Una รูปทรงคล้ายกะโหลกศีรษะมนุษย์ได้ดึงดูดความสนใจของวงการดาราศาสตร์อีกครั้งนี่คือเนบิวลา PMR 1 หรือที่รู้จักกันในชื่อเนบิวลากะโหลก หรือ "กะโหลกที่เปิดเผย" ซึ่งเป็นกลุ่มก๊าซและฝุ่นที่ล้อมรอบดาวฤกษ์ที่กำลังจะตาย ซึ่งได้รับการสังเกตการณ์ด้วยรายละเอียดในระดับที่ไม่เคยมีมาก่อนโดย... กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์.
การสังเกตการณ์ใหม่ที่เกิดขึ้น อินฟราเรดใกล้และอินฟราเรดกลางด้วยเครื่องมือ NIRCam และ MIRIเทคนิคเหล่านี้ช่วยให้เราสามารถทะลุผ่านชั้นฝุ่นที่เคยบดบังโครงสร้างบางส่วนได้ ผลลัพธ์ที่ได้คือภาพที่เผยให้เห็นเงาที่น่าขนลุก มีโพรงสีดำสองแห่งที่ชวนให้นึกถึงเบ้าตา และแถบแนวตั้งที่แบ่งเมฆออกเป็นสองซีก ทำให้ดูคล้ายกับสมองที่ถูกห่อหุ้มด้วยกะโหลกโปร่งใส
เนบิวลา PMR1 ถูกตรวจพบมาแล้วกว่าทศวรรษโดย... กล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์ซึ่งก็มาจาก NASA เช่นกัน แต่คุณภาพของข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเวบบ์ได้เปลี่ยนมุมมองที่เรามีต่อโลกไปอย่างสิ้นเชิง ความละเอียดในปัจจุบันทำให้ลักษณะ "ทางกายวิภาค" ของมันดูเด่นชัดยิ่งขึ้นโดยมีขอบเขตที่ชัดเจนยิ่งขึ้นและมีความแตกต่างที่เด่นชัดมากขึ้นระหว่างบริเวณที่เป็นก๊าซและฝุ่นละออง
นอกเหนือจากผลกระทบทางด้านภาพแล้ว ภาพจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ เปลี่ยนเนบิวลาแห่งนี้ให้กลายเป็นห้องปฏิบัติการทางธรรมชาติ สำหรับ ศึกษาช่วงสุดท้ายของดาวฤกษ์มวลปานกลางเช่นเดียวกับที่อาจเกิดขึ้นกับดวงอาทิตย์เองในอีกหลายพันล้านปีข้างหน้า ข้อมูลที่รวบรวมได้กำลังได้รับการวิเคราะห์โดยทีมวิจัยทั่วโลก รวมถึงกลุ่มวิจัยในยุโรปที่ประสานงานผ่านองค์การอวกาศยุโรป (ESA) ซึ่งเข้าร่วมในภารกิจนี้
โครงสร้างที่ประกอบด้วยสองชั้นที่แตกต่างกันอย่างสมบูรณ์
ข้อมูลที่เผยแพร่โดยหน่วยงานด้านอวกาศระบุว่า PMR 1 ประกอบด้วยส่วนประกอบหลักสองส่วน สิ่งเหล่านี้สะท้อนให้เห็นถึงขั้นตอนต่างๆ ในวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ศูนย์กลาง ด้านหนึ่ง มีชั้นนอกที่กระจายตัวและกว้างขวางกว่า ซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากไฮโดรเจนที่ถูกปล่อยออกมาในช่วงแรกของการสูญเสียมวล อีกด้านหนึ่ง มีบริเวณภายในที่ซับซ้อนกว่ามาก มีเส้นใย ปมก๊าซ และกลุ่มฝุ่นที่รวมตัวกันเป็นรูปทรงไม่สม่ำเสมอ
ในภาพที่ได้มาด้วย NIRCam ตัวเรือนภายนอกปรากฏให้เห็นเป็นเส้นขอบสีอ่อนมากภายนอกมีสีขาวนวลเกือบทั้งหมด ในขณะที่ภายในมีสีส้มซึ่งบ่งบอกถึงบริเวณที่มีวัสดุร้อนหรือหนาแน่นกว่าสะสมอยู่ ความแตกต่างของสีนี้เกิดจากวิธีที่ก๊าซปล่อยและกระจายแสงในช่วงคลื่นอินฟราเรดใกล้
วิสัยทัศน์ของ MIRI ซึ่งเป็นเครื่องมือที่ไวต่อแสงอินฟราเรดช่วงกลาง ให้ความสำคัญกับการตรวจจับฝุ่นละอองในอวกาศเป็นอย่างมากในกรณีนี้ ฟองด้านนอกมีสีฟ้าสดใส ในขณะที่บริเวณตรงกลางแสดงโทนสีงาช้างและโครงสร้างที่หนาแน่นมาก การเปรียบเทียบความยาวคลื่นทั้งสองช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถแยกแยะได้ดีขึ้นว่าส่วนใดของเนบิวลาประกอบด้วยก๊าซไอออนเป็นหลัก และส่วนใดเต็มไปด้วยอนุภาคของแข็งขนาดเล็ก
ตามข้อมูลจากทีมวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้อง การปรากฏร่วมกันของชั้นต่างๆ เหล่านี้บ่งชี้ว่าดาวฤกษ์ดวงนี้ได้ผ่านช่วงเวลาของการปลดปล่อยสสารออกมาอย่างต่อเนื่องการพุ่งออกมาครั้งแรกจะก่อให้เกิดชั้นบรรยากาศที่กว้างขวางที่สุด ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยไฮโดรเจน ในขณะที่ระยะต่อมาจะสร้างเมฆชั้นในซึ่งอุดมไปด้วยส่วนผสมของก๊าซและฝุ่นละอองต่างๆ ที่จะถูกจัดเรียงใหม่ภายใต้อิทธิพลของลมดาวฤกษ์และรังสี
รูปแบบการจัดเรียงแบบนี้พบได้ใน เนบิวลาดาวเคราะห์ต่างๆ ศึกษาจากยุโรปและทวีปอื่นๆ แต่ ความชัดเจนที่ปรากฏในเนบิวลากะโหลก ทำให้ PMR 1 เป็นกรณีศึกษาที่เป็นมาตรฐาน เพื่อเปรียบเทียบแบบจำลองทางทฤษฎีเกี่ยวกับวิธีที่ดาวฤกษ์สูญเสียมวลในช่วงท้ายของชีวิต
แถบสีดำและลำแสงที่อาจเป็นไปได้ของวัสดุจากดาวฤกษ์
หนึ่งในรายละเอียดที่สร้างความประหลาดใจให้กับนักวิจัยมากที่สุดคือ แถบสีดำที่ทอดตัวในแนวตั้งผ่านใจกลางของเนบิวลาเส้นนี้แบ่งโครงสร้างออกเป็นสองซีกที่เกือบสมมาตรกัน ทำให้รู้สึกเหมือนกำลังมองสมองที่แบ่งออกเป็นสองกลีบอยู่ภายในกะโหลกที่เปิดอยู่
ตามข้อมูลอย่างเป็นทางการที่เผยแพร่โดย NASA และ ESA การ์ตูนช่องนี้อาจเกี่ยวข้องกับเหตุการณ์การขับไล่วัสดุอย่างรุนแรง จากดาวฤกษ์ศูนย์กลาง ในระบบเนบิวลาปลายทางหลายแห่ง ตรวจพบลำแสงคู่ที่พุ่งออกมาในทิศทางตรงกันข้าม ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของก๊าซโดยรอบ และสร้างช่องมืดที่ทอดยาวไปทั่วเนบิวลา
ที่ด้านบนของภาพที่ถ่ายด้วย MIRI จะเห็นก๊าซภายใน ระบายออกสู่ภายนอกราวกับเป็นกระแสที่ไหลผ่านชั้นนอกผู้เชี่ยวชาญตั้งข้อสังเกตว่า สิ่งที่เราเห็นอาจเป็นภาพที่หยุดนิ่งในช่วงเวลาหนึ่งของกระบวนการที่มีพลวัตสูง ซึ่งไอพ่นได้เปิดช่องว่างในวัสดุโดยรอบ ทำให้เกิด "รอยแผล" แนวตั้งแบบนั้นขึ้น
นอกจากนี้ ยังเป็นไปได้ว่าฝุ่นละอองที่มีความหนาแน่นและเย็นกว่าซึ่งกระจุกตัวอยู่ในแถบนั้นมีส่วนทำให้เกิดสิ่งนี้ด้วย ช่วยลดทอนรังสีอินฟราเรดบางส่วนเป็นการเน้นย้ำความแตกต่างกับพื้นที่ใกล้เคียง การผสมผสานระหว่างรูปทรงการไหล ความหนาแน่นของวัสดุ และทิศทางสัมพันธ์กับแนวสายตาจากโลก ทำให้การตีความมีความซับซ้อน ดังนั้นจึงมีการวิเคราะห์ความสว่าง สี และสเปกตรัมอย่างละเอียดเพื่อไขปริศนาว่าเกิดอะไรขึ้นในบริเวณนั้นกันแน่
อย่างไรก็ตาม การปรากฏตัวของวงดนตรีนี้ยิ่งตอกย้ำความคิดที่ว่า PMR 1 ไม่ใช่เนบิวลาที่อยู่กับที่แต่เป็นผลมาจากกระบวนการต่างๆ ที่ยังคงดำเนินอยู่ ซึ่งสลับกันระหว่างการขับไล่ก๊าซ การก่อตัวของโครงสร้าง และการจัดระเบียบวัสดุใหม่ ขณะที่ดาวฤกษ์กำลังใช้เชื้อเพลิงสำรองสุดท้ายจนหมด
ดาวฤกษ์ที่กำลังจะดับสูญพร้อมชะตากรรมที่ไม่แน่นอน
เนบิวลา PMR 1 ก่อตัวขึ้นเมื่อ ดาวฤกษ์ศูนย์กลางเริ่มหมดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในแกนกลางในดาวฤกษ์ประเภทนี้ การสูญเสียเสถียรภาพนำไปสู่การขับไล่ชั้นนอกสุด ซึ่งถูกเหวี่ยงออกไปในอวกาศเป็นช่วงเวลาสั้นๆ เมื่อเทียบกับอายุขัยทั้งหมดของดาวฤกษ์
ในระยะปัจจุบัน ดาวฤกษ์ดวงนี้อยู่ในขั้นวิวัฒนาการที่ก้าวหน้ามากแล้ว มันถูกล้อมรอบด้วยกลุ่มก๊าซและฝุ่นละอองที่ตัวมันเองได้พ่นออกมา...ในขณะที่แกนกลางของมันถูกบีบอัดและได้รับความร้อน อนาคตของวัตถุนี้จะขึ้นอยู่กับมวลของมันเป็นอย่างมาก ซึ่งเป็นพารามิเตอร์ที่ยังไม่ได้รับการกำหนดอย่างแม่นยำเพียงพอที่จะยุติข้อถกเถียงได้
ถ้าดาวฤกษ์นั้นมีมวลมากพอ แบบจำลองทางทฤษฎีพิจารณาความเป็นไปได้ที่ชีวิตของเขาจะจบลงในลักษณะดังกล่าว การระเบิดซูเปอร์โนวาในสถานการณ์เช่นนั้น สสารบางส่วนของเนบิวลาอาจถูกจัดเรียงใหม่หรือถูกพัดพาไปโดยการระเบิด และเศษซากของดาวฤกษ์อาจกลายเป็นดาวนิวตรอนหรือวัตถุที่มีขนาดกะทัดรัดยิ่งกว่านั้น
ในทางกลับกัน หากมวลมีขนาดเล็กกว่า อยู่ในช่วงใกล้เคียงกับดวงอาทิตย์ เป็นไปได้มากที่สุดว่า ดาวฤกษ์ดวงนี้จะค่อยๆ สูญเสียชั้นต่างๆ ไปเรื่อยๆ จนกระทั่งกลายเป็นดาวแคระขาวแกนกลางที่มีความหนาแน่นสูงนั้น ซึ่งมีขนาดประมาณเท่าโลก จะค่อยๆ เย็นลงอย่างช้าๆ ในช่วงหลายพันล้านปี ในขณะที่เนบิวลาจะค่อยๆ สลายตัวไปสู่สสารระหว่างดาว
ข้อมูลที่รวบรวมโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ร่วมกับการสังเกตการณ์เสริมจากกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินในยุโรปและที่อื่นๆ น่าจะช่วยให้... ปรับปรุงการประมาณค่ามวลและอุณหภูมิให้แม่นยำยิ่งขึ้น ของดาวฤกษ์ศูนย์กลาง ข้อมูลนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำความเข้าใจวงจรชีวิตของระบบและบทบาทที่ PMR1 จะมีต่อภูมิทัศน์ในอนาคตของบริเวณนั้นในกาแล็กซี
อินฟราเรด ปรากฏการณ์พาเรโดเลีย และวิทยาศาสตร์เบื้องหลัง "ใบหน้า" แห่งจักรวาล
หนึ่งในเหตุผลที่ภาพเหล่านี้ดึงดูดความสนใจของสาธารณชนเป็นอย่างมากคือปรากฏการณ์ทางจิตวิทยาอย่างหนึ่ง... พาริโดเลียสมองของเรามักจะจดจำรูปแบบที่คุ้นเคย เช่น ใบหน้า เงา และสิ่งของในชีวิตประจำวัน ในรูปทรงแบบสุ่ม ในเนบิวลากะโหลกนั้น... ช่องว่างสีดำ แถบตรงกลาง และเปลือกนอก ผสานกันจนชวนให้นึกถึงใบหน้าหรือสมองของมนุษย์อย่างชัดเจน.
นาซาและหน่วยงานอื่นๆ ได้เผยแพร่ข้อมูลนี้ไปแล้วในอดีต ภาพถ่ายเนบิวลาที่มีรูปร่างคล้ายผีเสื้อ มือ รูปสัตว์ หรือแม้กระทั่งรอยเท้าปรากฏการณ์ทั้งหมดนี้เป็นผลมาจากแนวโน้มเดียวกันในการฉายภาพที่คุ้นเคยลงบนโครงสร้างของก๊าซและฝุ่น ในกรณีนี้ ชื่อเล่น "กะโหลกที่โผล่พ้น" ได้รับความนิยมเนื่องจากความคล้ายคลึงกันอย่างมาก แต่เหล่านักดาราศาสตร์ยืนยันว่าสิ่งที่เราเห็นเป็นกระบวนการทางธรรมชาติที่เกี่ยวข้องกับจุดจบของชีวิตดาวฤกษ์
เบื้องหลังความสวยงามที่โดดเด่นนั้นซ่อนคุณค่าทางวิทยาศาสตร์มหาศาลไว้ คลื่นอินฟราเรดที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์สำรวจนั้น ช่วยให้สามารถศึกษาพื้นที่ที่แสงที่มองเห็นได้ไม่สามารถเข้าถึงได้เนื่องจากฝุ่นละอองบดบังส่วนหนึ่งของสเปกตรัมแสงที่มองเห็นได้ แต่ยอมให้สเปกตรัมอินฟราเรดส่วนใหญ่ผ่านไปได้ จึงทำให้สามารถวิเคราะห์การกระจายตัวของธาตุเคมี การเย็นตัวของก๊าซ และบทบาทของเนบิวลาเหล่านี้ในการหมุนเวียนของสสารภายในกาแล็กซีได้
จากมุมมองของยุโรป การมีส่วนร่วมของ องค์การอวกาศยุโรปในการพัฒนาและการดำเนินงานของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเวบบ์ สิ่งนี้รับประกันการเข้าถึงข้อมูลพิเศษสำหรับกลุ่มวิจัยทั่วทวีป ศูนย์วิจัยในสเปนและประเทศอื่นๆ ในสหภาพยุโรปกำลังใช้ประโยชน์จากการสังเกตการณ์ประเภทนี้เพื่อศึกษาฟิสิกส์ของก๊าซไอออนไนซ์ การก่อตัวของฝุ่น และพลวัตของการพุ่งออกมาของดาวฤกษ์ในขั้นตอนสุดท้ายของวิวัฒนาการ
ไม่ใช่แค่ภาพที่ดึงดูดสายตาสำหรับโซเชียลมีเดียเท่านั้น เนบิวลากะโหลกได้กลายเป็นกรณีศึกษาที่สำคัญ เพื่อทำความเข้าใจว่าดาวฤกษ์ที่มีลักษณะคล้ายดวงอาทิตย์ส่งสสารกลับสู่ห้วงอวกาศได้อย่างไร ก๊าซที่อุดมสมบูรณ์นี้ เมื่อผสมกับเมฆระหว่างดาวอื่นๆ ในภายหลัง จะสามารถก่อตัวเป็นดาวฤกษ์และดาวเคราะห์รุ่นใหม่ได้ในที่สุด ซึ่งเป็นการปิดวงจรการเกิดและการตายของดาวฤกษ์ในจักรวาล
ภาพของ PMR 1 ที่ได้จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ สรุปประเด็นสำคัญหลายประการของฟิสิกส์ดาราศาสตร์สมัยใหม่ไว้ในฉากเดียว: การตายของดาวฤกษ์ โครงสร้างที่ซับซ้อนของเนบิวลา และการหมุนเวียนของสสารในกาแล็กซีภายใต้รูปลักษณ์ที่น่าขนลุกของกะโหลกที่ลอยอยู่ในความมืด สิ่งที่สังเกตเห็นได้จริง ๆ คือช่วงเวลาชั่วคราวที่อุดมไปด้วยปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์มากมาย ซึ่งการศึกษาปรากฏการณ์เหล่านี้จะยังคงให้เบาะแสเกี่ยวกับชะตากรรมของดาวฤกษ์เช่นเดียวกับโลกของเราต่อไปอีกหลายปี
