xs
xsm
sm
md
lg

Riccardo Giacconi: รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 2002 จากผลงานการบุกเบิกวิชาดาราศาสตร์รังสีเอ็กซ์

เผยแพร่:   โดย: สุทัศน์ ยกส้าน

ซากซูเปอร์โนวา W49B ที่บันทึกภาพในย่านรังสีเอกซ์ และอินฟราเรด (X-ray: NASA/CXC/MIT/L.Lopez et al.; Infrared: Palomar; Radio: NSF/NRAO/VLA)
บุคคลแรกที่พบว่า ดาวฤกษ์สามารถแผ่รังสีเอ็กซ์ได้ คือ นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันชื่อ Herbert Friedman ซึ่งได้ติดตั้งอุปกรณ์ตรวจวัดกัมมันตรังสีแบบ Geiger – Müller ในจรวดที่ถูกยิงขึ้นสู่ระดับสูงเหนือโลกในรัฐ New Mexico ของสหรัฐฯ เมื่อวันที่ 28 มกราคมปี 1949 และพบว่าเครื่องวัดได้บันทึกการรับรังสีเอ็กซ์ที่มาจาก corona ของดวงอาทิตย์เป็นครั้งแรก การพบรังสีเอ็กซ์ครั้งนั้น เพราะเครื่องวัดอยู่สูงมาก รังสีเอ็กซ์จากอวกาศจึงไม่ถูกบรรยากาศโลกดูดกลืน ดังนั้นเวลานักฟิสิกส์ต้องการรับรังสีเอ็กซ์จากดาวฤกษ์ เขาจึงต้องติดตั้งเครื่องรับรังสีในบอลลูน ในดาวเทียม หรือในจรวด

ในเวลานั้น Giacconi มีอายุเพียง 18 ปี และใกล้จะเรียนจบระดับมัธยมศึกษาที่เมือง Milan ในอิตาลีแล้ว เขาเล่าว่า รู้สึกตื่นเต้นกับข่าวการพบรังสีเอ็กซ์จากอวกาศมาก จึงตัดสินใจจะมีอาชีพเป็นนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ และได้ใช้เวลาอีก 13 ปีต่อมาในการบุกเบิกวิทยาการสาขาใหม่ คือ ดาราศาสตร์รังสีเอ็กซ์ (X-ray astronomy) จนทำให้ได้พบแหล่งกำเนิดรังสีเอ็กซ์ที่เป็นดาวฤกษ์ต่างๆ อีกมากมาย อีกทั้งยังมีบทบาทสำคัญในการช่วยสร้างกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Hubble และได้จัดตั้งเครือข่าย Atacama Large Millimeter Array (ALMA) ที่สามารถรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ตั้งแต่ gamma rays, x-rays, ultraviolet rays, infrared rays และคลื่นวิทยุได้

ผลงานเหล่านี้ทำให้ Giacconi ได้รับครึ่งหนึ่งของรางวัลโนเบลฟิสิกส์ประจำปี 2002 ส่วนอีกครึ่งหนึ่งเป็นของ Raymond Davis กับ Masatoshi Koshiba จากการได้ศึกษาธรรมชาติของอนุภาค neutrino ที่มาจากอวกาศ เพราะคนทั้งสองได้บุกเบิกวิทยาการสาขาดาราศาสตร์นิวตริโน (neutrino astronomy) ที่ใช้อนุภาค neutrino ในการศึกษาปรากฏการณ์ต่างๆ ทางดาราศาสตร์
Riccardo Giacconi ให้สัมภาษณ์ หลังทราบว่าได้รับรัลรางวัลโนเบลเมื่อปี 2002 (AFP/GETTY IMAGES/FILE)
เมื่อวันที่ 9 ธันวาคม ปี 2018 ที่ผ่านมานี้ Riccardo Giacconi ได้จากโลกไปในวัย 77 ปี

Giacconi เกิดที่เมือง Genoa ในประเทศอิตาลีเมื่อวันที่ 6 ตุลาคม ปี 1931 และเป็นลูกโทนของครอบครัว บิดามีอาชีพเป็นนักธุรกิจ ส่วนมารดาเป็นครูสอนฟิสิกส์กับคณิตศาสตร์ Giacconi เป็นคนชอบอ่านหนังสือ และใช้ชีวิตตั้งแต่วัยเด็กจนเป็นหนุ่มที่เมือง Milan เมื่อสำเร็จการศึกษาระดับมัธยมศึกษา ได้ไปศึกษาต่อปริญญาตรีสาขาฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัย Milan

ชีวิตการเรียนของ Giacconi ในโรงเรียนดำเนินไปอย่างไม่ราบรื่นนัก เพราะเวลาครูคณิตศาสตร์สอนผิด Giacconi จะลุกขึ้นชี้ที่ครูทำผิด ซึ่งทำให้ครูไม่พอใจ และเวลาเรียนที่มหาวิทยาลัย Milan Giacconi ต้องนั่งฟังเลคเชอร์ที่ไม่สนุกจนเบื่อ และต้องสอบบ่อย แต่ชีวิตการเรียนเริ่มมีรสชาติเมื่อ Giacconi ทำวิจัยในระดับบัณฑิตศึกษาเรื่องสมบัติทางกายภาพของอนุภาคมูลฐาน เช่น muon และ lambda และในที่สุดก็ได้หัวข้อวิทยานิพนธ์ เรื่อง การศึกษาอันตรกริยาระหว่าง proton จากรังสีคอสมิกกับธาตุหนัก เช่น ตะกั่ว โดยใช้ห้องเมฆ (cloud chamber) เป็นอุปกรณ์ในการทดลอง

หลังจากที่ได้รับปริญญาเอกแล้ว Giacconi ได้งานเป็นผู้ช่วยของ Giuseppe Occhialini ซึ่งเป็นนักฟิสิกส์ชาวอิตาลีที่มีชื่อเสียงมาก เพราะเคยร่วมทำงานกับ Patrick Blackett และ Cecil Powell (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1948 และ 1950 ตามลำดับ) จนได้พบอนุภาคมูลฐานต่างๆ มากมาย ครั้นเมื่อ Giacconi ขอความเห็นจาก Occhialini ว่า ควรทำวิจัยเรื่องอะไรต่อไป Occhialini ตอบสั้นๆ เพียงว่า “Go west” นั่นคือ “ให้ไปทำวิจัยต่อที่อเมริกา”

เมื่ออายุ 25 ปี Giacconi ได้รับทุน Fulbright ไปทำงานวิจัยฟิสิกส์ หลังปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัย Indiana ในอเมริกา และได้สร้างห้องเมฆขนาดใหญ่ เพื่อใช้ศึกษาอนุภาค anti-lambda ซึ่ง Giacconi คิดว่าคงเป็นเรื่องที่ทำได้ยาก เพราะอนุภาคมีน้อยจึงต้องใช้เวลาอย่างน้อย 10 ปี จึงขอเปลี่ยนไปทำวิจัยที่มหาวิทยาลัย Princeton เรื่อง ธรรมชาติของอนุภาค mu-meson แทน แต่ก็ไม่ได้พบองค์ความรู้ใหม่ที่สำคัญ

เมื่อหมดทุน Fulbright Giacconi ได้งานใหม่ที่สถาบัน American Science and Engineering ซึ่งที่นั่นมีนักฟิสิกส์รังสีคอสมิกที่มีชื่อเสียง Bruno Rossi เป็นประธานบอร์ด ในเวลานั้นความตื่นเต้นในการทำวิจัยเรื่องรังสีคอสมิกได้ซบเซาลงมากแล้ว เพราะนักวิจัยไม่ได้พบอนุภาคใหม่ๆ เลย Rossi จึงแนะนำให้ Giacconi พยายามค้นหาที่มาของแหล่งกำเนิดรังสีแกมมา และรังสีเอ็กซ์ในอวกาศ เพราะ Rossi ได้รู้มาว่า Friedman แห่งห้องปฏิบัติการ Naval Research Laboratory สามารถรับรังสีเอ็กซ์จากดวงอาทิตย์ได้ ดังนั้น Rossi จึงอนุมานว่า ถ้าดวงอาทิตย์สามารถเปล่งรังสีเอ็กซ์ได้ ดาวฤกษ์ดวงอื่นๆ ต้องสามารถทำได้เช่นกัน

Giacconi ได้ตรึกตรองคิดเรื่องนี้เป็นเวลานานจนรู้ชัดว่า ดาวฤกษ์อื่นๆ ต้องสามารถเปล่งรังสีเอ็กซ์ได้อย่างแน่นอน ถ้าอุณหภูมิของดาวสูงกว่า 1 ล้านองศาเซลเซียส แต่ปัญหาก็มีว่าอุปกรณ์รับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เขามีในเวลานั้นจะมีประสิทธิภาพดีพอที่จะรับรังสีเอ็กซ์ได้หรือไม่ หลังจากที่ได้ปรับปรุงและพัฒนาการทำงานของเครื่องวัด Geiger-Müller จนมีประสิทธิภาพสูงกว่าเดิมประมาณ 50 เท่าแล้ว Giacconi ได้นำเครื่องวัดไปติดตั้งในจรวดของกองทัพอากาศสหรัฐฯ เพื่อยิงขึ้นไปรับรังสีเอ็กซ์จากดวงจันทร์ เพราะคิดว่า เวลาผิวดวงจันทร์ได้รับรังสีจากดวงอาทิตย์ มันจะสามารถเปล่งรังสีเอ็กซ์ได้

ในการทดลองเมื่อวันที่ 18 มิถุนายน ค.ศ.1962 จรวดได้ทะยานขึ้นถึงระยะสูง 224 กิโลเมตรเหนือผิวโลก อุปกรณ์ Geiger บนจรวดได้รายงานการเผชิญรังสีเอ็กซ์ที่มีความเข้มสูง จากแหล่งกำเนิดที่เป็นดาวอื่นที่มิใช่ดวงจันทร์ แต่เป็นดาวฤกษ์ที่อยู่นอกระบบสุริยะ การตรวจสอบข้อมูลที่ได้อย่างละเอียด ได้ยืนยันการค้นพบนี้

ผลงานของ Giacconi เรื่องนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารฟิสิกส์ชั้นนำของโลกคือ Physical Review Letters ผลที่ตามมาคือ Giacconi ได้รับเชิญไปบรรยายในที่ประชุมวิชาการที่มหาวิทยาลัย Stanford ในอเมริกา และได้ตั้งชื่อแหล่งกำเนิดรังสีเอ็กซ์ที่เขาพบว่า Scorpius X-1 เพราะแหล่งกำเนิดอยู่ในกลุ่มดาวแมงป่อง Scorpius ส่วน X นั้นมาจากคำเอ็กซ์เรย์ และ 1 แสดงว่าเป็นดาวฤกษ์ดวงแรกที่มีการพบว่าปล่อยรังสีเอ็กซ์ การค้นพบนี้จึงทำให้โลกวิทยาการดาราศาสตร์รังสีเอ็กซ์ถือกำเนิดตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา

หลังจากนั้นไม่นานก็ได้มีการพบว่า ดาวพัลซาร์ปู (Crab pulsar) นอกจากจะปล่อยแสงที่ตาเห็น และคลื่นวิทยุแล้ว ยังปล่อยรังสีเอ็กซ์ที่มีความเข้มสูงหมื่นล้านเท่าของรังสีเอ็กซ์ที่มาจากดวงอาทิตย์ด้วย ต่อมาอีกไม่นานนักดาราศาสตร์ก็ได้พบแหล่งกำเนิดรังสีเอ็กซ์ในกลุ่มดาวหงส์ชื่อ Cygnus X-1 ซึ่งได้รับการพิสูจน์ว่าเป็นหลุมดำ (หลุมดำมิได้ปล่อยรังสีเอ็กซ์ แต่สสารที่กำลังเคลื่อนที่เข้าหาหลุมดำแผ่รังสีเอ็กซ์)

ในปี 1978 Giacconi กับคณะได้ส่งหอสังเกตการณ์ลอยฟ้าชื่อ Einstein (Einstein Observatory) ขึ้นอวกาศเพื่อค้นหาดาวที่เปล่งรังสีเอ็กซ์ และได้พบดาว quasar กับกาแล็กซีอีกเป็นจำนวนกว่า 5,000 แหล่งที่เปล่งรังสีเอ็กซ์ได้

ข้อมูลที่ได้จากการศึกษาแหล่งกำเนิดรังสีเอ็กซ์ทำให้นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์สามารถรู้ได้ว่า ดาวฤกษ์ต่างๆ ถือกำเนิดอย่างไร และหลุมดำที่อยู่ที่ใจกลางของกาแล็กซี มีวิวัฒนาการอย่างไร
ลุถึงปี 1999 Giacconi ได้มีบทบาทในการสร้างหอสังเกตการณ์ลอยฟ้าชื่อจันทรา Chandra X-ray Observatory (ตั้งตามชื่อของ Subrahmanyan Chandrasekhar ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1983) เพื่อค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ ดาวนิวตรอน สสารมืด และพลังงานมืด

นอกจากจะมีผลงานดาราศาสตร์ที่ปรากฎในอเมริกาแล้ว Giacconi ยังมีส่วนร่วมในการพัฒนาวิชาดาราศาสตร์ในยุโรปด้วย โดยได้ไปเป็นผู้อำนวยการของหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์ที่อยู่ทางใต้ของยุโรป (European Southern Observatory ESO)

ณ วันนี้ ดาราศาสตร์ รังสีเอ็กซ์ ได้ก้าวหน้าไปมาก เพราะนักดาราศาสตร์ที่สนใจวิชานี้ได้พบว่า ดาวแทบทุกดวงสามารถให้กำเนิดรังสีเอ็กซ์ได้ ไม่ว่าจะเป็นหลุมดำ กาแล็กซี ซูเปอร์โนวา ดาวคู่ (binary stars) กลุ่มดาว Orion, เนบิวลา (Crab Nebula) ดาวฤกษ์ เช่น Proxima Centrauri, Eta Carinae, microquasar, magnetar หวังแม้แต่ Pluto และดวงจันทร์ก็สามารถเปล่งรังสีเอ็กซ์ได้

ในการศึกษา วิเคราะห์เหตุการณ์นี้ นักดาราศาสตร์จำเป็นต้องใช้กล้องโทรทรรศน์รังสีเอ็กซ์ โดยเฉพาะ เพราะกล้องโทรทรรศน์ธรรมดาที่ใช้แก้วทำเลนส์ไม่สามารถโฟกัสรังสีเอ็กซ์ได้ สืบเนื่องจากการที่รังสีเอ็กซ์มีความยาวคลื่นสั้นมาก ดังนั้นเวลารังสีเอ็กซ์เคลื่อนที่ผ่านแก้ว มันแทบไม่หักเหเลย คือ พุ่งไปเป็นเส้นตรง ดังนั้นในการโฟกัสรังสีเอ็กซ์ เขาใช้วิธีสะท้อน โดยให้รังสีเอ็กซ์พุ่งกระทบกระจกในแนวเฉียดๆ คือ มุมตกกระทบเกือบเท่ากับ 90° แล้วให้รังสีสะท้อนไปตกกระทบกระจกที่ทำด้วย ceramic หรือโลหะ จำนวนหลายกระจกที่วางเรียงรายกัน จนในที่สุดรังสีเอ็กซ์จะลู่เข้าไปรวมกันทำให้ได้ให้ภาพ

คำถามที่เป็นที่น่าสนใจของวิทยาการสาขานี้ ได้แก่ การรู้ที่มาของสนามแม่เหล็กในอวกาศ การปล่อยรังสีเอ็กซ์ในดาวที่มีสมบัติกายภาพต่างๆ กัน โดยเฉพาะในกรณีรังสีเอ็กซ์จาก corona ของดวงอาทิตย์ ซึ่งได้พบว่ามีอุณหภูมิ 14 ล้านองศาเคลวิน ว่าเกิดขึ้นได้อย่างไร

อ่านเพิ่มเติมจาก R. Giacconi ใน Nobel Lecture: The Dawn of X-ray Astronomy ใน Review of Modern Physics ฉบับที่ 75 ปี 2003

สุทัศน์ ยกส้าน

ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย

อ่านบทความ "โลกวิทยาการ" จาก "ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน" ได้ทุกวันศุกร์


กำลังโหลดความคิดเห็น...