ฟิสิกส์ของแหล่งวิทยุนอกดาราจักร
เดวิด เอส. เดอยัง เว็บสล็อต สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยชิคาโก: 2002 450 หน้า $45 หลังสงครามโลกครั้งที่สอง นักวิทยาศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอังกฤษและออสเตรเลีย ได้หันอุปกรณ์เรดาร์ในช่วงสงครามไปสู่ท้องฟ้าเพื่อติดตามการค้นพบก่อนสงครามโดย Karl Jansky และ Grote Reber เรื่องการปล่อยคลื่นวิทยุจากทางช้างเผือก แม้ว่าในตอนแรกจะถูกขัดขวางโดยความละเอียดเชิงมุมที่ไม่ดีและความไวที่จำกัด แต่พวกมันก็สามารถตรวจจับแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุที่ไม่ร้อนจัดอันทรงพลังจากดาราจักรที่อยู่ห่างไกลหลายแห่งได้ ในช่วงทศวรรษ 1950 และ 1960 ได้มีการพัฒนาเทคนิคการสังเคราะห์อินเทอร์เฟอโรเมตริกและรูรับแสงอันทรงพลัง เมื่อรวมกับความก้าวหน้าทางทฤษฎี โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสหภาพโซเวียต พวกเขาแสดงให้เห็นว่าการแผ่รังสีวิทยุที่สังเกตได้นั้นเกิดจากการแผ่รังสีซินโครตรอนที่ปล่อยออกมาจากเมฆก้อนใหญ่ของอิเล็กตรอนที่มีสัมพัทธภาพสูงซึ่งเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กอ่อนซึ่งห่างไกลจากดาราจักรแม่
แต่พบว่าแหล่งวิทยุนอกกาแล็กซี่บางแหล่งมีขนาดเล็กกว่ามาก และดูเหมือนว่าจะแตกต่างกันไปตามระดับเวลาของเดือนหรือน้อยกว่านั้นอย่างน่าประหลาดใจ เครื่องวัดอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์และการบดบังดวงจันทร์ถูกใช้เพื่อค้นหาแหล่งกำเนิดวิทยุบนท้องฟ้าอย่างแม่นยำ นำไปสู่การสังเกตการณ์ดาราจักรวิทยุที่อยู่ห่างไกลออกไป และนำไปสู่การค้นพบควาซาร์ ในช่วงปลายทศวรรษ 1960 อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์สำหรับการบันทึกเทปได้ขยายเส้นฐานของตัวตรวจวัดคลื่นวิทยุไปยังมิติข้ามทวีป ด้วยความละเอียดเชิงมุมที่ดีกว่า 0.001 อาร์ควินาทีที่มีอยู่ นักดาราศาสตร์วิทยุสามารถแสดงให้เห็นว่าแหล่งพลังงานที่ขับเคลื่อนกาแลคซีวิทยุและควาซาร์มีขนาดเล็กเพียงไม่กี่ปีแสงหรือน้อยกว่า
ดาราวิทยุ: กล้องโทรทรรศน์วิทยุ Parkes ใกล้เมือง Alectown ในออสเตรเลียตรวจพบสัญญาณนอกดาราจักร เครดิต: J. SARKASSIAN/CSIRO
ทุกวันนี้ กล้องโทรทรรศน์วิทยุมีความอ่อนไหวมากกว่าเครื่องมือในยุคหลังสงครามที่บุกเบิกถึงล้านเท่า และได้จัดทำรายการแหล่งวิทยุนอกกาแล็กซีมากกว่าหนึ่งล้านแหล่ง นักดาราศาสตร์วิทยุใช้ความยาวคลื่นตั้งแต่น้อยกว่ามิลลิเมตรจนถึงหลายเมตร ซึ่งเทียบได้กับช่วงตั้งแต่อินฟราเรดไปจนถึงออปติคัลและอัลตราไวโอเลตไปจนถึงส่วนเอ็กซ์เรย์ของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า อาร์เรย์กล้องโทรทรรศน์วิทยุขนาดใหญ่แสดงรายละเอียดที่น่าทึ่งในเมฆซินโครตรอน เผยให้เห็นไอพ่นบางๆ ที่นำก๊าซอิเล็กตรอนเชิงสัมพันธ์จากนิวเคลียสของดาราจักรกัมมันต์ (AGN) ออกไปยังกลีบวิทยุที่อยู่ห่างไกลออกไปมากที่สุดเท่าที่ล้านปีแสงหรือมากกว่าจากเครื่องยนต์ส่วนกลาง . การสังเกตการณ์ด้วยเครื่องวัดระยะคลื่นวิทยุทั่วโลกโดยใช้ความละเอียดเชิงมุมซึ่งดีกว่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลถึง 100 เท่า แสดงให้เห็นโดยตรงว่าพลาสมาสัมพัทธภาพถูกขับออกจากเครื่องยนต์ส่วนกลางด้วยความเร็วที่เห็นได้ชัดเกินความเร็วแสง นี่เป็นภาพลวงตาที่เกิดจากเวลาการแพร่กระจายสัญญาณที่จำกัดจากแหล่งกำเนิดรังสีที่เคลื่อนที่แบบสัมพัทธภาพ
อย่างไรก็ตาม ข้อสังเกตใหม่นี้
อาจทำให้เกิดคำถามมากกว่าที่พวกเขาตอบ แหล่งที่มาของพลังงานยังไม่ชัดเจน แม้ว่าโดยทั่วไปจะสันนิษฐานว่าเกี่ยวข้องกับการรวมตัวของวัสดุเข้าไปในหลุมดำขนาดใหญ่ที่มีมวลมากถึง 10 9เท่าของดวงอาทิตย์ วิธีที่พลังงานถูกแปลงเป็นลำอนุภาคที่มีความสัมพันธ์เชิงซ้อนสูงยังคงเป็นปริศนา เหตุใดกาแล็กซีบางแห่งจึงเป็นแหล่งคลื่นวิทยุที่ทรงพลัง แต่ที่อื่นๆ ไม่มี เหตุใดควาซาร์ที่มีพลังบางครั้งก็ดังและบางครั้งก็เงียบ สมบัติของแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุนอกดาราจักรที่สังเกตได้ภายในขอบเขตกว้างเพียงใด และเป็นผลมาจากผลกระทบทางเรขาคณิตมากน้อยเพียงใด อะไรคือความสัมพันธ์ระหว่างควาซาร์, AGN และการก่อตัวของดาราจักร โดยเฉพาะอย่างยิ่งการปะทุของการเกิดดาวที่มักพบในดาราจักรที่อยู่ห่างไกลออกไป?
ในฟิสิกส์ของแหล่งวิทยุนอกดาราจักรเดอยังกล่าวถึงประเด็นเหล่านี้ทั้งหมด โดยเริ่มจากการทบทวนคุณสมบัติของดาราจักรวิทยุและควาซาร์ในเชิงคุณภาพ บทอื่น ๆ กล่าวถึงการประยุกต์ใช้รังสีซินโครตรอน พลาสมา และฟิสิกส์เจ็ตที่เกี่ยวข้องกับแหล่งกำเนิดวิทยุนอกดาราจักร สูตรคลาสสิกได้มาจากที่ผู้เขียนมีวิธีการใหม่ในการได้มาซึ่งนำไปสู่ความเข้าใจที่ดีขึ้นของฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้อง ในกรณีอื่นๆ ผู้อ่านจะถูกอ้างอิงถึงวรรณกรรมที่เหมาะสม ในบทต่อๆ มา เดอยังใช้ทฤษฎีนี้กับทั้งแหล่งกำเนิดวิทยุแบบขยายและแบบกะทัดรัด เครื่องบินไอพ่นสัมพัทธภาพ และ AGN รวมถึงการอภิปรายเกี่ยวกับแบบจำลองแหล่งกำเนิดวิทยุแบบรวมศูนย์ซึ่งพยายามอธิบายช่วงของคุณสมบัติที่สังเกตได้ซึ่งเป็นผลมาจากการวางแนวของเจ็ตเชิงสัมพันธ์ หรือพรูปิดบังรอบเครื่องยนต์ส่วนกลาง
มีภาพวาดต้นฉบับเล็กน้อย ภาพประกอบส่วนใหญ่นำมาจากวรรณกรรม แต่บางครั้งอาจล้าสมัยในสาขาที่เคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วนี้ และมักมีคำบรรยายหรือคำอธิบายไม่เพียงพอ มีข้อผิดพลาดบางประการ ซึ่งบางข้อผิดพลาดอาจได้รับการแนะนำโดยบรรณาธิการ อย่างไรก็ตาม หนังสือเล่มนี้จะเป็นแหล่งข้อมูลอันมีค่าสำหรับนักศึกษาฟิสิกส์ดาราศาสตร์ทุกคน และสำหรับทุกคนที่ทำงานด้านดาราศาสตร์นอกดาราจักร ดังที่ผู้เขียนชี้ให้เห็นในคำนำ ไม่มีหนังสือเล่มใดที่อุทิศให้กับสาขาวิชาฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่สำคัญนี้ เว็บสล็อต
