การควบรวมของกาแลคซีปิดการก่อตัวดาวอย่างไร

      นักดาราศาสตร์ได้มองย้อนเวลากลับไปเมื่อ 9 พันล้านปีก่อนจนพบหลักฐานว่าการควบรวมของกาแลคซีในเอกภพยุคต้นสามารถปิดการก่อตัวดาวฤกษ์และส่งผลต่อการเจริญของกาแลคซีได้

ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)

     งานวิจัยใหม่ที่นำโดยมหาวิทยาลัยเดอร์แรม สหราชอาณาจักร และ CEA(Alternative Energies and Atomic Energy Commission)-Saclay ในฝรั่งเศส และมหาวิทยาลัยปารีส-ซาเคลย์ ได้แสดงว่าก๊าซที่กำลังก่อตัวดาวจำนวนมากมายถูกผลักออกสู่ห้วงอวกาศโดยการเข้าใกล้กันของกาแลคซีสองแห่ง นักวิจัยบอกว่าเหตุการณ์นี้ พร้อมทั้งการก่อตัวดาวด้วยอัตราสูงในพื้นที่ใจกลางของกาแลคซี สุดท้ายน่าจะทำให้กาแลคซีที่ควบรวมได้ IC2299 ใช้ก๊าซวัตถุดิบในการก่อตัวดาวฤกษ์ใหม่จนหมด  นี่น่าจะหยุดการก่อตัวของดาวไปหลายร้อยล้านปี และหยุดยั้งการพัฒนาของกาแลคซีได้อย่างมีประสิทธิภาพ

     นักดาราศาสตร์ได้สำรวจกาแลคซีขนาดใหญ่ที่ตายแล้วหลายแห่ง ซึ่งมีดาวที่เก่าแก่มากๆ ในเอกภพใกล้ๆ และไม่ทราบแน่ชัดว่ากาแลคซีเหล่านี้ก่อตัวขึ้นได้อย่างไร แบบจำลองเสมือนจริงบอกว่าลมที่เกิดจากหลุมดำกิจกรรมสูง(active black holes) เมื่อมันได้รับอาหาร หรือลมที่เกิดจากการก่อตัวดาวอย่างคึกคัก เป็นตัวการการตายลักษณะนี้โดยการผลักก๊าซออกจากกาแลคซีไป ขณะนี้ การศึกษาที่นำโดยเดอร์แรมได้เสนอว่าการควบรวมของกาแลคซี ก็เป็นอีกทางที่ปิดการก่อตัวดาวและส่งผลต่อการเจริญของกาแลคซี

     รายละเอียดของลมและ “หางแรงบีบฉีก(tidal tail)” ที่สำรวจพบ เกิดขึ้นจากปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงระหว่างกาแลคซีในการควบรวมนั้น มีความคล้ายคลึงกันอย่างมากจนนักวิจัยบอกว่าผลสรุปในอดีตบางส่วนที่คิดว่าเป็นลมจากกาแลคซีที่หยุดการก่อตัวดาวลง อาจจะต้องมาประเมินกันใหม่ การค้นพบนี้เผยแพร่ใน Nature Astronomy

     Annagrazia Puglisi ผู้เขียนนำจากศูนย์ดาราศาสตร์นอกกาแลคซี เดอร์แรม กล่าวว่า เรายังคงไม่ทราบถึงกระบวนการที่แน่ชัดเบื้องหลังการปิดสวิตช์การก่อตัวดาวในกาแลคซีขนาดใหญ่ ลมจากการก่อตัวดาวหรือจากหลุมดำกิจกรรมสูง เป็นกลไกย้อนกลับที่เป็นตัวการผลักก๊าซและปิดการเจริญของกาแลคซีขนาดใหญ่ งานวิจัยของเราให้หลักฐานเพิ่มเติมว่าก๊าซที่ถูกสาดออกจาก ID2299 น่าจะเป็นการผลักโดยแรงโน้มถ่วงเนื่องจากการควบรวมของกาแลคซีกังหันที่อุดมด้วยก๊าซ 2 แห่ง ปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงระหว่างกาแลคซีทั้งสองสามารถให้โมเมนตัมเชิงมุมมากพอที่จะผลักก๊าซส่วนหนึ่งออกสู่รอบๆ กาแลคซีได้

ภาพจากศิลปินแสดง ID2299 กาแลคซีซึ่งเป็นผลิตผลจากการควบรวมของกาแลคซีสองแห่ง และก๊าซบางส่วนของมันก็ถูกผลักออกมาเป็นหางแรงบีบฉีก(tidal tail) การสำรวจใหม่โดย ALMA ได้จับช่วงแรกเริ่มที่สุดของกระบวนการผลักก๊าซนี้ก่อนที่ก๊าซจะมีโครงสร้างที่ใหญ่มากอย่างที่ศิลปินถอดภาพไว้

     นี่บอกว่าการควบรวมก็สามารถส่งผลต่อวิวัฒนาการในอนาคตของกาแลคซีได้ โดยการจำกัดความสามารถในการก่อตัวดาวในช่วงหลายล้านปี และควรค่าแก่การสำรวจเพิ่มเติมเกี่ยวกับปัจจัยที่จำกัดการเจริญของกาแลคซีไป

     เนื่องจากเวลาที่แสงจาก ID2299 ที่ใช้เดินทางมาถึงโลก นักวิจัยจึงสามารถเห็นกาแลคซีอย่างที่มันเป็นเมื่อ 9 พันล้านปีก่อน เมื่อมันยังอยู่ในขั้นตอนสุดท้ายของการควบรวม นั้นเป็นช่วงเวลาที่เอกภพมีอายุเพียง 4.5 พันล้านปี และกำลังอยู่ในช่วง “ผู้ใหญ่ตอนต้น” ซึ่งเปี่ยมด้วยพลังที่สุด เมื่อเทียบกับชีวิตมนุษย์

     ด้วยการใช้ ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ในชิลีเหนือ นักวิจัยได้เห็นว่ามันกำลังผลักแหล่งก๊าซด้วยอัตราเทียบเท่า 1 หมื่นเท่ามวลดวงอาทิตย์ต่อปี และกำจัดก๊าซเย็นประมาณครึ่งหนึ่งของที่มีออกสู่พื้นที่รอบข้างกาแลคซี นักวิจัยสามารถกำจัดการก่อตัวดาวและหลุมดำกิจกรรมสูงของกาแลคซีว่าเป็นตัวการการผลักก๊าซ โดยการเปรียบเทียบการตรวจสอบกับงานศึกษาก่อนหน้านี้และจำลองและตรวจสอบคุณสมบัติทางกายภาพของก๊าซที่หนีออกมา

     อัตราที่ ID2299 ผลักก๊าซออกมานั้นสูงเกินกว่าจะเกิดจากพลังงานที่หลุมดำหรือการก่อตัวดาวอย่างบ้าคลั่งจะสร้างได้ ในขณะที่แบบจำลองเสมือนจริงบอกว่าไม่มีหลุมดำใดที่สามารถผลักก๊าซเย็นออกมาได้มากมายจากกาแลคซีขนาดนี้ สภาพถูกกระตุ้น(excited) ของก๊าซที่หนีออกมา ยังไม่สอดคล้องกับลมที่เกิดจากหลุมดำหรือจากการก่อตัวดาวใหม่ๆ ด้วย

     Emanuele Daddi ผู้เขียนร่วม จาก CEA-Saclay กล่าวว่า กำลังได้เห็นกาแลคซีแห่งนี้เกิดเหตุการณ์ที่สุดขั้ว เราอาจจะพบมันในสถานะทางกายภาพที่สำคัญในวิวัฒนาการกาแลคซี ที่เกิดขึ้นในเวลาที่ค่อนข้างสั้น เราต้องตรวจสอบกาแลคซีมากกว่าร้อยแห่งด้วย ALMA เพื่อหามัน

     Jeremy Fensch ผู้เขียนร่วม จากศูนย์เพื่อการวิจัยดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งลียง กล่าวเสริมว่า การศึกษากรณีนี้กรณีเดียวก็เผยให้เห็นความเป็นไปได้ที่เหตุการณ์ชนิดนี้อาจจะไม่ได้สิ่งที่ผิดปกติอย่างใดเลย และกาแลคซีหลายๆ แห่งก็ต้องพบเจอกับการปล่อยก๊าซด้วย(ปฏิสัมพันธ์) แรงโน้มถ่วงแบบนี้ เราน่าจะต้องแปลผลการสำรวจในอดีตซะใหม่ นี่อาจจะส่งผลอย่างใหญ่หลวงต่อความเขาใจสิ่งที่ส่งผลอย่างแท้จริงต่อวิวัฒนาการกาแลคซี

แผนที่โมเลกุลก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์เย็นจากกาแลคซี ID2299 โดย ALMA

     การค้นพบที่น่าประหลาดใจเกิดขึ้นโดยบังเอิญ ในขณะที่ทีมกำลังตรวจสอบโครงการสำรวจกาแลคซีงานหนึ่งที่ทำโดย ALMA ซึ่งออกแบบมาให้ศึกษาคุณสมบัติของก๊าซเย็นในกาแลคซีนับร้อยแห่ง ID2299 ถูกสำรวจโดย ALMA เป็นเวลาเพียงไม่กี่นาทีเท่านั้น แต่หอสังเกตการณ์ที่ทรงพลังแห่งนี้ก็ได้ช่วยให้ทีมได้รวบรวมข้อมูลที่เพียงพอที่จะตรวจจับกาแลคซีและหางก๊าซที่มันผลักออกมาได้

     ALMA ได้เปิดช่องทางใหม่สู่กลไกที่สามารถหยุดการก่อตัวดาวในกาแลคซีอันห่างไกล การได้เฝ้าดูเหตุการณ์การยับยั้งครั้งใหญ่เช่นนี้ได้เพิ่มชิ้นส่วนสำคัญให้กับปริศนาที่ซับซ้อนในวิวัฒนาการกาแลคซี Chiara Circosta นักวิจัยที่มหาวิทยาลัยคอลเลจ ลอนดอน สหราชอาณาจักร สมาชิกทีมวิจัย ในอนาคต ทีมน่าจะใช้ ALMA เพื่อทำการสำรวจกาแลคซีแห่งนี้ด้วยความละเอียดสูงขึ้นและลึกขึ้น ช่วยให้พวกเขาได้เข้าใจพลวัตของก๊าซที่ถูกผลักออกมามากขึ้น การสำรวจด้วย ELT(Extremely Large Telescope) ในอนาคตน่าจะช่วยให้ทีมได้สำรวจความเชื่อมโยงระหว่างดาวและก๊าซใน ID2299 เปิดช่องทางใหม่ว่ากาแลคซีพัฒนาอย่างไร

ภาพจากศิลปินแสดง ID2299 กาแลคซีซึ่งเป็นผลิตผลจากการควบรวมของกาแลคซีสองแห่ง และก๊าซบางส่วนของมันก็ถูกผลักออกมาเป็นหางแรงบีบฉีก(tidal tail) การสำรวจใหม่โดย ALMA ได้จับช่วงแรกเริ่มที่สุดของกระบวนการผลักก๊าซนี้ก่อนที่ก๊าซจะมีโครงสร้างที่ใหญ่มากอย่างที่ศิลปินถอดภาพไว้

แผนที่โมเลกุลก๊าซเย็นจากกาแลคซี ID2299 โดย ALMA

แหล่งข่าว phys.org : galaxy mergers could limit star formation
                eso.org : ALMA captures distant colliding galaxy dying out as it loses the ability to form stars