โชคดีสําหรับชีวิตบนโลกชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ปิดกั้นรังสีแกมมาที่เป็นอันตรายส่วนใหญ่แต่เนื่องจาก
การค้นพบนี้เรียกว่าฟองสบู่ Fermiแม้ว่าธรรมชาติของปรากฏการณ์นี้จะยังคงเป็นปริศนา แต่นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าพวกมันมีความเกี่ยวข้องกับหลุมดำมวลมหาศาลที่ตั้งอยู่ใจกลางกาแลคซี่ แต่การศึกษาใหม่แสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้ไม่เป็นความจริงทั้งหมด
รังสีแกมมาคอสมิกศึกษาอย่างไร?
จักรวาลเป็นที่อยู่ของผู้คนมากมายปรากฏการณ์ที่แปลกใหม่และสวยงาม ซึ่งบางส่วนสามารถสร้างพลังงานได้ในปริมาณที่แทบจะจินตนาการไม่ได้ หลุมดำมวลมหาศาล การควบรวมดาวนิวตรอน กระแสก๊าซร้อนที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสง ทั้งหมดนี้เป็นเพียงตัวอย่างบางส่วนของเหตุการณ์ที่สร้างฟลักซ์ของรังสีแกมมา
จำได้ว่ารังสีแกมมามากที่สุดรูปแบบพลังงานของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า มีความยาวคลื่นสั้นที่สุด (น้อยกว่า 2⋅10-10 ม.) และเป็นกระแสของโฟตอนพลังงานสูง รังสีดังกล่าวมีคุณสมบัติในการแตกตัวเป็นไอออน กล่าวคือ สามารถเปลี่ยนอะตอมให้เป็นไอออนที่มีประจุได้
เนื่องจากการมองเห็นจากระดับพื้นดินถูกปิดกั้น นักวิทยาศาสตร์จึงไม่สามารถทำได้ไม่มีความคิดเกี่ยวกับความมั่งคั่งของรังสีแกมมาบนท้องฟ้าจนกระทั่งเครื่องมือวิจัยถูกปล่อยสู่อวกาศ การสังเกตการณ์โดยไม่ได้ตั้งใจครั้งแรกเกิดขึ้นโดยดาวเทียม Vela ที่เปิดตัวในทศวรรษ 1960 เพื่อติดตามการทดสอบนิวเคลียร์ที่ถูกสั่งห้าม
ภาพประกอบของศิลปินเกี่ยวกับดาวเทียม Vela ที่โคจรรอบโลก ภาพ: โดเมนสาธารณะ, ลิงก์
เมื่อวันที่ 2 กรกฎาคม พ.ศ. 2510 เครื่องตรวจจับของดาวเทียม Vela 4 และVela 3 บันทึกการปะทุของรังสีแกมมาครั้งแรก ซึ่งแตกต่างจากลายเซ็นที่รู้จักที่เกี่ยวข้องกับอาวุธ การวิเคราะห์เพิ่มเติมพบว่าไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับโลกและการทดสอบระเบิดปรมาณู
การศึกษารังสีแกมมาอย่างสมบูรณ์ในอวกาศเริ่มต้นด้วยการเปิดตัวกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Fermi ในปี 2551 อุปกรณ์ประกอบด้วยจอภาพระเบิดรังสีแกมมาและกล้องโทรทรรศน์กว้าง Fermi ใช้ซินทิลเลเตอร์ นั่นคือสารที่สามารถเรืองแสงได้เมื่อดูดซับรังสีไอออไนซ์ แสงจากเซ็นเซอร์ดังกล่าวถูกจับโดยเครื่องตรวจจับแสง ซึ่งช่วยให้คุณแก้ไขพลังงานรังสีได้ ตัวเรืองแสงวาบของกล้องโทรทรรศน์อยู่ที่ด้านข้างของยานอวกาศเพื่อให้เห็นท้องฟ้าทั้งหมดที่ไม่ได้บดบังโดยโลก
กล้องโทรทรรศน์พื้นที่ขนาดใหญ่ (LAT) ตรวจพบรังสีแกมมาแต่ละตัวโดยใช้เทคโนโลยีคล้ายกับเครื่องเร่งอนุภาคภาคพื้นดิน โฟตอนกระทบแผ่นโลหะบาง ๆ กลายเป็นคู่อิเล็กตรอน-โพซิตรอน อนุภาคที่มีประจุเหล่านี้เดินทางผ่านเครื่องตรวจจับไมโครสตริปซิลิคอนสลับชั้น ทำให้เกิดอิออไนเซชันที่สร้างพัลส์ไฟฟ้าขนาดเล็กที่ตรวจจับได้
ตลอดหลายปีที่ผ่านมา Fermi ได้สร้างผลงานมากมายการค้นพบที่น่าอัศจรรย์ ตัวอย่างเช่น เขาเป็นคนแรกที่ค้นพบพัลซาร์ที่ปล่อยรังสีแกมมาเท่านั้น เรียนรู้ว่าเศษซากของซุปเปอร์โนวาทำหน้าที่เหมือนเครื่องเร่งอนุภาคขนาดยักษ์ และสังเกตการระเบิดของรังสีแกมมาในช่วงพายุฝนฟ้าคะนองบนโลก แต่การค้นพบที่น่าประหลาดใจที่สุดคือฟองสบู่ Fermi
ภาพประกอบของศิลปินเกี่ยวกับกล้องโทรทรรศน์แฟร์มี ภาพ: ห้องปฏิบัติการภาพแนวคิดศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดของ NASA
ยิ่งวิจัยยิ่งลึกลับ
ในเดือนพฤศจิกายน 2553 นักวิจัยได้ประกาศว่าทั้งสองด้านของแกนกลางของทางช้างเผือก พบว่ามีโครงสร้างรูปไข่ขนาดใหญ่ 2 แบบของพลาสมาที่มีพลังซึ่งปล่อยคลื่นรังสีแกมมาและรังสีเอกซ์ โครงสร้างเหล่านี้เรียกว่าฟองแฟร์มี ขยายออกไป 25,000 ปีแสงขึ้นและลงจากใจกลางกาแลคซี ระยะทางจากดวงอาทิตย์ถึงดวงอาทิตย์ประมาณ 26,000 ปีแสง
ภาพประกอบศิลปะของฟอง Fermi วิดีโอ: NASA
รังสีแกมมาพื้นหลังที่กระจัดกระจายอยู่ในกาแลคซีและพื้นที่โดยรอบรบกวนการตรวจจับโครงสร้างยักษ์ที่แปลกประหลาดเหล่านี้ก่อนหน้านี้ แต่พลังของกล้องโทรทรรศน์ Fermi และความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีสามารถเอาชนะปัญหานี้ได้
นักวิจัยเชื่อว่าที่มาของฟองสบู่เป็นหลุมดำมวลมหาศาลในดาราจักร ยิ่งกว่านั้นจะต้องเชื่อมโยงผ่านมัน สมมติฐานที่ได้รับความนิยมมากที่สุดแสดงให้เห็นว่าหลุมดำกำลังดูดซับสสารอย่างแข็งขันโดยพ่นพลาสมาขนาดยักษ์ที่มองเห็นได้ในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า ก่อนหน้านี้มีการค้นพบแหล่งที่คล้ายคลึงกันในดาราจักรอื่น
ข้อมูลเชิงสังเกตเกี่ยวกับฟองสบู่ Fermi วิดีโอ: NASA
เพื่อยืนยันทฤษฎีนี้ นักวิทยาศาสตร์มองหาสิ่งนี้“ปล่องไฟ” เป็นไอพ่นแบบเสาของพลาสมาตั้งฉากกับระนาบของดาราจักร ในไม่ช้าก็สังเกตเห็นสิ่งที่คล้ายกันและวัดในภายหลังในฟองสบู่ Fermi
การวิจัยเพิ่มเติม อย่างไรก็ตาม ให้ใหม่คำถาม. ปรากฎว่าฟองสบู่ดูไม่สมมาตรตามที่ทฤษฎีแนะนำ ในขณะที่หนึ่งในนั้นมีภาพที่ชัดเจนของ "ปล่องไฟ" ในอีกทางหนึ่ง - ในกระบวนการวัดก็เริ่มหายไป นอกจากนี้ยังพบ "รังไหม" จุดสว่างแปลก ๆ ในหนึ่งในนั้นซึ่งไม่สามารถอธิบายได้ แต่อย่างใด
ลักษณะลึกลับของ "รังไหม"
นักวิจัยสำรวจกลีบของฟองสบู่ Fermiพบว่าถูกปกคลุมไปด้วยโครงสร้างลึกลับหลายอย่างประกอบด้วยรังสีแกมมาที่สว่างมากและโดดเด่น มีจุดสว่างที่สุดแห่งหนึ่งในกลีบด้านใต้และมีชื่อว่า Fermi cocoon
โคคูน แฟร์มี. ภาพ: Kavli IPMU
ในบทความที่ตีพิมพ์เมื่อเร็ว ๆ นี้ในวารสาร Natureดาราศาสตร์ นักวิจัยรายงานว่าพวกเขาสามารถกำหนดลักษณะของรังไหมนี้ ในงานของพวกเขา นักวิทยาศาสตร์วิเคราะห์ข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศ GAIA และ Fermi เพื่อแสดงให้เห็นว่ารังไหม Fermi เกิดขึ้นจริงจากการแผ่รังสีจากกาแล็กซีดาวแคระราศีธนู (SagDEG)
ดาราจักรบริวารของทางช้างเผือกนี้สามารถมองเห็นได้เมื่อการสังเกตจากโลกผ่านฟองอากาศ Fermi เนื่องจากวงโคจรที่แคบของมัน มันจึงสูญเสียก๊าซในอวกาศไปมากในขณะที่มันโคจรรอบกาแล็กซีของเรา และดาวหลายดวงของมันถูกดึงออกจากจานดาวของพวกมันและดึงเข้าไปในลำธารตามสาย SagDEG
ตำแหน่งของดวงอาทิตย์และดาราจักรวงรีแคระในราศีธนู ภาพ: Kavli IPMU
ดาราจักรนี้แทบไม่มีวัสดุสำหรับการก่อตัวดาวฤกษ์และกระบวนการเชิงรุก อย่างไรก็ตาม มันยังสามารถซ่อนแหล่งที่มาของรังสีแกมมาได้ ในงานของพวกเขา นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ได้แสดงให้เห็นว่าการเรืองแสงลึกลับของรังไหม Fermi สามารถอธิบายได้ด้วยพัลซาร์มิลลิวินาทีจำนวนมากที่อยู่ในกาแลคซี SagDEG
พัลซาร์มิลลิวินาทีเป็นเศษซากดาวบางประเภทซึ่งมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์มาก ซึ่งอยู่ในระบบดาวคู่แบบใกล้ชิด ภายใต้อิทธิพลของการหมุนอย่างสุดขั้ว พวกมันจะโยนอนุภาคที่เร่งความเร็วขึ้นสู่อวกาศ อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากพัลซาร์มิลลิวินาทีชนกับโฟตอนพื้นหลังไมโครเวฟคอสมิกพลังงานต่ำ ผลักพวกมันไปทางรังสีแกมมาพลังงานสูง
แม้ว่านักวิจัยจะสามารถอธิบายแยกออกมาได้ผลกระทบที่เกี่ยวข้องกับฟองสบู่ Fermi ธรรมชาติที่ซับซ้อนของปรากฏการณ์นี้ และรังสีแกมมาคอสมิกโดยทั่วไปยังคงเป็นปริศนา แม้ว่านิวเคลียสของดาราจักรที่แอคทีฟนั้นเชื่อกันว่าเป็นแหล่งหลักของรังสีแกมมามาช้านาน แต่ตอนนี้เป็นที่รู้กันว่าไม่ถูกต้อง
สมมติฐานทางเลือกหนึ่งชี้ให้เห็นว่าปฏิสัมพันธ์ที่ไม่รู้จักของสสารมืดสามารถก่อให้เกิดรังสีส่วนใหญ่ได้ นักวิทยาศาสตร์จะสามารถค้นพบในการทดลองใหม่ ๆ และบางทีเบาะแสเพิ่มเติมอาจมีฟอง Fermi ลึกลับ
อ่านเพิ่มเติม:
NASA เผยอนาคตของระบบสุริยะจะเป็นอย่างไร
นักฟิสิกส์ได้ทำให้อะตอมเย็นลงเพื่อบันทึกอุณหภูมิ พวกมันเย็นกว่าอวกาศเป็นพันล้านเท่า
นักวิจัยอธิบายว่าเหตุใดอินเดียและเอเชียจึงชนกันอย่างรวดเร็ว
ภาพหน้าปก: NASA/GSFC/DOE/Fermi LAT/D.Finkbeiner et al.