โฉมใหม่ดาราศาสตร์ไทยแทรกสอดเชื่อมกล้องโทรทรรศน์เยอรมนี

NARIT ร่วมกับสถาบันดาราศาสตร์วิทยุมักซ์พลังค์ (MPIfR) เยอรมนี เปิดโฉมใหม่ประวัติศาสตร์การเชื่อมกล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติ ประเทศไทย ด้วยเทคนิคแทรกสอดระยะไกล Very Long Baseline Interferometry (VLBI) กับกล้องเยอรมนี เพิ่มศักยภาพทั้งสองกล้องให้คมชัดราวกับกล้องขนาดกว่า 8,500 กิโลเมตร ยกระดับดาราศาสตร์วิทยุไทยสู่นานาชาติ

ดร. ศรัณย์ โปษยะจินดา ผอ.สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) (สดร.) หรือ NARIT เปิดเผยว่า ในเดือนพค. 67 NARIT ทดสอบเชื่อมต่อกล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติ (TNRT) ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 40 เมตร จ.เชียงใหม่ กับกล้องโทรทรรศน์วิทยุแอฟเฟลส์เบิร์ก ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 100 เมตร เมืองบอนน์ สหพันธ์สาธารณรัฐเยอรมนี ด้วยเทคนิคการแทรกสอดระยะไกล หรือ Very Long Baseline Interferometry (VLBI) สำเร็จเป็นครั้งแรก

        การแทรกสอดระยะไกล หรือ VLBI เป็นเทคนิคที่นักดาราศาสตร์ใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุ สองตัวขึ้นไปสังเกตการณ์พร้อมกัน ระยะห่างระหว่างกล้องทั้งสอง เสมือนหน้าจานกล้องโทรทรรศน์วิทยุขนาดมหึมา เพิ่มประสิทธิภาพการทำงานและเก็บข้อมูลละเอียดมากขึ้น การสังเกตและเปรียบเทียบเวลาที่หน้าคลื่นมาถึงกล้องโทรทรรศน์วิทยุแต่ละตัวที่แตกต่างกัน ทำให้นักดาราศาสตร์เชื่อมต่อ เก็บข้อมูลได้ละเอียดกว่ากล้องเดี่ยว  การสังเกตการณ์ในรูปแบบการแทรกสอดระยะไกลนี้ มีความท้าทายอย่างมาก เนื่องจากสัญญาณที่ได้จากกล้องทั้งสองจะต้องปรับจูนให้ตรงกัน มีความเที่ยงตรงของเวลาที่บันทึกในระดับเสี้ยวหนึ่งของหนึ่งในล้านวินาที เพื่อจะบันทึกการมาถึงของหน้าคลื่นจากวัตถุท้องฟ้าที่สังเกตการณ์ในเวลาเดียวกันอย่างแม่นยำ

        การทดสอบการแทรกสอดระยะไกลในครั้งนี้ กระทำในย่านความถี่ L-Band 1.658-1.674 GHz สังเกตการณ์วัตถุท้องฟ้าด้วยความละเอียดเชิงมุมเทียบเท่ากับกล้องเสมือนที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 8,500 กิโลเมตร ได้ความละเอียดเชิงมุมระดับ 4.4 มิลลิพิลิปดา หรือละเอียดกว่าที่ดวงตามนุษย์มองเห็นได้ถึงกว่า 13,000 เท่า

เนื่องจากกล้องโทรทรรศน์วิทยุทั้งสอง มีระบบการจัดการกับข้อมูลแตกต่างกัน การเชื่อมต่อข้อมูลระหว่างสองระบบกล้องนั้นจึงจะต้องมีเทคโนโลยีที่สามารถจัดการกับข้อมูลที่รองรับเครื่องมือได้หลายระบบ ชื่อEffelsberg Direct Digitization (EDD) ซึ่งเป็นระบบ Universal Software Backend

        นักดาราศาสตร์วิทยุจากหน่วยงานทั้งสองได้ร่วมกันสังเกตการณ์กาแล็กซี และเควซาร์ที่อยู่นอกกาแล็กซีทางช้างเผือก รวมทั้งสิ้น 4 วัตถุ ได้แก่ OJ287, 3C273, M87 (Virgo A) และ J2005+7752 ซึ่งเป็นวัตถุที่ส่องสว่างอย่างต่อเนื่องในช่วงความยาวคลื่นวิทยุ จนสังเกตเห็นลักษณะการแทรกสอดของสัญญาณระหว่างกล้องทั้งสอง ที่เรียกกันว่า "fringe" ซึ่งเป็นสิ่งยืนยันความสำเร็จในการเชื่อมต่อกล้องโทรทรรศน์วิทยุทั้งสองผ่านเทคนิค VLBI ในครั้งนี้

        ดร. กุนดอล์ฟ วีชิง หัวหน้าฝ่ายอิเล็กทรอนิกส์แห่ง MPIfR กล่าวว่า เป็นเกียรติอย่างยิ่งที่ได้ร่วมเป็นส่วนหนึ่งของการพัฒนาขีดความสามารถด้านดาราศาสตร์วิทยุของประเทศไทย  การเชื่อมต่อและสังเกตการณ์ผ่าน VLBI  เป็นก้าวสำคัญที่นอกจากแสดงถึงศักยภาพของทีมงานของ NARIT ยังบอกถึงศักยภาพของกล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติของไทยในการทำงานวิจัยในอนาคต

        ดร. โคอิจิโระ สุกิยะมะ หัวหน้าทีมวิจัยดาราศาสตร์วิทยุ ประจำหอสังเกตการณ์วิทยุแห่งชาติ NARIT กล่าวว่าทีมงานรู้สึกยินดีเป็นอย่างยิ่งที่ได้ร่วมงานกับทีมงาน MPIfR และเห็นสัญญาณ VLBI จากกล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติ ขนาด 40 เมตรเป็นครั้งแรก นับเป็นก้าวแรก และอีกหนึ่งก้าวสำคัญของดาราศาสตร์วิทยุในประเทศไทย ผลสำเร็จในครั้งนี้ เชื่อว่าจะพัฒนาศักยภาพ ขยายขีดความสามารถ และความร่วมมือทางงานวิจัยในดาราศาสตร์วิทยุ กับการสังเกตการณ์ VLBI อื่นได้อย่างก้าวกระโดด”

ความสำเร็จในครั้งนี้ เป็นผลมาจากความร่วมมืออันยาวนานระหว่าง NARIT และ MPIfR นับตั้งแต่ปี 2555 นำมาสู่การลงนามความร่วมมืออย่างเป็นทางการในปี 2561 เพื่อร่วมกันพัฒนาอุปกรณ์รับสัญญาณ L-Band และ K-Band พร้อมพัฒนาซอฟต์แวร์ประมวลผลทางดาราศาสตร์สำหรับกล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติ จนกระทั่งเกิดการเชื่อมต่อการสังเกตการณ์ผ่าน VLBI ของกล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติของไทยในครั้งนี้ จะเป็นกุญแจสำคัญที่จะนำประเทศไทยเข้าร่วมเครือข่ายความร่วมมือกับนานาประเทศอีกเป็นจำนวนมาก เช่น European VLBI Network (EVN) ที่กล้องโทรทรรศน์วิทยุแอฟเฟลส์เบิร์กสังกัดอยู่ รวมถึง East Asia VLBI Network (EAVN), Australian Long Baseline Array, Asia Pacific Telescope, Global VLBI Array เป็นต้น นอกจากนี้ยังมีแผนก่อตั้งเครือข่าย VLBI ภายในประเทศไทย เรียกว่า Thai VLBI Network (TVN) ซึ่งอาจจะขยายเครือข่ายสู่ประเทศในภูมิภาคอาเซียนอื่น อาทิ อินโดนีเซีย มาเลเซีย เวียดนาม เพื่อนำมาสู่ South-East Asia VLBI Network (SEAVN) ในอนาคตอันใกล้

กล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติ หรือ Thai National Radio Telescope (TNRT) เป็นโครงสร้างพื้นฐานดาราศาสตร์ใหม่ล่าสุดในกำกับของ NARIT สำหรับสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ในช่วงคลื่นวิทยุ ตั้งอยู่ที่หอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์วิทยุแห่งชาติ ภายในศูนย์ศึกษาการพัฒนาห้วยฮ่องไคร้อันเนื่องมาจากพระราชดำริ อ.ดอยสะเก็ด จ.เชียงใหม่ เป็นกล้องโทรทรรศน์วิทยุแบบจานเดี่ยวที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 40 เมตร ปัจจุบัน ถือเป็นอุปกรณ์รับสัญญาณทางดาราศาสตร์ที่มีขนาดพื้นที่รับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุดในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ โดยได้รับการสนับสนุนและคำแนะนำจากสถาบันดาราศาสตร์วิทยุมักซ์พลังค์เป็นอย่างดี ตั้งแต่การดำเนินการก่อสร้างอาคาร จานรับสัญญาณ อุปกรณ์รับสัญญาณ ระบบประมวลผลต่างๆ จนกระทั่งเปิดใช้งาน

การสังเกตการณ์ผ่านเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์ VLBI ในปัจจุบันพัฒนาขึ้นมาก และกำลังมีบทบาทในการศึกษาเอกภพแบบที่กล้องโทรทรรศน์วิทยุแบบจานเดี่ยวไม่สามารถทำได้ ดังเช่นในปี 2562 เครือข่าย Event Horizon Telescope ได้เปิดเผยภาพหลุมดำ ณ ใจกลางกาแล็กซี M87 เป็นครั้งแรก ต่อมาในปี 2565 ได้เปิดเผยภาพของหลุมดำ ณ ใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือก การค้นพบเหล่านี้เกิดขึ้นได้ด้วยการร่วมกันสังเกตการณ์ระหว่างเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุ ดังนั้น การทดลองที่ประสบความสำเร็จของกล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติในครั้งนี้ จึงเป็นสักขีพยานถึงความพร้อมของประเทศไทยในการก้าวขึ้นมามีบทบาทในวงการดาราศาสตร์วิทยุ และเข้าร่วมโครงการวิจัยในระดับนานาชาติ ที่จะนำมาสู่การค้นพบองค์ความรู้อันยิ่งใหญ่และสำคัญต่อไปในอนาคต