

LASER guide star คืออะไร ?

LASER สีเหลืองแบบในภาพ คือ  LASER guide star ครับ

เป็น LASER ความยาวคลื่น 589 นาโนเมตรยิงขึ้นไปบนฟ้าเพื่อให้มันผ่านชั้นบรรยากาศ และ กระตุ้นอะตอมของ Sodium ในบรรยากาศชั้น Mesosphere และ Thermosphere ทำให้เกิดการเรืองแสงในตำแหน่งต่าง ๆ บนท้องฟ้าครับ

LASER แบบนี้มักจะมีตามหอดูดาวขนาดใหญ่  และที่ต้องใช้ LASER ทำแบบนี้เพราะว่าดาวที่มี magnitude สูง (สว่างมาก) ในตำแหน่งต่าง ๆ ทั่วท้องฟ้านั้น มีไม่มากพอ  จึงต้องใช้ LASER เพื่อสร้าง Artificial Stars  หรือ  จุดดาวจำลอง  เพื่อใช้ในการสอบเทียบระบบ Adaptive optics (AO) ของกล้องครับ

ปกติแล้วกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่จะใช้ในงานสำคัญยิ่งทางดาราศาสตร์  จึงต้องมีความแม่นยำในระบบ Optic อย่างมาก  ในการนี้จึงต้องมีการชดเชยค่าผิดพลาดของระบบรับแสง  ซึ่งหนึ่งในนั้นคือระบบ Adaptive optics (AO) ของกล้องโทรทรรศน์ครับ

ระบบ AO นี้ต้องการ Wavefront (หน้าคลื่นที่มี phase เดียว) จึงต้องใช้แสง LASER ที่มีความยาวคลื่นที่เหมาะสม ยิงขึ้นไปบนชั้นบรรยากาศเพื่อสร้างการเรืองแสงจากการถูกที่อะตอมของโซเดียมถูกกระตุ้น และเมื่อกลุ่มอะตอมเหล่านี้เริ่มเรืองแสงก็จะเกิดจุดเล็ก ๆ จำนวนมากซึ่งเรียกว่า Artificial Stars และจุด ๆ นี้เองที่จะใช้กับระบบ AO เพื่อชดเชย และแก้ค่าต่าง ๆ ครับ

ภาพนี้คือการยิง Laser Guide Star (LGS) ขึ้นฟ้า เพื่อสอบเทียบให้ระบบ AO  ในชั้นความสูง 90 กิโลเมตร

นักดาราศาสตร์หาระยะดวงดาวและกาแล็กซีอย่างไร ?

วันนี้จะขอเสนอวิธีการหาระยะทางของวัตถุอวกาศในระยะใกล้เช่น  ดาวฤกษ์ต่าง ๆ ที่เรามองเห็นด้วยตาเปล่าไปจนถึงวัตถุที่ไกลมากอย่างแกแลคซี่ ครับ

วิธีที่นักดาราศาสตร์ใช้กันจะมี 4 วิธี  รายละเอียดตามนี้

  1. Trigonometric parallax
    หากดาวดวงนั้นอยู่ไม่ไกลมากนักคือไม่เกิน 500 ปีแสง  จะใช้วิธี  Trigonometric parallax ครับโดยเราจะใช้  ตำแหน่งโคจรของโลก ทั้ง 2 ฟากดวงอาทิตย์ซึ่งมีตำแหน่งห่างกันประมาณ 310 ล้านกิโลเมตรเป็นจุดกำหนดสำหรับการใส่ลงไปในสามเหลี่ยมตรีโกณมิติ และคำนวณระยะของดาวที่ต้องการหาได้ครับ

อีกรูปแบบหนึ่งของ Parallax ที่จะดูง่ายกว่ามาก

2. Spectroscopic Parallax
หากระยะทางของดาวไกลกว่านั้น  ก็จะใช้วิธีที่เรียกว่า Spectroscopic Parallax
โดยการวิเคราะห์แสงจากดาวดวงนั้น  เรียกว่ากระบวนการ photometry  ตาม Diagram ในภาพล่างนี้ครับ หลักการสำคัญของวิธีนี้  ก็คือจะต้องหาค่าความสว่าง 2 อย่างให้ได้  แล้วนำมาเข้าสูตร
ซึ่งการจะหาค่าของ Appearent magnitude นั้นไม่ยากเพราะกล้องโทรทรรศน์จะแสดงค่าได้อยู่แล้ว แต่ค่าความสว่างสัมบูรณ์ (Absolute magnitude) นี่สิ  ที่จะต้องมีขั้นตอนหน่อยนึง

ในวิธีนี้  จะมีแผนภาพหนึ่งที่มีความสำคัญมาก ๆ ในการใช้หาค่า Absolute magnitude
แผนภาพนี้ชื่อว่า Hertzsprung-Russelll diagram (HR Diagram)  ภาพล่างนี้คือ HR diagram ที่แสดงรายละเอียดครบ  ส่วนสำคัญก็คือ Spectral Class ของดาว (ด้านบนสุด)
และตรงกลางของ diagram ก็คือการ plotting ดาวจำนวนมากกว่า 22,000 ดวง
ซึ่งเป็นการ plot ความสัมพันธ์ระหว่าง ความสว่าง และ Spectral ของดาวฤกษ์ครับ

ในการเทียบหา absolute magnitude ของวิธีนี้  เราก็จะต้องทราบ spectral class ของดาว
และ Luminustry class (ที่เป็นเลขโรมัน)  เรากจะสามารถลากกราฟไปหาค่า absolute magnitude ได้ครับ

Spectral class ของดาว  จะมี format การเขียนตามมาตรฐานของ Morgan–Keenan (MK) system  ดังนี้ ….
1. ตัวอักษร Spectal
2. เลข sub spectral แสดงความสว่าง (0 – 9)
3. เลขโรมัน  แสดง luminosity class
เช่น  ดวงอาทิตย์ของเรา คือ G2V  (ดาว class G2  ที่อยู่ในแถบลำดับหลัก Vเลขโรมัน)

3. Variable Star
และ …. หากเป็นการหาระยะของ วัตถุอวกาศที่มีระยะไกลมาก  นักดาราศาสตร์ใช้วิธีคำนวณระยะจากการวัดความสว่างของ Cepheid variable stars (ดาวแปรแสงชนิดเซเฟอิด)  และ  ดาวแปรแสงแบบอาร์อาร์ไลแร (RR Lyrae) ซึ่งดาวฤกษ์ทั้ง 2 ชนิดนี้  มีคาบการแปรแสงคงที่มาก  ทำให้เราสามารถนำเอา absolute luminosity (ค่าส่องสว่างสัมบูรณ์) และ  appearent magnitude (ความสว่างปรากฏ) ของมันมาหาระยะทางอันแน่นอนได้ครับ ซึ่งวิธีนี้จะแม่นยำที่สุดในการหาระยะของตำแหน่งใด ๆ ในแกแลคซี่ หรือ กระจุกดาว ที่มีดาวฤกษ์ประเภทนี้อาศัยอยู่ ครับ

วิธีการ  จะเริ่มด้วยการหาค่าของ ช่วงเวลาที่ดาวแปรแสง ขึ้น และ ลง ก่อนครับ  ว่าคาบเวลานั้นกี่วัน  
ต่อจากนั้น ก็นำไปเทียบกับฐานข้อมูลว่าดาวแปรแสงทั้ง 2 ชนิดนั้น  หากมีคาบเท่านี้จะมี Absolute magnitude เท่าใด เมื่อได้ครบ 2 อย่าง คือทั้ง Appearent – Absolute magnitude …… ก็นำไปเข้าสูตรได้เลยครับ

4. Red shift & Hubble constant
สุดท้าย  การหาระยะทางของวัตถุที่อยู่ไกลมาก ๆ เช่น  แกแลคซี่ไกลโพ้น  จะต้องใช้วิธี Doppler’s redshift ครับ วิธีการก็คือ  จะใช้ Spectograph ของกล้องโทรทรรศน์ในการวิเคราะห์ แถบ Hydrogen เพื่อหา ความยาวคลื่นที่ Shift ออกไป  โดยเทียบกับ Spectrum มาตรฐานครับ   และเมื่อได้ความยาวคลื่นที่เปลี่ยนไปแล้วก็นำไปคำนวณหา ความเร็ว ของแกแลคซี่นั้นได้เลย  จากสูตรนี้

และเมื่อได้ความเร็วจากสมการด้านบนแล้ว  ก็นำไปหา ระยะทาง ได้เลยจากสูตรนี้ครับ

d = V / H0
d = ระยะทางจากโลกถึงกาแลกซี
V = ความเร็วในการถอยห่างของกาแลกซี
H0 = ค่าคงที่ของฮับเบิล = 71 km/s/Mpc

ค่าคงตัวของ Hubble (Hubble constant) นี้  มาจากการวิเคราะห์ของนักดาราศาสตร์ Edwin Hubble ที่ว่าความเร็วในการถอยห่างจากเราของแกแลคซี่ไกลโพ้น กับ ระยะทางของแกแลคซี่ นั้นเป็นกราฟเส้นตรง  ดังนั้นจึงสามารถกำหนดค่าคงตัวได้  และนำไปคูณกับความเร็วของแกแลคซี่เป็นสูตรง่าย ๆ ได้ครับ