Quasars : ควอซาร์ สุดยอดแหล่งพลังงานไกลโพ้น และเก่าแก่ที่สุด

Quasars : ควอซาร์ สุดยอดแหล่งพลังงานไกลโพ้น และเก่าแก่ที่สุด

แหล่งพลังงานของจักรวาล ใกล้ตัวเราที่สุด คือ ดวงอาทิตย์ ส่วนแหล่งพลังงาน ในจักรวาลไกลโพ้นและเก่าแก่ที่สุด ที่ มนุษย์รู้จักคือ Quasars ฉะนั้นเพื่อให้เห็น ถึงข้อแตกต่างกัน ของแหล่งพลังงานต่างๆ ในระบบจักรวาล จำเป็นต้องศึกษา ขบวนการการแผ่รังสี ไม่ว่าเป็นเรื่องของคลื่นรังสี สนามแม่เหล็ก ก๊าซชนิดต่างๆ ของจักรวาล จากการสืบค้นระบบของจักรวาล (Mission to Universe) เมื่อ 6 ปีที่แล้ว ถ้ากล่าวถึง Quasars ทราบเพียงเป็นกลุ่มกาแล็คซี่ขนาดเล็กมาก แต่มีพลังอำนาจ ส่งคลื่นรังสีจากระยะไกลมาก โลกเราสามารถตรวจพบได้ด้วย เครื่องมือทางดาราศาสตร์ที่ทันสมัย จากการสำรวจ เชื่อแน่ว่ามีระยะไกลแล้ว ยังเป็นแหล่งพลังระดับสูงที่กำเนิดขึ้น ช่วงยุคต้นของจักรวาล หลังจากเกิด Big bang ราว 1 พันล้านปีและยังมีส่วนเกี่ยว ข้องต่อ การวิวัฒน์ที่สืบเนื่องของจักรวาล (A Process of cosmic evolution) โดยครั้งแรก ยังมีขนาดเล็ก เรียกว่า Mini-Quasars (ควอซาร์จิ๋ว) Quasars คือวัตถุแบบใดในจักรวาล มาจากคำว่า Quasistellar Radio Sources หมายถึงดาวที่มีคลื่นวิทยุ ในความ เป็นจริงมิได้เปล่งคลื่นวิทยุ เป็นการเรียกชื่อในยุคแรก เราสำรวจพบเพียง 1% ของ Quasars ที่สามารถแผ่คลื่นวิทยุได้ Quasars คือกลุ่มวัตถุ แปลกพิศวง มักอยู่ในส่วนลึกของจักรวาล และไกลมาก อาจเรียกว่าอยู่สุดขอบ ของจักรวาล ก็น่าเป็นได้ นักวิทยาศาสตร์ให้ความสนใจ เป็นพิเศษเหตุที่ ลักษณะทางกายภาพ มีความสามารถปลดปล่อย พลังงานอย่าง โชติช่วงออกมามากกว่า กาแล็คซี่ทั่วไป กว่า 1,000 เท่า ต่อวินาที ทั้งๆตนเองมี ขนาดเล็กมากเพียง 1 ในล้านส่วน เมื่อเปรียบเทียบ กาแล็คซี่ทางช้างเผือกขนาด 120,000 ปีแสง สมมุติ Quasars มีขนาดแหล่ง กำเนิดพลังงานแสงสว่างเท่ากับหลอดไฟ 1 ดวง จะมีสามารถส่องสว่างได้ ทั่วประเทศไทยเลยทีเดียว Quasars เป็นวัตถุมีลักษณะพิเศษ แผ่รังสี (Radiate) พลังงานออกมา ในอัตรา ต่อวินาที มากกว่ากาแล็คซี่ขนาดใหญ่ ด้วยความเข้มข้นของรังสี X-rays จนเรา สามารถมองเห็นได้ บางแห่งสามารถ แผ่รังสีได้ไกลถึง 12 พันล้านปีแสง

เปรียบเทียบขนาด Normal galaxy – Active galaxy - Quasar

Jet และ Black hole เป็นระบบพลังงานของ Quasars ใจกลางของ Quasars พบว่ามี หลุมดำขนาดใหญ่ (Supermassive black hole) เทียบมวลความหนาแน่น ขนาด 100 -1,000,000 เท่าของดวงอาทิตย์ มีรูปแบบ พลังงานคล้ายวงจรไฟฟ้า (Schematic) หมุนตัวด้วยความเร็ว พร้อมดูดกลืนวัตถุ ทุกสิ่งที่เข้าใกล้ ระบบของ Quasars ด้วยอำนาจ Gravitational field (แรงดึงดูด ที่มีความมั่นคง แข็งแกร่งสามารถหดขนาด วัตถุให้สั้นคล้ายกดอัด) สามารถแสดงการม้วนตัว ของกรวยก๊าซยาวได้อย่างสุดขั้ว พุ่งเข้าสู่หลุมดำโดย มีความยาว มากกว่าขนาดของตนเอง ได้หลายพันเท่า พลังงานของ Quasars ขึ้นกับปริมาตรมวลสสาร ที่บรรจุบีบอัดอยู่บริเวณใจกลาง หลุมดำ กาแล็คซี่ทั้งหลายรวมถึงกาแล็คซี่ทางช้างเผือก ก็มีหลุมดำเช่นกันโดย บางทฤษฎีกล่าวว่า หลุมดำในจักรวาลมีอยู่ทั่วไปมากมาย พร้อมที่จะดูดกลืนสิ่ง ต่างๆได้ เช่น ดาว หรือแม้แต่เวลาอาจหายไปกับหลุดดำ Quasars จะแสดงพลังงานอย่างสุดขีด ด้วยการถ่ายเทก๊าซ เป็นจำนวนมหาศาล สู่หลุมดำ ดังนั้นสิ่งที่เกิดขึ้นคือ มีการตอบสนองของพลังงานที่ใหญ่กว่า Quasars นับพันเท่าลุกโชติช่วง ถูกปลดปล่อยออกมาอย่างรุนแรงไม่รู้จบสิ้น

Supermassive black hole ของ Quasars

การเกาะพอกก็าซ ฝุ่นหมอกอวกาศ ( Accretion Disk and Torus) รอบ Black hole

การถ่ายทอดพลังงานสู่หลุมดำของ Quasars อย่างมหาศาลไม่มีวันหมดง่าย และ กาแล็คซี่ที่มี ปฏิกิริยาของหลุมดำน้อย เรียกว่า Active Galaxy ส่วนบริเวณภาย ในกลางหลุมดำเรียกว่า Active Galactic Nucleus หรือ AGN ใน Milky Way หรือ Andromeda Galaxy เป็นตัวอย่างชี้บอกว่ามีหลุมดำ แต่ปลดปล่อยพลังงานน้อย รังสี X–Rays จาก Quasars จะก่อตัวเป็นสสารที่มีความร้อนจัดอุณหภูมิสูงถึงนับ ล้านองศาไปกระตุ้นปฏิกิริยาลูกโซ่ของหลุมดำนั้น ก๊าซบางส่วนที่ล้นออกมาเกิด เป็นจุดหมุนลักษณะแบบวังน้ำวน (Whirlpool) ลำแสงพลังสูงที่พวยพุ่งออกมา อย่างรุนแรงแบบ High Energy Jets จากหลุมดำ พบว่าความเร็วของการพุ่งบีบอัด ให้เกิดระเบิดอย่างมหาศาล มีระยะทางยาวมาก ตั้งแต่ 100 - 1,000 ปีแสง หรืออาจมากถึง 100,000 ปีแสงได้

ลมพายุหมุนปั่น รอบ Black hole

Giant jet พ่นออกจาก Black hole เกิดขึ้นมีระยะทางห่างจากโลก 3 พันล้านปีแสง

อธิบายเพิ่มได้อีกว่า ลำแสงพลังงานสูงแบบ Jets ที่พุ่งออกมา คือ การเคลื่อนไหว บิดตัวของแม่เหล็กก๊าซ (Magnetized gas) ท่ามกลางความหนาแน่นของสนาม แม่เหล็ก ที่อยู่ใกล้บริเวณปากปล่องของหลุมดำ โดยมีไส้แกนกลางเป็นสนามแม่ เหล็กไฟฟ้าหนาแน่นนั้น บีบอัดอย่างยิ่งยวด คล้ายแบบ Synchrotron Radiation (การแยกปรมาณู โดยใช้แม่เหล็กเร่งอีเล็คตรอน) ขณะนี้ยังไม่ทราบถึงอนุภาค ในองค์ประกอบของ Jet อนุภาคในจักรวาล เช่น Electrons มีความสามารถเร่งความเร็ว ถึงจุดความเร็วใกล้ เคียงแสง (Speed of light) ด้วยพลังงานไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก และอนุภาคที่ เกิดพลังสูง เป็นผลทำให้ Photons ระดับคลื่นวิทยุ (Radio) เพิ่มพลังขึ้นถึงระดับ Gamma-ray ได้ Quasars & Active Galaxies เดิมทีเดียว ทางดาราศาสตร์ ได้แบ่ง Quasars ออกเป็น 2 ประเภท คือ Type 1 (AGNs) แสดงผลพลังงานกระตุ้นจาก ความร้อนกลุ่มก๊าซเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็ว ปลดปล่อยรังสี X–Rays หรือพลังงานไฟฟ้า (Energetic) จากจุดศูนย์กลาง Type 2 (AGNs) มีการเคลื่อนไหวของกลุ่มก๊าซอย่างช้าๆ สามารถตรวจสอบรังสี X–Rays หรือ (Energetic) ได้จากศูนย์กลางเช่นกัน ค่อนข้างอ่อนกว่าประเภทแรก ทางทฤษฎี ถือว่า Type 1 และ Type 2 AGNs เป็นวัตถุประเภทเดียวกันมีวงใหญ่ กลุ่มฝุ่นหมอกห่อหุ้มคล้ายโดนัท (Donut-shaped) ที่ต่างกันด้วยมุมที่มองเห็น จากโลก เพื่อความเข้าใจให้เรานึกถึงโดนัท แต่มองต่างมุมกัน คือ ถ้ามองโดนัท จากด้านบนเราจะเห็นรูตรงกลาง ของโดนัท คือ Type 1 หากเรามองด้านข้างโดนัท เราจะไม่เห็นรูตรงกลาง คือ Type 2 มีคำอธิบายมากมายในทางทฤษฎี จากการสำรวจ Active galaxies เกี่ยวข้องกับ Quasars และเป็นระบบเกี่ยวข้องกับหลุมดำ อย่างน้อยนับพันครั้งจากประเภท AGN (Active Galactic Nucleus) มีกลุ่มก๊าซได้พวยพุ่งยาวจากใจกลางหลุมดำที่ แข็งแกร่ง มีความใหญ่โตมโหฬาร และหลายครั้งจากการสำรวจ Quasars Type 2 พบว่าตำแหน่งไม่เด่นชัดแสดง ให้เห็นร่องรอยคลื่นสัญญาณ จากรูปทรงสันฐานที่มองจากโลก ทั้งนี้ด้วยความ สามารถของเครื่องมือ และระยะทางไกลมาก อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันส่วนใหญ่ ยอมรับแล้วว่า Quasars เป็นประเภทที่เกีียวข้องกันกับ Active galaxies

การสังเกตุจากโลกระยะไกลเป็นปัญหา ของการโต้แย้งในอดีต

Chandra X-Ray ยานสำรวจถ่ายภาพส่วนลึกในจักรวาล

เป็นไปได้หรือไม่ หากเราตั้ง สมมุติฐานว่าบริเวณอาณาเขต Quasars เป็นแหล่ง สนามแม่เหล็กก็าซ มีการบิดของเวลาในอวกาศมากและรุนแรง เกิดปฎิกิริยาจนมี ช่องว่างของมิติ เป็นพื้นที่อีกรูปแบบหนึ่ง ซึ่งอาจจะแตกต่างจาก ระบบสุริยะ ของ เราโดยสิ้นเชิง โดยมีสนามพลังจาก สนามแม่เหล็กนั้น หล่อเลี้ยงอยู่ตลอดเวลา บัญชีรายชื่อของ Quasars สำรวจพบประมาณ 200 แหล่ง โดยมีลักษณะเดียวกัน ตำแหน่งอยู่ในระยะไกลทั้งสิ้นยากต่อการสำรวจมากอย่างไรก็ตาม จากความก้าว หน้าการสำรวจ Quasars ของยานสำรวจ Chandra XRayได้ถ่ายภาพวิเคราะห์ ศึกษา Quasars จากส่วนลึกของจักรวาลมากขึ้นตามลำดับ มีข้อมูล น่าสนใจของ Quasars & Active Galaxies ดังนี้

Quasars & Active Galaxies - NGC 1068  มีระยะทางห่างจากโลก 50 ล้านปีแสง

Quasars & Active Galaxies - NGC 1068 พบว่ามีการเกิดพายุหมุนที่แข็งแกร่ง ความเร็วสูงมาก 1 ล้านไมล์ต่อชั่วโมง จากจุด จุดศูนย์กลางของหลุมดำ เป็นรูปแบบที่ดูดกลืนจากด้านนอกเข้าสู่ด้านใน อนาคต สามารถดูดกลืนได้หมดทั้งกาแล็คซี่ องค์ประกอบของวัตถุดิบ คล้ายชั้นบรรยากาศ ของดวงอาทิตย์ แต่ขาด Oxygen atoms อุณหภูมิราว 1 แสนองศา C

Quasars & Active Galaxies Mkn 421 มีระยะทางห่างจากโลก 400 ล้านปีแสง

Quasars & Active Galaxies Mkn 421 แสดงถึงรังสี X-rays จากก๊าซร้อน ฝุ่นหมอกอวกาศ เข้มข้น มีส่วนประกอบ Ions of carbon - Nitrogen - Oxygen และ Neon ของอะตอมที่มีอายุราว 10 พันล้านปี ขนาดความยาวของลำรังสี 150-370 ปีแสง อุณหภูมิราว 1 ล้านองศา C

Quasars & Active Galaxies NGC 4258 หรือ M106 มีระยะทางห่างจากโลก 25 ล้านปีแสง

Quasars & Active Galaxies NGC 4258 การปรากฏขึ้นจากความลึกลับที่บริเวณแขน (Arm) พบว่ามีแสงโป่งพองออกมา บริเวณแขน การเติมแต่งออกมาดังกล่าวไม่ใช่ เป็นเรื่องธรรมชาติของกาแล็คซี่ ทั่วไปจากการศึกษามาตลอด 10 ปีนี้ บริเวณดังกล่าว เป็นแหล่งของ ดาวใหม่ เกิดขึ้นมีความสุกใสมากจากก๊าซรอบๆนั้น แต่หลังจากได้วิเคราะห์ผลจากความสงสัยได้คำตอบว่า เป็นกรณีเริ่มเกิดความร้อน อย่างรุนแรงโดย Shock waves ที่ผิดปกติ เป็นผลสืบเนื่องจาก Jet พยายามจะ แสดงพลังขับอนุภาคจากหลุมดำที่อยู่ในจุดศูนย์กลาง (Black hole in nucleus) โดยจะเห็นถึง การแผ่กว้างของ Jet ลักษณะกระจายตัว ออกเหมือนรังไหมและ เป็นการเกิดขึ้นใกล้ แผ่นจานของกาแล็คซี่ มีความร้อนสูงนับล้านองศาจึงเห็นการ แผ่รังสี X-rays และรังสีอื่นๆผสมกันจากของตนเอง เป็นสีสันแปลกตา

Quasars & Active Galaxies Centaurus A มีระยะทางห่างจากโลก 11 ล้านปีแสง

Quasars & Active Galaxies Centaurus A นับว่าเป็นกาแล็คซี่ ใกล้เรามากที่สุดจากการสำรวจพบ แสดงปฏิกิริยาจากหลุมดำ เป็นรูปแบบ Jets of high-energy ออกมาภายนอก มีความยาว 13,000 ปีแสงจน เราสามารถมองเห็นได้ การสำรวจทุกๆ 7 วัน อย่างต่อเนื่องพบว่าหลุมดำ มีการตอบสนองกับ Jet High- energy electrons หมุนปั่นรอบๆเส้นสนามแม่เหล็ก ซึ่งเกิดจากรังสี X-ray จาก บริเวณ Counterjet (บริเวณที่แจกจ่ายพลังงาน) มีการลัดวงจรของไฟฟ้าทำให้ การตอบสนองในทิศทางตรงกันข้าม (Opposite direction) การเปลี่ยนถ่ายพลังขึ้นมาหลุมดำ ด้านในของ Jet ส่วนที่ใกล้กลับหลุมดำเกิดภาวะ การหยุดชะงักของการแผ่รังสี X-ray เป็นผลให้เกิด Shock waves (คล้ายคลึงกับ Sonic booms) ทั้งหมดยังพัฒนาต่อเนื่องไปได้อีกได้ 100 ล้านปีโดยท้ายที่สุดจะ ผสมกลมกลืนไปกับกาแล็คซี่อื่นๆ

References : X-Ray Astronomy Field Guide / Chandra X-Ray Observatory Oxford Dictionary of Physics McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology