กาแล็กซีวิทยุ

ก่อนปีค.ศ. 1950 นักดาราศาสตร์วิทยุได้สำรวจพบแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุพลังงานสูงมากมาย ในเวลานั้นยังไม่มีใครทราบว่าเป็นกาแล็กซี ทราบเพียงแต่ว่าเป็นวัตถุที่มีการแผ่คลื่นวิทยุอย่างมหาศาล มักพบในลักษณะเป็นคู่จึงเรียกวัตถุกลุ่มนี้ว่า แหล่งกำเนิดวิทยุลูกตุ้มคู่ (Double Lobe Radio Sources) ต่อมาได้มีการค้นพบแหล่งกำเนิดวิทยุในลักษณะนี้อีกหลายระบบ รวมทั้งควอซาร์ซึ่งมีลักษณะบางอย่างคล้ายคลึงกัน จนกระทั่งปี ค.ศ. 1971 มาร์ติน รีส์ (Martin Rees) ตั้งข้อสังเกตว่าแหล่งกำเนิดวิทยุเหล่านี้น่าจะเป็นกาแล็กซีแอคทีฟ
คลื่นวิทยุที่เราได้รับนั้นไม่ได้มาจากใจกลางกาแล็กซี่แต่มาจากโลบ (Lobe) ทั้งสองข้างของกาแล็กซี คลื่นวิทยุเหล่านี้เกิดขึ้นจากการที่อิเล็คตรอนและโปรตอน วิ่งด้วยความเร็วสูงเฉียดแสงวนรอบเส้นสนามแม่เหล็ก ในลักษณะเป็นเกลียว และโลบทั้งสองข้างเกิดจากเจ็ทส์ที่พุ่งออกมาจากแกนกลางกาแล็กซีขนาดเล็ก ที่มีพลังงานมหาศาลเหมือนกับควอซาร์ ทุกวันนี้เป็นที่ทราบกันดีว่ากาแล็กซีวิทยุเหล่านี้มีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับควอซาร์และบลาซาร์ (อ่านเพิ่มเติมได้ในบลาซาร์) 

      กาแล็กซีวิทยุมีความแตกต่างจากกาแล็กซีแอคทีฟชนิดอื่น ตรงที่พลังงานมหาศาลที่เราสามารถตรวจวัดได้เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงคลื่นวิทยุเป็นส่วนใหญ่ และไม่ได้ถูกส่งมาจากใจกลางขนาดเล็กของกาแล็กซีแต่มาจากบริเวรอันกว้างใหญ่ที่มีชื่อเรียกว่า ลูกตุ้มวิทยุ (Radio Lobes) มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางหลายร้อยกิโลพาร์เซคไปจนถึงเมกะพาร์เซค 

ในกรณีของกาแล็กซี่วิทยุเซนทอรัสเอ (Centaurus A) มีความกว้างจากปลายตุ้มวิทยุข้างหนึ่งไปจรดปลายอีกข้างหนึ่ง มีความยาวไกลถึง 1 เมกะพาร์เซคเลยทีเดียว เป็นที่คาดหมายว่าเซนทอรัสเอเกิดจากการชนกันของกาแล็กซีทรงรียักษ์กับกาแล็กซีกังหันขนาดเล็กเมื่อ 500 ล้านปีก่อน แล้วรวมตัวกลายเป็นกาแล็กซีทรงรีขนาดใหญ่มากมีเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 500 กิโลพาร์เซค จัดอยู่ในชนิด E2 สามารถมองเห็นได้ในช่วงคลื่นแสงที่ตามองเห็น มีแถบฝุ่นพาดกลางแลดูเป็นเงาดำ และมีลูกตุ้มวิทยุที่เกิดจากการพ่นเจ็ทออกมาทั้งสองข้างจากแกนกลางกาแล็กซี 



ภาพถ่ายแสดงขนาดอันใหญ่โตมโหฬารของลูกตุ้มวิทยุคู่ของกาแล็กซีวิทยุ 0313-192

โครงสร้างสำคัญของกาแล็กซีวิทยุมีอยู่ 3 ส่วน ดังนี้

1. ลูกตุ้มวิทยุ (Radio Lobes) มีคุณสมบัติสำคัญ 2 ประการ คือ
1.1 การแผ่รังสีซินโครตรอน แม้ว่าสนามแม่เหล็กของลูกตุ้มวิทยุจะมีความเข้มน้อยมากก็ตาม การตรวจพบรังสีซินโครตรอนจากบริเวณลูกตุ้มวิทยุนี้กลับมีมาก แสดงว่าในบริเวณลูกตุ้มวิทยุจะต้องมีอิเล็คตรอนพลังงานสูงอยู่อย่างมากมายเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเฉียดแสง ได้มีการประมาณกันว่าพลังงานที่สะสมอยู่ในลูกตุ้มวิทยุมีมากถึง 1053 จูลส์ซึ่งมากเท่ากับการเปลี่ยนมวลสารถึง 1 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ให้เป็นพลังงาน กระบวนการในการสร้างพลังงานนี้จะต้องมีกำลังมหาศาลมากเลยทีเดียว

1.2 จุดร้อน (Hot Spots) เป็นบริเวณที่อยู่ติดขอบของลูกตุ้มวิทยุ ด้านปลายสุดของการขยายตัวของลูกตุ้มวิทยุที่ถูกนำพามาจากแกนกลางของกาแล็กซีโดยเจ็ทส์ที่บริเวณปลายสุดนี้ สสารที่มากับเจ็ทส์พุ่งเข้าชนกับสารระหว่างกาแล็กซีซึ่งเป็นก๊าสเบาบางที่มีอยู่ทั่วไปในระหว่างกาแล็กซี่ การชนนี้ทำให้เกิดการอัดตัวของสนามแม่เหล็กและก๊าสร้อนที่บริเวณปลายสุด จึงกลายเป็นบริเวณที่ทำหน้าที่ผลิตคลื่นวิทยุความเข้มสูงได้เป็นอย่างดี



ภาพถ่ายในช่วงคลื่นวิทยุแสดงโครงสร้างทั้งสามส่วนสำคัญ ของกาแล็กซีวิทยุซิกนัส เอ (Cygnus A)

2. เจ็ทส์ (Jets) ก๊าสร้อนที่ถูกพ่นออกมาจากใจกลางของกาแล็กซีวิทยุทั้งสองข้างเกิดเป็นลูกตุ้มวิทยุคู่มีลักษณะเป็นลำเล็กๆ แต่ยาวไกลผ่านสารระหว่างดาว และด้วยอุณหภูมิที่สูงมากทำให้สารระหว่างดาวเหล่านี้เดือดแล้วก่อรูปเป็นลำแคบๆ สามารถมองเห็นได้ชัดเจนในช่วงคลื่นวิทยุและรังสีเอ็กซ์ และเมื่อถึงปลายทางที่เจ็ทส์ปะทะเข้ากับสารระหว่างกาแล็กซีมีการขยายตัวออกจนเกิดเป็นลูกตุ้มวิทยุ และการที่เจ็ทส์นี้มีการพ่นสสารออกมาอย่างต่อเนื่องตลอดเวลา ทำให้ลูกตุ้มวิทยุยังคงสภาพอยู่ได้ยาวนาน ในกาแล็กซีวิทยุบางดวงเจ็ทส์มีความเร็วสูงถึง 5000 กิโลเมตรต่อวินาที
3. แกนกลาง (Core) ได้มีการพบหลักฐานจากกล้องอวกาศฮับเบิลพบว่าเส้นสว่างในช่วงคลื่นวิทยุจากแกนกลางของกาแล็กซี M84 มีการเลื่อนไปทางสีแดงและการเลื่อนไปทางสีน้ำเงินซึ่งแสดงให้เห็นว่าที่ใจกลางกาแล็กซีมีแอคเครชั่นดิสค์ เป็นกลุ่มก๊าสที่กำลังหมุนรอบแกนกลางด้วยความเร็วสูงถึง 400 กิโมเมตรต่อวินาที ทั้งๆที่อยู่ห่างจากจุดศูนย์กลางของกาแล็กซีเพียง 26 ปีแสงเท่านั้นเอง ด้วยความเร็วและรัศมีของวงโคจรของการหมุนนี้ชี้ว่ามีแรงดึงดูดมหาศาลจากแกนกลางด้วยมวลสารมากกว่า 300 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ ซึ่งสอดคล้องกับสมมติฐานที่ว่าในแกนกลางของกาแล็กซีแอคทีฟเป็นที่อยู่ของหลุมดำมวลยิ่งยวด



ภาพถ่ายแสดงการเลื่อนไปทางสีแดงและการเลื่อนไปทางสีน้ำเงินของเส้นสเปกจรัมที่ตรวจวัดได้จากแอคเครชั่นดิสค์

 


หน้าแรก

กลับหน้าแรกโฮมเพจฟิสิกส์ราชมงคล