นักวิจัย สดร. ร่วมทีมไขปริศนาต้นกำเนิดดาวฤกษ์มวลมาก ด้วยเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุแทรกสอดระยะไกล KaVA

          สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) (สดร.) ร่วมกับเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุแทรกสอดระยะไกล KaVA ของประเทศเกาหลีและประเทศญี่ปุ่น เฝ้าสังเกตการณ์ลำแก๊สพวยพุ่งจากบริเวณเกิดกระจุกดาวมวลมาก G25.82-0.17 พบว่าการกำเนิดของดาวฤกษ์มวลมากเกิดใหม่ในบริเวณดังกล่าวมีลักษณะเดียวกับดาวฤกษ์มวลน้อยคล้ายดวงอาทิตย์ งานวิจัยดังกล่าว ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Astrophysical Journal ฉบับที่ 896 เลขที่ 127 ในวันที่ 20 มิถุนายน 2563 ที่ผ่านมา นับเป็นก้าวแรกในความร่วมมือระหว่าง สดร. กับเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุแทรกสอดระยะไกลภูมิภาคเอเชียตะวันออก (East Asian VLBI Network : EAVN) ซึ่งกล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 40 เมตรของไทยจะเข้าร่วมเครือข่ายในอนาคตอันใกล้

          งานวิจัยนี้เป็นความร่วมมือระหว่าง สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) กับหอดูดาวแห่งชาติญี่ปุ่น (NAOJ) มหาวิทยาลัยบัณฑิตศึกษาขั้นสูง (SOKENDAI) มหาวิทยาลัยสตรีโอสึมะ และมหาวิทยาลัยยามากุจิ ประเทศญี่ปุ่น สถาบันดาราศาสตร์และอวกาศเกาหลี (KASI) และมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (UST) สาธารณรัฐเกาหลีใต้ หอดูดาวเซี่ยงไฮ้และมหาวิทยาลัยหนานจิง สาธารณรัฐประชาชนจีน มหาวิทยาลัยนอร์ทเวสต์ สาธารณรัฐแอฟริกาใต้ มหาวิทยาลัยไนจีเรีย สหพันธ์สาธารณรัฐไนจีเรีย โดยใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุในเครือข่ายความร่วมมือเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุแทรกสอดระยะไกล KaVA ศึกษาและเก็บข้อมูล

          เครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุแทรกสอดระยะไกล KaVA (KVN and VERA Array) เป็นความร่วมมือระหว่างเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุแทรกสอดระยะไกล KVN (Korea VLBI Network) ประเทศสาธารณรัฐเกาหลีใต้ และเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุแทรกสอดระยะไกล VERA (VLBI Exploration of Radio Astrometry) ประเทศญี่ปุ่น ดำเนินการศึกษาดาวฤกษ์มวลมากเกิดใหม่ด้วยกล้องโทรทรรศน์วิทยุในเครือข่าย ภายใต้โครงการ “การศึกษาการก่อตัวของดาวฤกษ์มวลมาก จากการสังเกตการณ์เมเซอร์น้ำและเมเซอร์เมทานอล” ซึ่งเป็นหนึ่งในสามโครงการวิจัยหลักของเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุแทรกสอดระยะไกล KaVA ซึ่งมี ดร. โคอิชิโร่ ซุกิยะมะ (Dr. Koichiro Sukiyama) นักวิจัยของ สดร. เข้าร่วมโครงการวิจัยดังกล่าวด้วย ใช้ระยะเวลาศึกษา 3 ปี สังเกตการณ์บริเวณเกิดดาวฤกษ์มากกว่า 25 แห่ง หนึ่งในนั้นคือ บริเวณเกิดกระจุกดาวมวลมาก G25.82-0.17 ที่แสดงให้เห็นเส้นสเปกตรัมการแผ่พลังงานของเมเซอร์ความเข้มสูง อยู่ห่างจากระบบสุริยะประมาณ 16,000 ปีแสง บริเวณกลุ่มดาวคนยิงธนูและกลุ่มดาวนกอินทรี จากการสังเกตการณ์เบื้องต้นร่วมกับกล้องโทรทรรศน์อัลมา (ALMA, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ได้ค้นพบดาวฤกษ์มวลมากเกิดใหม่ G25.82-W1 ซึ่งมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ 25 เท่า ภายในบริเวณดังกล่าว

          การศึกษาดาวฤกษ์มวลมาก (ดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ 8 เท่าขึ้นไป) สำคัญต่อการศึกษาเรื่องการสร้างธาตุหนักในเอกภพ วิวัฒนาการของดาราจักร และการระเบิดซูเปอร์โนวา หากแต่ดาวฤกษ์มวลมากนั้นมีจำนวนน้อย และดาวฤกษ์มวลมากเกิดใหม่จะอยู่ในกระจุกดาวที่ห่างไกล ทำให้การสังเกตการณ์และศึกษาดาวฤกษ์มวลมากเกิดใหม่นั้นทำได้ยาก จำเป็นต้องอาศัยอุปกรณ์ตรวจวัดที่มีความละเอียดและแม่นยำสูง

          อย่างไรก็ตาม นักดาราศาสตร์สามารถศึกษาดาวฤกษ์มวลมากเกิดใหม่ผ่านปรากฏการณ์ “เมเซอร์” ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่กลุ่มหมอกโมเลกุลถูกกระตุ้นหรือบีบอัดจากแรงภายนอก ทำให้โมเลกุลถูกกระตุ้นและเปลี่ยนระดับพลังงานให้สูงขึ้น ไม่เสถียร และปลดปล่อยพลังงานออกมาในลักษณะการแผ่พลังงานในย่านคลื่นไมโครเวฟ ที่มีความเข้มพลังงานสูงมาก คล้ายกับเลเซอร์ในความยาวคลื่นแสง

          ภาพสังเกตการณ์บริเวณเกิดกระจุกดาวมวลมาก G25.82-0.17 ของการแผ่รังสีของธาตุ Silicon monoxide (SiO) ในช่วงความยาวคลื่น 1.3 มิลลิเมตร ด้วยกล้องโทรทรรศน์วิทยุ ALMA แสดงให้เห็นถึงลำแก๊สพวยพุ่งในทิศทางพุ่งออกจากผู้สังเกตบนโลก (สีแดง) และพุ่งเข้าหาผู้สังเกตบนโลก (สีน้ำเงิน) ลำแก๊สพวยพุ่งสามารถสังเกตเห็นทั้งทิศทางเหนือ-ใต้ และทิศตะวันตกเฉียงเหนือ-ตะวันออกเฉียงใต้ อย่างไรก็ตาม ลำแก๊สพวยพุ่งในแนวทะแยงมุมนั้นยังคงคลุมเครือและไม่สามารถอธิบายได้ จำเป็นต้องมีการศึกษาเพิ่มเติม ส่วนบริเวณตรงกลางแสดงให้เห็นการแผ่รังสีของฝุ่น (สีเขียว) มีดาวฤกษ์มวลมาก G25.82-W1 อยู่ตรงกลางของบริเวณดังกล่าว (สีเหลือง-ส้ม) นอกจากนี้ยังพบการแผ่รังสีอื่น ๆ ในบริเวณนี้ ซึ่งคาดว่าเกิดจากวัตถุอื่นในกระจุกดาวมวลมาก (ภาพ : หอดูดาวแห่งชาติญี่ปุ่น (NAOJ))

          จากการสังเกตการณ์ คณะผู้วิจัยค้นพบลำแก๊สพวยพุ่งขนาดใหญ่ประมาณ 50,000 หน่วยดาราศาสตร์ (1 หน่วยดาราศาสตร์ = ประมาณ 150 ล้านกิโลเมตร) แผ่ออกมาจากดาวฤกษ์มวลมากเกิดใหม่ G25.82-W1 ด้วยความเร็วสูงถึง 50 กิโลเมตรต่อวินาที ในทิศเหนือ-ใต้ ลำแก๊สพวยพุ่งดังกล่าวเกิดจากการหมุนวนของแก๊สต้นกำเนิดดาวฤกษ์มวลน้อยคล้ายดวงอาทิตย์ นอกจากนี้ยังค้นพบเมเซอร์น้ำบริเวณใกล้เคียงกับบริเวณเกิดกระจุกดาวมวลมาก G25.82-0.17 ห่างจากดาวฤกษ์มวลมากเกิดใหม่ G25.82-W1 เพียง 1,000 หน่วยดาราศาสตร์

(ภาพซ้าย) ภาพจากการสังเกตการณ์ดาวฤกษ์มวลมาก G25.82-W1 ด้วยกล้องโทรทรรศน์วิทยุ ALMA แสดงให้เห็นถึงการแผ่รังสีของธาตุ Silicon monoxide (SiO) มีดาวฤกษ์มวลมาก G25.82-W1 อยู่ตรงกลางของลำแก๊สพวยพุ่ง และกลุ่มของเมเซอร์น้ำในบริเวณฐานของลำแก๊สพวยพุ่ง (ภาพขวา) แสดงบริเวณใจกลางของภาพซึ่งประกอบด้วยดาวฤกษ์มวลมากเกิดใหม่ G25.82-W1 และกลุ่มเมเซอร์น้ำในบริเวณใกล้เคียง (ภาพ : หอดูดาวแห่งชาติญี่ปุ่น (NAOJ))

ดร. กี แท คิม (Dr. Kee-Tae Kim) ผู้อำนวยการส่วนงานดาราศาสตร์วิทยุสถาบันดาราศาสตร์และอวกาศเกาหลี และประธานร่วมโครงการวิจัยหลักดังกล่าว กล่าวว่า “การศึกษาโครงสร้างซับซ้อนของบริเวณเกิดกระจุกดาวมวลมากในครั้งนี้ แสดงให้เห็นถึงบริเวณเกิดกระจุกดาวมวลมาก G25.82-0.17 ที่มีการก่อกำเนิดคล้ายคลึงกับดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์”

“ในอนาคตจะมีการวิเคราะห์ข้อมูลจากการสังเกตการณ์จากเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุแทรกสอดระยะไกล KaVA เพื่อศึกษาการเคลื่อนที่ของแก๊สในสามมิติ ซึ่งจะทำให้ทราบถึงกลไกการกำเนิดโครงสร้างที่แผ่ออกมาดังกล่าว” จองฮา คิม (Jungha Kim) นักศึกษาปริญญาเอก มหาวิทยาลัยบัณฑิตศึกษาขั้นสูง (SOKENDAI) และผู้วิจัยหลักในโครงการ กล่าวเพิ่มเติม

“การศึกษาในครั้งนี้เป็นก้าวแรกที่แสดงให้เห็นถึงขีดความสามารถในความร่วมมือภายใต้โครงการวิจัยหลักของเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุแทรกสอดระยะไกล KaVA ซึ่งสามารถนำไปสู่การสังเกตการณ์ที่มีความละเอียดและแม่นยำที่สูงขึ้น ภายใต้เครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุภูมิภาคเอเชียตะวันออก ซึ่งจะมีกล้องโทรทรรศน์วิทยุจากสาธารณรัฐประชาชนจีน และประเทศไทย เข้าร่วมด้วยไปในอนาคต” ดร. โทโมยะ ฮิโรตะ (Dr. Tomoya Hirota) อาจารย์มหาวิทยาลัยบัณฑิตศึกษาขั้นสูง (SOKENDAI) ผู้ช่วยศาสตราจารย์ประจำหอสังเกตการณ์โทรทรรศน์วิทยุมิสุซาวะ หอดูดาวแห่งชาติญี่ปุ่น และประธานร่วมโครงการวิจัยหลักการศึกษาการกำเนิดดาวฤกษ์ กล่าว

“กล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 40 เมตร ซึ่งจะแล้วเสร็จในปี พ.ศ. 2564 จะเป็นโครงสร้างพื้นฐานหลักเพื่อการวิจัยดาราศาสตร์วิทยุของประเทศและภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ กล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติสามารถเข้าร่วมเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุแทรกสอดระยะไกลภูมิภาคเอเชียตะวันออก เพื่อเพิ่มศักยภาพของเครือข่ายให้ได้ข้อมูลที่มีความละเอียดและความแม่นยำสูงขึ้น โครงการวิจัยนี้แสดงให้เห็นถึงความพยายามในการสร้างความร่วมมือทางด้านดาราศาสตร์วิทยุของประเทศในกลุ่มเอเชียตะวันออกและประเทศไทย และการศึกษาการกำเนิดดาวฤกษ์ถือเป็นหนึ่งในหัวข้อวิจัยหลักสำหรับกล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติในอนาคต” ดร. โคอิชิโร่ ซุกิยะมะ (Dr. Koichiro Sugiyama) นักวิจัยสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ และหนึ่งในคณะผู้ร่วมวิจัย กล่าวสรุป

กล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 40 เมตร ระหว่างการติดตั้ง ณ ศูนย์ศึกษาการพัฒนาห้วยฮ่องไคร้อันเนื่องมาจากพระราชดำริ จังหวัดเชียงใหม่

แผนที่แสดงเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุแทรกสอดระยะไกล KaVA ประกอบด้วย (1) เครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุแทรกสอดระยะไกล VERA (VLBI Exploration of Radio Astrometry) ประเทศญี่ปุ่น ประกอบด้วย กล้องโทรทรรศน์วิทยุขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 เมตร จำนวน 4 ตัว ณ เมืองโอชุ  จังหวัด อิวาเตะ เมืองซัตสึมะเซ็นได จังหวัดคาโกชิมะ เมืองโอกาซาวาระ จังหวัดโตเกียว และเมืองอิชิกากิ จังหวัดโอกินาวะ (2)  เครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุแทรกสอดระยะไกล KVN (Korea VLBI Network) ประกอบด้วย กล้องโทรทรรศน์วิทยุขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 21 เมตร จำนวน 3 ตัว ณ เมืองโซล เมืองอุลซาน และเมืองซอกวิโพ โดยมีระยะห่างระหว่างกล้องโทรทรรศน์มากที่สุดถึง 2,300 กิโลเมตร  เครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุแทรกสอดระยะไกล KaVA อยู่ภายใต้โครงการความร่วมมือเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุภูมิภาคเอเชียตะวันออก มีประเทศสมาชิก ได้แก่ สาธารณรัฐประชาชนจีน ประเทศญี่ปุ่น สาธารณรัฐเกาหลีใต้ และกล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 40 เมตร ของไทยจะเข้าร่วมเป็นสมาชิกในเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์ดังกล่าว  (ภาพ : The EAVN Collaboration 2020)