เผยรูปร่างหลอน “เนบิวลา” เย็นจัดที่สุดในเอกภพ

หลังจากใช้กล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นเพื่อศึกษาสภาพหนาวเย็นและรูปร่างที่แท้จริงของ “เนบิวบูเมอแรง” เผยให้เห็นรูปร่างหลอนๆ ของสถานที่อันเย็นจัดที่สุดในเอกภพ และเห็นภาพของดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ขณะตายลงแล้วกลายเป็นเนบิวลา

เนบิวลาบูเมอแรง (Boomerang Nebula) จัดเป็นสถานที่อันเย็นจัดที่สุดในเอกภพ โดยมีอุณหภูมิเพียง 1 เคลวินหรือ -272.2 องศาเซลเซียส นับเป็นอุณหภูมิที่ต่ำกว่าอุณหภูมิเฉลี่ยในอวกาศ ซึ่งไซน์เดลีระบุว่า นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุอัลมา (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array: ALMA) ที่ชิลี ศึกษาเนบิวลาดังกล่าว เพื่อวิเคราะห์คุณสมบัติอันเย็นจัดและประเมินรูปร่างที่แท้จริงของเนบิวลานี้ และพบว่ารูปร่างจริงดูหลอนเหมือนผี

เดิมทีจากการศึกษาด้วยกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้น พบว่าเนบิวลานี้มีรูปร่างไม่สมดุล จึงได้ชื่อเนบิวลาบูเมอแรง ภายหลังเมื่อศึกษาด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (Hubble Space Telescope) กลับเผยให้เห็นรูปร่างเหมือนโบว์ที่ผูกกัน แต่ข้อมูลใหม่จากกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นที่มีเสาอากาศรับสัญญาณวิทยุ 66 ต้นเรียงกันกว้างถึง 16,000 เมตร บนพื้นที่สูงจากระดับน้ำทะเล 5,000 เมตร เผยให้เห็นว่า ภาพจากฮับเบิลบอกข้อมูลเราแค่บางส่วนเท่านั้น

รัฆเวนทรา สหาย (Raghvendra Sahai) นักวิจัยจากห้องปฏิบัติการจรวดขับเคลื่อนความดัน ขององค์การบริหารการบินอวกาศสหรัฐ (นาซา) ในพาซาเดนา แคลิฟอร์เนีย กล่าวว่า กล้องอัลมาทำให้เห็นธรรมชาติที่แท้จริงของวัตถุที่เย็นจัดนี้ จากเนบิวลารูปร่างเหมือนบูเมอแรงเมื่อศึกษาด้วยกล้องโทรทรรศน์เชิงแสงจากพื้นโลก กลับเป็นเนบิวลาที่มีรูปร่างเหมือนกำลังขยายตัวออกสู่อวกาศอย่างเร็ว

เนบิวลาบูเมอแรงนั้นอยู่ห่างจากโลก 5,000 ปีแสง ในกลุ่มดาวคนครึ่งม้า (Centaurus) และค่อนข้างเป็นเนบิวลาดาวเคราะห์ (planetary nebula) ที่มีอายุน้อย และความจริงแล้วเนบิวลาดาวเคราะห์คือดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ของเราที่หมดอายุขัยแล้ว และเริ่มสลัดผิวชั้นนอกออก สิ่งที่เหลืออยู่ตรงใจกลางของเนบิวลาคือดาวแคระขาว (white dwarf star) ซึ่งปลดปล่อยรังสีอัลตราไวโอเลตอย่างเข้มออกมา เป็นสาเหตุให้ก๊าซในเนบิวลาเรืองแสงและปลดปล่อยแสงที่เจิดจ้าออกมา

สำหรับเนบิวลาบูเมอแรงนั้นอยู่ในขั้นก่อนจะเป็นเนบิวลาดาวเคราะห์ ซึ่งเป็นระยะตอนกลางของดาวฤกษ์ที่กำลังเข้าสู่ระยะเนบิวลาดาวเคราะห์ ใจกลางของดาวยังไม่ร้อนพอที่จะปลดปล่อยรังสีอัลตราไวโอเลตจนเกิดลักษณะเรืองแสง ซึ่งเรามองเห็นเนบิวลาระยะนี้ได้จากแสงของดาวที่สะท้อนฝุ่นออกมา โดยก๊าซที่ไหลออกจากดาวกำลังตายลงนี้ขยายตัวออกอย่างฉับพลันและเย็นตัวลงด้วย

ทั้งนี้ นักวิจัยสามารถวัดอุณหภูมิของก๊าซในเนบิวลาจากการพิจารณาว่า มีการดูดกลืนรังสีพื้นหลังของเอกภพ (cosmic microwave background radiation) ซึ่งเป็นคลื่นไมโครเวฟอย่างไร โดยรังสีพื้นหลังนั้นมีอุณหภูมิสม่ำเสมออยู่ที่ 2.8 เคลวิน หรือ -270.5 องศาเซลเซียส

เมื่อใช้กล้องอัลมานักดาราศาสตร์ก็ไม่เห็นภาพอย่างที่สังเกตด้วยกล้องฮับเบิล แต่เมื่อศึกษาการกระจายตัวของโมเลกุลคาร์บอนมอนอไซด์ ซึ่งเรืองแสงที่ความยาวคลื่นระดับมิลลิเมตร พวกเขาก็ได้เห็นโครงสร้างเดียวกับที่สังเกตด้วยฮับเบิล  แต่เห็นเพียงโครงสร้างภายในของเนบิวลา แต่ในการศึกษาจริงพวกเขาได้เห็นเมฆหมอกของก๊าซเย็น ที่ขยายยืดออกไปรอบๆ
 
นักวิจัยยังค้นพบเส้นทางของเม็ดฝุ่นระดับมิลลิเมตรรอบๆ ดาวฤกษ์ที่กำลังกลายเป็นเนบิวลานี้ ซึ่งเป็นสิ่งที่อธิบายว่าทำไมเมื่อสังเกตในย่านแสงที่ตามองเห็นจึงเห็นเป็นรูปร่างเหมือนนาฬิกาทราย ฝุ่นเหล่านี้ได้สร้างฉากบัง ที่มัวสัดส่วนตรงกลางของดาว และยอมให้แสงผ่านช่องแคบที่อยู่ตรงข้ามกับทิศทางของเมฆหมอกก๊าซออกมา ทำให้ปรากฏรูปร่างเหมือนนาฬิกาทราย

งานวิจัยนี้ยังบ่งบอกว่าเนบิวลากำลังร้อนขึ้นด้วย แม้ว่ายังคงเย็นกว่ารังสีพื้นหลังของเอกภพก็ตาม ซึ่งการร้อนขึ้นนี้อาจจะเป็นเพราะปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก (photoelectric effect) ปรากฏการณ์ที่พบโดย อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่แสงถูกดูดกลืนโดยสสารแข็ง และสสารนั้นก็ปลดปล่อยอิเล็กตรอนออกมา

สหายชี้ถึงประโยชน์ของการศึกษาครั้งนี้ว่า เป็นเรื่องสำคัญที่จะทำความเข้าใจว่าดาวฤกษ์ตายอย่างไร และกลายเป็นเนบิวลาดาวเคราะห์อย่างไร และกล้องอัลมาก็ช่วยให้เราศึกษาการตายของดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ได้