ที่ใจกลางกาแล็กซีของเราในบริเวณที่ปั่นป่วนซึ่งล้อมรอบหลุมดํามวลยิ่งยวดฝุ่นและก๊าซจะหมุนตลอดเวลาขับเคลื่อนโดยคลื่นกระแทกพลังงานสูงที่กระเพื่อมในอวกาศ การใช้ Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติได้ปรับปรุงการสังเกตของเราในภูมิภาคที่วุ่นวายนี้ด้วยปัจจัย 100 และค้นพบโครงสร้างเส้นใยใหม่ที่น่าประหลาดใจ

บริเวณโมเลกุลกลาง (CMZ) ของกาแล็กซีถูกคิดว่าเป็นพื้นที่ที่อุดมไปด้วยฝุ่นและโมเลกุลของก๊าซ ซึ่งกําลังประสบกับวัฏจักรของการก่อตัวและการทําลายล้างอย่างต่อเนื่อง อย่างไรก็ตาม กลไกที่แน่นอนเบื้องหลังกิจกรรมนี้ยังไม่ชัดเจน นักวิทยาศาสตร์มักใช้โมเลกุลเป็นเครื่องหมายเพื่อศึกษากระบวนการต่างๆ ที่เกิดขึ้นภายในเมฆโมเลกุล ในบรรดาเครื่องหมายเหล่านี้ ซิลิกา (SiO) มีความสําคัญอย่างยิ่งในการระบุคลื่นกระแทก

ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติที่นําโดย Kai Yang จากมหาวิทยาลัยเซี่ยงไฮ้เจียวทงใช้ความละเอียดและความไวสูงของ ALMA เพื่อทําแผนที่เส้นสเปกตรัมที่ชัดเจนภายในเมฆโมเลกุลที่ใจกลางทางช้างเผือก และแสดงให้เห็นโครงสร้างเส้นใยยาวชนิดใหม่ในระดับที่ละเอียดกว่า ปฏิสัมพันธ์แบบไดนามิกระหว่างสภาพแวดล้อมที่ปั่นป่วนและโครงสร้างคล้ายเส้นใยที่สร้างขึ้นเมื่อคลื่นกระแทกผ่านให้มุมมองที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นเกี่ยวกับกระบวนการเป็นระยะภายใน CMZ

เสาอากาศ ALMA ชี้ไปที่ทางช้างเผือกเหนือทะเลทราย Atacama เครดิตภาพ: NSF/ AUI/ NSF NRAO/ B.Foott

"เมื่อเราดูภาพ ALMA ที่แสดงน้ําทิ้ง เราสังเกตเห็นว่าเส้นใยยาวเหล่านี้ถูกชดเชยเชิงพื้นที่จากบริเวณที่ก่อตัวของดาวฤกษ์ เส้นใยเหล่านี้ต่างจากวัตถุใด ๆ ที่เรารู้จักเส้นใยเหล่านี้ทําให้เราประหลาดใจจริงๆ ตั้งแต่นั้นมา เราก็คิดว่ามันคืออะไรกันแน่" หยางสรุป

"โครงสร้างเส้นใยยาว" เหล่านี้ถูกค้นพบโดยบังเอิญในเส้นการปล่อยของซิลิกาและโมเลกุลอื่น ๆ อีกแปดโมเลกุล ความเร็วในการจ้องมองของพวกเขาสอดคล้องกับความเร็วการไหลออก ด้วยเหตุนี้จึงไม่สอดคล้องกับโครงสร้างเส้นใยก๊าซหนาแน่นประเภทอื่น ๆ ที่ค้นพบก่อนหน้านี้ นอกจากนี้ โครงสร้างเส้นใยที่ยาวเหล่านี้ไม่ขึ้นกับการปล่อยฝุ่นและดูเหมือนจะไม่อยู่ในสมดุลอุทกสถิต

CMZ 中的細絲。面板 a：MeerKAT 對 Sgr A 區域的 1.28 GHz 射電發射。紅色方框標記了 20 公里/秒雲層和 50 公里/秒雲層。面板 b-c：ALMA 低解析度（~1.9 英寸）觀測得到的 20 公里/秒雲層和 50 公里/秒雲層中 SiO 5-4 的積分強度圖。藍色方框標記了檢測到細絲的放大區域。虛線環表示我們 ALMA 高解析度（~0.23 英寸）觀測的 50% 主光束。面板 d-g：我們 ALMA 高解析度觀測得到的細絲狀 SiO 5-4 發射，對於 20 公里/秒雲層和 50 公里/秒雲層，其積分速度範圍分別為 [-20， 40] 和 [25， 75] 公里/秒。粉色虛線表示已識別的細絲。黑色輪廓線表示 ALMA 1.3 毫米連續譜發射，輻射能量水準為 [5， 25， 45] × 40 µJy beam−1。圖片來源：Yang 等人。

Xing Lu นักวิจัยจากหอดูดาวเซี่ยงไฮ้และผู้เขียนบทความวิจัยสรุปว่า: "การศึกษาของเราเผยให้เห็นว่าเส้นใยเรียวเหล่านี้เป็นส่วนสําคัญของวัฏจักรวัสดุ ซึ่งก่อให้เกิดภูมิทัศน์ที่น่าสนใจของศูนย์กลางทางช้างเผือก เราสามารถคิดว่าพวกมันเป็นพายุทอร์นาโดในอวกาศ: เป็นกระแสอากาศที่รุนแรงซึ่งกระจายอย่างรวดเร็วและกระจายสสารสู่สิ่งแวดล้อมได้อย่างมีประสิทธิภาพ ”

โครงสร้างเส้นใยเรียวเหล่านี้ก่อตัวขึ้นได้อย่างไรนั้นไม่ชัดเจน แต่ทีมงานของศาสตราจารย์หยางรายงานว่ากระบวนการคลื่นกระแทกดูเหมือนจะเป็นคําอธิบายที่เป็นไปได้ การอนุมานนี้ขึ้นอยู่กับการสังเกตที่สําคัญหลายประการ: การเปลี่ยนการหมุน SiO 3-0 ที่มองเห็นได้ชัดเจนในการสังเกต ALMA การปรากฏตัวของเส้นเลือด CH0OH และความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของโมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อนในโครงสร้างเส้นใยที่บอบบางเหล่านี้

Yichen Zhang ศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยเซี่ยงไฮ้เจียวทงและผู้เขียนบทความวิจัยเน้นย้ําว่า: "ความละเอียดเชิงมุมสูงและความไวที่ไม่ธรรมดาของ ALMA เป็นสิ่งสําคัญในการตรวจจับการปล่อยเส้นโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างเส้นใยยาวเหล่านี้ และเพื่อยืนยันว่าไม่มีความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างเหล่านี้กับการปล่อยฝุ่น การค้นพบของเราถือเป็นความก้าวหน้าที่สําคัญในการตรวจจับโครงสร้างเส้นใยยาวเหล่านี้ในระดับ 01.0 พาร์เซกที่ละเอียดกว่า ซึ่งจะเป็นการทําเครื่องหมายพื้นผิวการทํางานของคลื่นกระแทกเหล่านี้ ”

ความก้าวหน้านี้ให้มุมมองโดยละเอียดมากขึ้นเกี่ยวกับกระบวนการแบบไดนามิกที่เกิดขึ้นใน CMZ และเผยให้เห็นกระบวนการวัฏจักรของวัฏจักรวัสดุ ประการแรกคลื่นกระแทกทําหน้าที่เป็นกลไกที่สร้างเส้นใยที่บอบบางเหล่านี้ซึ่งปล่อย SiO รวมถึงโมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อนหลายชนิดเช่น CH3OH, CH0CN และ HC0N เข้าสู่เฟสก๊าซและตัวกลางระหว่างดวงดาว เส้นใยเรียวเหล่านี้จะกระจายไปเพื่อเติมพลังงานของการปลดปล่อยสสารจากคลื่นกระแทกที่มีอยู่ทั่วไปใน CMZ ในที่สุดโมเลกุลเหล่านี้จะแข็งตัวเป็นอนุภาคฝุ่นส่งผลให้เกิดความสมดุลระหว่างการพร่องและการเติม สมมติว่าเส้นใยบาง ๆ เหล่านี้มีอยู่มากมายทั่วทั้ง CMZ เช่นเดียวกับในตัวอย่างนี้ จะมีสมดุลเป็นระยะระหว่างการสูญเสียและการเติมเต็ม

"ปัจจุบัน SiO เป็นโมเลกุลเดียวที่สามารถติดตามคลื่นกระแทกได้โดยเฉพาะ และการเปลี่ยนการหมุนของ SiO 4-0 สามารถตรวจพบได้เฉพาะในบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากคลื่นกระแทกที่มีความหนาแน่นและอุณหภูมิค่อนข้างสูงเท่านั้น" ทําให้เป็นเครื่องมือที่มีค่าอย่างยิ่งสําหรับการติดตามกระบวนการเหนี่ยวนําคลื่นกระแทกภายในบริเวณที่หนาแน่นของ CMZ หวังว่าในอนาคต ALMA จะสามารถยืนยันที่มาของโครงสร้างเส้นใยเหล่านี้และความเป็นไปได้ของกระบวนการเป็นระยะในภูมิภาคนี้โดยเฉพาะของทางช้างเผือกผ่านการสังเกตที่ครอบคลุมการเปลี่ยน SiO หลายครั้งและการสังเกตสํามะโนประชากรทั่วทั้ง CMZ รวมกับการจําลองเชิงตัวเลข

編譯自/ScitechDaily