ควอซาร์

ในช่วงปลายทศวรรษที่ 1950 นักดาราศาสตร์ได้ประสบความสำเร็จในการสำรวจวัตถุที่แผ่คลื่นวิทยุทั่วทั้งท้องฟ้าเป็นครั้งแรก การสำรวจนี้พบแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุเป็นจำนวนมาก ในจำนวนนี้คือ 3C48 (วัตถุลำดับที่ 48 ตามแคตตาล็อกเคมบริดจ์ที่ 3 (The Third Cambridge Catalogue))
ในปีค.ศ. 1960 อลัน แซนแดช (Allan Sandage) ใช้กล้องโทรทรรศน์ของหอดูดาวพาโลมาร์ (Palomar Observatory) สำรวจที่ตำแหน่งเดียวกันกับ 3C48 พบว่ามีลักษณะเป็นจุดแสงสีน้ำเงินมีขนาดเชิงมุมน้อยกว่า 1 พิลิปดา คล้ายดาวฤกษ์ทั่วไป แต่มีการแผ่คลื่นวิทยุความเข้มสูง เมื่อวิเคราะห์เส้นสเปกตรัม ปรากฏว่า มีเส้นสว่างกว้างที่ไม่รู้จักอยู่มากมาย ผิดไปจากดาวฤกษ์ปกติอย่างมาก จนไม่สามารถบอกชนิดสเปกตรัมของดาวได้ ต่อมาได้มีการค้นพบวัตถุท้องฟ้าในลักษณะเดียวกันหลายดวง ดูคล้ายกับว่าจะมีดาววิทยุอยู่กลุ่มหนึ่งกระจายอยู่ทั่วไป



ภาพถ่ายแสดงภาพของควอซาร์ 3C273 ซึ่งเป็นควอซาร์ที่สว่างและอยู่ใกล้

ในปีค.ศ. 1962 มาร์เทน ชมิดท์ (Maarten Schmidt) ศึกษาเส้นสเปกตรัมของแหล่งกำเนิดวิทยุ 3C273 ซึ่งมีลักษณะคล้าย 3C48 พบว่ามีลักษณะของเส้นสเปกตรัมในอนุกรมบาล์มเมอร์ของธาตุไฮโดรเจน แต่มีการเลื่อนตำแหน่งของเส้นสเปกตรัมห่างไปจากตำแหน่งความยาวคลื่นปกติไปถึง 16 เปอร์เซ็นต์ โดยเลื่อนไปทางความยาวคลื่นที่มากขึ้น เรียกว่า ปรากฏการณ์เลื่อนไปทางสีแดง (Red Shift) ซึ่งเป็นการเลื่อนของเส้นสเปกตรัมที่มากกว่าที่เคยพบเห็น เป็นที่น่าประหลาดใจมากในสมัยนั้น และมีความหมายว่า 3C273 เป็นวัตถุที่กำลังเคลื่อนตัวห่างออกไปจากเรา ด้วยความเร็วสูงถึง 0.16 เท่าของความเร็วแสง

ซึ่งเป็นวัตถุที่อยู่ห่างไกลจากโลกของเรามากกว่า 2,000 ล้านปีแสง จากการคำนวณอย่างคราวๆ พบว่า 3C273 มีกำลังส่องสว่างประมาณ 5x1012 เท่าของกำลังส่องสว่างของดวงอาทิตย์ หรือประมาณ 50 เท่าของกาแลกซีปกติที่สว่างที่สุด และเมื่อนักดาราศาสตร์ย้อนกลับมาศึกษาเส้นสเปกตรัมของ 3C48 อีกครั้งก็พบว่า มีการเลื่อนไปทางสีแดงเช่นเดียวกันแต่เลื่อนไปมากกว่าสองเท่าของ 3C273 คือมีการเคลื่อนตัวห่างออกไปจากเรา ด้วยความเร็ว 0.37 เท่าของความเร็วแสง แสดงว่า 3C48 อยู่ห่างไกลจากเรามากกว่า 4,000 ล้านปีแสง
ต่อมาภายหลังได้มีการค้นพบควอซาร์เพิ่มขึ้นอีกมากมาย ส่วนมากจะอยู่ไกลจากเรามากกว่าหลายพันล้านปีแสง ควอซาร์บางดวงนั้นเคลื่อนที่ห่างจากเราไปด้วยความเร็วสูงสูงถึง 90 เปอร์เซ็นต์ของความเร็วแสง หรือไกลจากเรามากกว่า 10,000 ล้านปีแสง และดวงที่มีกำลังส่องสว่างมากที่สุด มีค่าสูง หลายพันเท่าของกาแลกซีปกติที่สว่างที่สุด ด้วยลักษณะประหลาดของควอซาร์ที่ถูกพบในระยะแรก ถูกพบในรูปของแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุที่รุนแรง แต่ปรากฏตัวคล้ายกับดาวฤกษ์ในช่วงคลื่นที่ตามองเห็น นักดาราศาสตร์ จึงตั้งชื่อว่า แหล่งกำเนิดวิทยุกึ่งดาว (Quasi-Stellar Radio Sources) หรือ ควอซาร์ (Quasars) 



ภาพถ่ายแสดงตำแหน่งควอซาร์ 4 ดวง มีการเลื่อนไปทางสีแดงแตกต่างกัน



ภาพวาดแสดงการแปลความหมายของควอซาร์ที่มีเร็วมากกว่า

ทุกวันนี้เป็นที่ทราบกันดีแล้วว่า ควอซาร์นั้นไม่ใช่ดาวฤกษ์ แต่เป็นกาแลกซีแอคทีฟชนิดหนึ่ง มีเจ็ทส์พุ่งออกมาจากหลุมดำมวลยิ่งยวดที่อยู่ลึกลงที่แกนกลางของกาแลกซี ควอซาร์ที่มีการแผ่คลื่นวิทยุรุนแรงนั้นมีเพียงประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น ควอซาร์ส่วนใหญ่จะแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ารุนแรงในช่วงคลื่นพลังงานสูง จึงได้มีการเรียกควอซาร์ในอีกชื่อหนึ่งว่า วัตถุกึ่งดาว (Quasi-Stellar Objects, QSOs) และการที่ควอซาร์เป็นกาแลกซีที่อยู่ห่างไกลมากๆ นั่นแสดงว่า ควอซาร์ที่เห็นเป็นกาแลกซีในยุคต้นๆหลายพันล้านปีก่อน ซึ่งจะต้องมีวิวัฒนาการกลายมาเป็นกาแลกซีปกติอย่างที่พบเห็นในระยะใกล้ๆ



ภาพวาดแสดงเวลาที่แสงใช้ในการเดินทางจากแหล่งกำเนิดมาถึงโลก

อย่างไรก็ตาม เรายังไม่ทราบว่า กาแลกซีใกล้ๆมากมายนี้ มีดวงใดบ้างที่เคยสุกสว่างอย่างควอซาร์มาในอดีต
ในการวิเคราะห์การเลื่อนไปทางสีแดงของเส้นสเปกตรัมของวัตถุที่มีความเร็วสูงอย่างควอซาร์นั้น เราจะต้องคำนึงถึงผลของความเร็วสัมพัทธภาพด้วย ดังนั้นแล้ว เราจะแบ่งออกเป็น 2 กรณี คือ
1. กรณีที่เป็นควอซาร์ที่เคลื่อนที่ห่างออกไปด้วยความเร็วไม่สูงนัก อาจใช้สมการประมาณการอย่างง่าย v/c= z=(l- l) / lo
โดย v = ความเร็วของแหล่งกำเนิดแสงเคลื่อนที่(ควอซาร์)
c = ความเร็วแสง
z = ค่าการเลื่อนไปของเส้นสเปกตรัม
l = ความยาวคลื่นบนเส้นสเปกตรัมที่พิจารณาของแหล่งกำเนิดแสงเคลื่อนที่(ควอซาร์)
lo = ความยาวคลื่นบนเส้นสเปกตรัมที่พิจารณาของวัตถุปกติ
2. กรณีที่เป็นควอซาร์ที่เคลื่อนที่ห่างออกไปด้วยความเร็วสูงจนมีผลของความเร็วสัมพัทธภาพ จะต้องใช้สมการ v/c = ( z + 1)2 - 1 / (z + 1)2 + 1 , z(l - lo) / lo
และบ่อยครั้งที่เราจะพบการเลื่อนไปทางสีแดงของเส้นสเปกตรัมของควอซาร์สูงจนค่า z มีค่ามากกว่า 1 หลายเท่า



ภาพวาดแสดงการเลื่อนไปทางสีแดงของเส้นสเปกตรัม

 


หน้าแรก

กลับหน้าแรกโฮมเพจฟิสิกส์ราชมงคล