นับเป็นอีกก้าวหนึ่งของวงการดาราศาสตร์เมื่อนักดาราศาสตร์ได้ค้นพบกระจุกกาแล็กซีขนาดใหญ่ที่ก่อตัวขึ้นหลังการกำเนิกเอกภพตามทฤษฎีบิ๊กแบงเพียง 770 ล้านปี ซึ่งนับเป็นอายุเพียง 5.5% ของอายุเอกภพในปัจจุบัน!
กล่าวแบบนี้หลายคนอาจจะยังไม่ตื่นเต้นเท่าไหร่ งั้นเราไปทำความรู้จักเจ้ากระจุกกาแล็กซีที่ว่ากันดีกว่า
สวัสดี…กระจุกกาแล็กซีอันไกลโพ้น
หลังกำเนิดเอกภพ ตามทฤษฎีบิ๊กแบงแล้ว จะเกิดการก่อตัวของกระจุกกาแล็กซีขนาดยักษ์อย่างค่อยเป็นค่อยไป จนกลายมาเป็นเอกภพดังเช่นปัจจุบัน เพื่อศึกษาย้อนไปให้เข้าใจถึงจุดกำเนิดและวิวัฒนาการของเอกภพ นักดาราศาสตร์จึงสังเกตเข้าไปในห้วงลึกอวกาศ และทำการตรวจจับแสง รังสี หรือคลื่นต่าง ๆ ที่เดินทางมายังโลก ซึ่งล้วนบ่งชี้ถึงสิ่งที่เคยเกิดขึ้นในอดีตได้
หลายคนคงเคยได้ยินคำว่า ‘ปีแสง’ หน่วยวัดระยะทางที่มักสับสนว่าหมายถึงความยาวนานของเวลา ความหมายของปีแสงนั้นแท้จริงคือ ระยะทางที่แสงใช้ในการเดินทาง เวลาที่นักดาราศาสตร์กล่าวว่า ดาวที่เรามองเห็นอยู่ ความจริงอาจจะไม่มีอยู่แล้ว นั่นก็เพราะหากดวงดาวนั่นอยู่ไกลจากเรามาก ๆ หลายปีแสง กว่าที่แสงจากดวงนั้นจะเดินทางมาถึงยังโลกให้เราได้เห็น ดาวที่ปลดปล่อยแสงนั้นออกมาก็อาจจะดับสูญหรือสิ้นอายุไขไปแล้วก็ได้ และนั่นก็เป็นที่มาของการศึกษาดาราศาสตร์ด้วยการสังเกตการณ์เข้าไปในอวกาศห้วงลึก
ยิ่งนักดาราศาสตร์จับคลื่น แสง หรือรังสีจากที่ไกล ๆ ได้เท่าไหร่ นั่นก็อาจจะหมายถึงการศึกษาอดีตอันไกลโพ้นของเอกภพมากเท่านั้น การค้นพบครั้งนี้ก็เช่นกัน มันคือการค้นพบ ‘LAGER-z7OD1’ ด้วยกล้องตรวจจับพลังงานมืด (Dark Energy Camera) ที่ติดตั้งอยู่ในกล้องโทรทรรศน์บลังโก (Víctor M. Blanco Telescope) ขนาด 4 เมตร ที่เซอร์โร โทโลโล (Cerro Tololo) ประเทศชิลี
ที่เซอร์โร โทโลโล (Cerro Tololo) ประเทศชิลี
Credit : David walker
‘LAGER-z7OD1’ คือ ‘โปรโตคลัสเตอร์ (Protocluster)’ หรือกระจุกกาแล็กซีในช่วงแรกรุ่น ประกอบไปด้วย โปรโตคลัสเตอร์ย่อย (Sub-protoclusters) ที่กำลังหลอมรวมเป็นโปรโตคลัสเตอร์ขนาดยักษ์เพียงอันเดียว ภายในประกอบไปด้วยอย่างน้อย 21 กาแล็กซี ที่มีอัตราการก่อตัวของดาวฤกษ์ที่รวดเร็วอย่างยิ่ง
กาแล็กซีเหล่านี้กระจุกอยู่ในพื้นที่ขนาด 26.4 x 12 arcminutes (arcminutes – เป็นหน่วยการวัดมุมทางดาราศาสตร์ที่มีขนาดเล็กมาก ๆ ) บริเวณกลุ่มดาว Sextans กาแล็กซีเหล่านี้อยู่ห่างจากโลกด้วยระยะห่างเท่า ๆ กัน และกระจุกรวมกันแน่นประมาณ 5 เท่า ตามแบบฉบับของกาแล็กซีที่มีระยะห่างใกล้เคียงกัน
กว่าจะพบกระจุกกาแล็กซีรุ่นแรก
เว่ยเตอหู่ (Weida Hu) นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน (University of Science and Technology of China) และคณะ เป็นผู้ค้นพบโปรโตคลัสเตอร์ดังกล่าว และรายงานการค้นพบนี้ในงานวิจัย ซึ่งเผยแพร่ทาง Nature Astronomy เมื่อวันที่ 25 มกราคมที่ผ่านมา
ทีมวิจัยพบโปรโตคลัสเตอร์จากข้อมูลที่ได้จากกล้องดังกล่าวด้วยการใช้ฟิลเตอร์อินฟราเรดใกล้แถบแคบ (Narrowband near-infrared filter) ณ การเลื่อนไปทางแดง หรือ สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าทางฝั่งสีแดง (Redshift) ที่ 6.93 ซึ่งเป็นช่วงเรดชิปที่ไกลที่สุดตั้งแต่สำรวจมา พวกเขาแยกกาแล็กซีอายุน้อยออกจากข้อมูลอื่น โดยการตรวจหาไฮโดรเจนที่แตกตัวเป็นไอออน ที่ทำให้เกิดเส้นสเปกตรัมเรียกว่า ‘ไลแมน – อัลฟา (Lyman-alpha)’
Credit: Wikipedia
แรกเริ่มสิ่งนี้จะมีความยาวคลื่นอัลตราไวโอเลต แต่จะแปรเปลี่ยนเป็นความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น เมื่อเดินทางผ่านเอกภพที่กำลังขยายตัว และนั่นก็ทำให้มันอยู่ในแถบใกล้อินฟราเรด (Near-infrared band) ในยามที่นักดาราศาสตร์สังเกตเห็น
(อ่านต่อหน้า 2 คลิกด้านล่างเลย)
ทั้งนี้ การวัดทางสเปกโตรสโกปี (Spectroscopic measurements) ด้วยกล้องโทรทรรศน์แมกเจลแลนคู่ (Twin Magellan telescopes) ขนาด 6.5 เมตรที่ Las Campanas ช่วยยืนยันระยะทางที่ไกลสุดขีดของ 16 กาแล็กซีที่ค้นพบในครั้งนี้แล้ว
ด้วยระยะห่างที่อยู่ราว ๆ 13 พันล้านปีแสงจากโลก ซึ่งเทียบเท่ากับหลังการเกิดบิ๊กแบงหรือกำเนิดเอกภพเพียง 770 ล้านปี ทำให้ LAGER-z7OD1 เป็นโปรโตคลัสเตอร์ที่เก่าแก่ที่สุดที่เคยค้นพบ
ทีมวิจัยคาดว่า ปัจจุบัน LAGER-z7OD1 น่าจะวิวัฒน์ไปเป็นกระจุกกาแล็กซีขนาดมหึมาประมาณ 100 ล้านปีแสง มีมวลเกือบ 2 เท่าของกระจุกกาแล็กซีโคม่า (Coma cluster) ที่อยู่ใกล้เคียง หรืออาจพัฒนาเป็นกลุ่มกาแล็กซีที่มีมวล 3.7 พันล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์
ที่แสดงให้เห็นตำแหน่งของกระจุกกาแล็กซีต่าง ๆ ในเอกภพ ที่นักดาราศาสตร์ค้นพบในขณะนี้
จะเห็นได้ว่ากระจุดกาแล็กซีโคม่าที่อยู่ใกล้กระจุกกาแล็กซีแห่งนี้ที่สุดนั้น อยู่บริเวณขอบของภาพ
นอกจากจะเก่าแก่และมีขนาดใหญ่มโหฬารแล้ว ทีมนักวิจัยยังกล่าวว่า การค้นพบครั้งนี้มีความพิเศษอย่างยิ่ง เพราะมันอาจจะเปิดเผยเบาะแสเกี่ยวกับ ‘Epoch of Reionisation’ หนึ่งในขั้นตอนการวิวัฒนาการที่ลึกลับที่สุดในประวัติศาสตร์ของเอกภพได้
‘Epoch of Reionisation’ วิวัฒนาการอันมืดมัวแห่งเอกภพ
ในอดีตอันไกลโพ้น อวกาศไม่ใช่สถานที่ที่สวยงาม และสามารถมองเห็นทุกอย่างได้แจ่มชัดเหมือนอย่างทุกวันนี้ ในช่วง 370 ล้านขวบปีแรกหลังบิ๊กแบงนั้น เอกภพเต็มไปด้วยหมอกที่ร้อนจัดของก๊าซไอออไนซ์ แสงไม่สามารถเดินทางผ่านทะลุหมอกนี้ได้ เพราะม่านหมอกนี้ทำให้เกิดการกระเจิงของอิเล็กตรอนอิสระ และเมื่อเอกภพเย็นลงถึงจุดหนึ่ง โปรตอนและอิเล็กตรอนก็เริ่มรวมตัวกันใหม่ กลายเป็นอะตอมของไฮโดรเจนที่เป็นกลาง และส่งผลให้แสงที่มีอยู่น้อยนิดในอวกาศ เริ่มเดินทางผ่านอวกาศได้
Credit: National Astronomical Observatory of Japan
เมื่อดาวฤกษ์และกาแล็กซีดวงแรกเริ่มก่อตัวขึ้น แสงอัลตราไวโอเลตของพวกมันก็ทำให้ไฮโดรเจนเป็นกลางค่อย ๆ แพร่ไปทั่วจักรวาล โดยในตอนแรก เริ่มต้นที่ในฟองอากาศรอบแหล่งกำเนิดรังสีอัลตราไวโอเลต ถัดมาก็ขยายไปยังบริเวณที่มีกว้างขึ้นเรื่อย ๆ ขณะที่ฟองอากาศไอออนเชื่อมต่อและซ้อนทับกันนั่นเอง มันก็ช่วยให้สเปกตรัมทั้งหมดของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (Spectrum of electromagnetic radiation) ไหลผ่านได้อย่างอิสระ มองเห็นและสังเกตการณ์ได้ในที่สุด ซึ่งขั้นตอนที่ว่านี้กินเวลาประมาณ 1 พันล้านปี หลังจากเกิดบิ๊กแบง
เพราะเกี่ยวเนื่องกับการแตกตัวของไอออนนี่เอง ยุคนี้จึงได้ชื่อว่าเป็น ‘Epoch of Reionisation’ หรือ ยุคแห่งการแตกตัวของไอออนอีกครั้ง
Credit: Caltech
และเพราะในระหว่างเหตุการณ์นี้ แสงหรือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าไหลผ่านแทบไม่ได้ ขั้นตอน ‘Epoch of Reionisation’ ที่อยู่ห่างออกไปประมาณ 12.8 ปีแสงเป็นต้นไป จึงเป็นจุดที่ยากจะศึกษาและทำความเข้าใจ
(อ่านต่อหน้า 3 คลิกด้านล่างเลย)
งานวิจัยได้ระบุว่า “ปริมาตรรวมของฟองอากาศไอออน ที่สร้างโดยกาแล็กซีทั้งหลายในกระจุกกาแล็กซีนั้น เทียบได้เท่ากับปริมาตรของโปรโตคลัสเตอร์เอง เป็นสิ่งบ่งชี้ว่า เรากำลังเห็นการรวมตัวของฟองอากาศแต่ละฟอง และสสารอื่นระหว่างกาแล็กซี ภายในโปรโตคลัสเตอร์ที่แทบจะแตกตัวเป็นไอออนทั้งหมด”
คำอธิบายนี้ แสดงให้เห็นแนวคิดของนักดาราศาสตร์ว่า กาแล็กซีอายุน้อยที่เรืองรองเหล่านี้ เป็นแหล่งกำเนิดรังสีหลัก ที่ทำให้ก๊าซไฮโดรเจนกลางแตกตัวเป็นไอออนไปทั่วทั้งเอกภพ ตั้งแต่เมื่อ 770 ล้านปีหลังการเกิดบิ๊กแบง โดยทีมวิจัยคาดว่า ฟองก๊าซที่แตกตัวเป็นไอออนที่อยู่รอบ ๆ กาแล็กซีแต่ละแห่งใน LAGER-z7OD1 จะรวมกันเป็นฟองขนาดยักษ์หนึ่งฟองรอบล้อมกระจุกกาแล็กซี และนั่นคือที่มาของชื่อ LAGER-z7OD1 คำว่า LAGER ย่อมาจาก Lyman-Alpha Galaxies in the Epoch of Reionization นั่นเอง
“ในแง่นี้ LAGER-z7OD1 จึงเปรียบเสมือนเป็นห้องปฏิบัติการหรือห้องแล็บทางธรรมชาติ ที่มีเอกลักษณ์เฉพาะ ช่วยให้เราตรวจสอบกระบวนการ reionization ได้”
ดังนั้นโปรโตคลัสเตอร์เปรียบเสมือน ‘หน้าต่าง’ ที่ช่วยให้เราเห็นการก่อตัวและการรวมกันของฟองอากาศที่แตกตัวเป็นไอออนในช่วงกลางของยุค Reionisation
การไขปริศนา Reionisation ต่อจากนี้
ก่อนหน้านี้นักดาราศาสตร์สังเกตเห็นการปล่อยไลแมน – อัลฟาของกาแล็กซี ในช่วงอินฟราเรดกลางเท่านั้น เนื่องจากข้อจำกัดของกล้องโทรทรรศน์อันเป็นอุปกรณ์ตัวจับที่ติดตั้งอยู่บนพื้นโลก
ฮูบ รอตเทอริ่ง (Huub Röttgering) นักดาราศาสตร์จากหอดูดาวไลเดน (Leiden Observatory) ประเทศเนเธอร์แลนด์ กล่าวว่า “กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ (James Webb Space Telescope) น่าจะสามารถตรวจจับกาแล็กซีอันไกลโพ้น ได้ถึง 15 ของการเลื่อนไปทางแดง (Redshift) และอาจค้นพบโปรโตคลัสเตอร์ในยุคแรก ๆ อีกหลายแห่ง ซึ่งจะช่วยให้นักดาราศาสตร์ได้รับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับแหล่งที่มาของรังสีไอออไนซ์ในเอกภพยุคแรก”
ที่มีกำหนดจะส่งขึ้นไปปฏบัติภารกิจราวเดือนตุลาคมปีนี้ (2021)
Credit: NASA
ในขณะเดียวกัน การสังเกตการณ์คลื่นวิทยุด้วยเครื่องมือ เช่น LOFAR (Low-Frequency Array) ในยุโรปและส่วนสังเกตคลื่นความถี่ต่ำในอนาคตของโครงการกล้องโทรทรรศน์วิทยุทางไกล Square Kilometer Array ในออสเตรเลีย ก็น่าจะช่วยเปิดเผยการกระจายของฟองก๊าซที่แตกตัวเป็นไอออนในห้วงอวกาศ และช่วยให้เราเข้าใจกระบวนการดังกล่าวได้มากขึ้น
“ภายใน 10 ปีนับจากนี้ เราจะเข้าใจยุค Reionization ได้ดีขึ้นมากอย่างแน่นอน” รอตเทอริ่งกล่าวทิ้งท้าย
นับวัน การค้นพบทางดาราศาสตร์ก็ดูเหมือนจะไปได้ไกลกว่าที่เราเคยคาดขึ้นทุกที อีกไม่นานเราคงจะได้พบอะไรที่น่าตื่นเต้น ท้าทายความเข้าใจอีกแน่ ๆ คำว่ากล่าวที่ว่า ‘เรากำลังเข้าสู่ยุคอวกาศ’ ดูท่าจะไม่ได้เกินจริงไปเลย
อ้างอิง
พิสูจน์อักษร : สุชยา เกษจำรัส