กาแลคซีอายุน้อยที่เป็นผู้ใหญ่ก่อนวัย

 

ภาพของ ALESS 073.1 ซึ่งปรากฏเมื่อ 1.2 พันล้านปีหลังจากบิ๊กแบงเท่านั้น

     นักวิทยาศาสตร์ได้ท้าทายความเข้าใจปัจจุบันว่ากาแลคซีก่อตัวอย่างไร โดยเปิดเผยภาพของกาแลคซีอายุน้อยแห่งหนึ่งในช่วงต้นๆ ของเอกภพซึ่งกลับดูเป็นกาแลคซีผู้ใหญ่อย่างไม่น่าเชื่อ

      กาแลคซีซึ่งมีชื่อว่า ALESS 073.1 ดูเหมือนจะมีรายละเอียดทุกอย่างที่คาดไว้สำหรับกาแลคซีที่เป็นผู้ใหญ่มากและทำให้ทีมนักวิทยาศาสตร์ต้องตั้งคำถามว่าเพราะเหตุใดมันจึงโตเร็วมากๆ งานวิจัยใหม่เผยแพร่ในวารสาร Science ฉบับวันที่ 12 กุมภาพันธ์

     กาแลคซีมีหลายรูปร่าง, ขนาดและสี และประกอบด้วยองค์ประกอบที่แตกต่างกันเช่น ดิสก์ที่หมุนรอบตัว, แขนกังหัน และส่วนป่อง(bulges) ใจกลางกาแลคซี เป้าหมายหลักของดาราศาสตร์สมัยปัจจุบันก็คือเพื่อเข้าใจว่าเพราะเหตุใดกาแลคซีต่างๆ จึงมีลักษณะอย่างที่พวกมันเป็นในปัจจุบัน และองค์ประกอบที่แตกต่างกันของพวกมันก่อตัวขึ้นเมื่อใด ทีมซึ่งนำโดยนักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์ในเวลส์ ใช้เครือข่ายมิลลิเมตร/เสี้ยวมิลลิเมตรขนาดใหญ่อะตาคามา(ALMA) เป็นไทม์แมชชีนเพื่อย้อนเวลากลับไปสู่อดีตอันไกลโพ้น เผยให้เห็นว่า ALESS 073.1 มีสภาพอย่างไรเมื่อเพียง 1.2 พันล้านปีหลังจากบิ๊กแบงเท่านั้น

     เนื่องจากแสงที่เปล่งออกจากกาแลคซีแห่งนี้ใช้เวลาหลายพันล้านปีเพื่อเดินทางมาถึงกล้องโทรทรรศน์ของเราบนโลก ทีมจึงสามารถสำรวจว่ากาแลคซีมีสภาพอย่างไรในช่วงเยาว์วัยและตรวจสอบได้ว่าเดิมทีมันก่อตัวอย่างไร แต่ผลสรุปที่ได้ก็เป็นภาพของกาแลคซีโบราณแห่งหนึ่งโดยตรงที่คมชัดที่สุดเท่าที่เคยทำมา จากการเปล่งคลื่นของฝุ่นและก๊าซ พวกเขาใช้ข้อมูลเพื่อทำแบบจำลองว่าสสารกระจุกในกาแลคซีอย่างไรและคำนวณการเคลื่อนที่ของมัน ซึ่งช่วยให้ทีมได้ทำการศึกษาโครงสร้างภายในในรายละเอียดได้

ภาพจากศิลปินแสดงทางช้างเผือกซึ่งก็เป็นกาแลคซีดิสก์แห่งหนึ่งที่มีแขนกังหัน

     เราได้พบส่วนป่อง(bulge) ขนาดใหญ่, ดิสก์ที่หมุนรอบตัว และสิ่งที่อาจเป็นแขนกังหัน ทุกอย่างครบในกาแลคซีแห่งนี้เมื่อเอกภพมีอายุเพียง 10% ของอายุปัจจุบันเท่านั้น Federico Lelli ผู้เขียนนำการศึกษา ที่มหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์ กล่าว หรือพูดอีกอย่างว่า กาแลคซีแห่งนี้ดูเหมือนเป็นผู้ใหญ่เต็มตัว ทั้งที่มันควรจะเป็นเพียงเด็กน้อย

     Timothy Davis ผู้เขียนร่วม จากสำนักฟิสิกส์และดาราศาสตร์ มหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์ เช่นกัน กล่าวว่า การค้นพบที่น่าประทับใจนี้ท้าทายความเข้าใจของเราว่ากาแลคซีก่อตัวอย่างไร เนื่องจากเราเชื่อว่ารายละเอียดเหล่านี้จะเกิดขึ้นเฉพาะในกาแลคซีที่เต็มวัย ไม่ใช่ในกาแลคซีที่อายุน้อย รายละเอียดหลักของกาแลคซีก็คือ การมีอยู่ของส่วนป่อง ซึ่งเป็นกลุ่มของดาวที่อยู่กันอย่างแออัดซึ่งมักจะพบภายในใจกลางกาแลคซี แกนกลางของมันยังสร้างพลังงานมากกว่าที่อธิบายได้ด้วยดาวฤกษ์ การศึกษาก่อนหน้านี้ได้บอกว่า “นิวเคลียสกาแลคซีกัมมันต์”(active galactic nuclei; AGN) เช่นนี้จะบอกเป็นนัยถึงการมีอยู่ของหลุมดำมวลมหาศาล(supermassive black holes) ซี่งมีมวลตั้งแต่หลายล้านจนถึงหลายพันล้านเท่าดวงอาทิตย์

     เชื่อกันว่า ส่วนป่องขนาดใหญ่ก่อตัวขึ้นอย่างช้ามากๆ โดยการควบรวมกับกาแลคซีขนาดเล็กซ้ำแล้วซ้ำอีก หรือโดยกระบวนการที่จำเพาะที่เกิดขึ้นภายในกาแลคซีเองซึ่งก็ไม่ได้เกิดอย่างเร็วมากๆ นัก อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติทางกลศาสตร์ของ ALESS 073.1 ได้เผยให้เห็นถึงการก่อตัวของส่วนป่องขนาดใหญ่ซึ่งเกิดขึ้นอย่างเร็วสุดยอดมาก โดยมีดาวราวครึ่งหนึ่งของกาแลคซีที่อยู่ในส่วนป่องนี้

     กาแลคซีเต็มวัยบางแห่งอย่างทางช้างเผือก ก็มีแขนกังหันที่ยื่นออกจากส่วนกลาง ทำให้มันมีรูปร่างกังหันที่สะดุดตา ใน ALESS 073.1 ก็พบรายละเอียดแขนกังหันคล้ายๆ กันอย่างไม่คาดคิด เนื่องจากคิดกันว่ากาแลคซียุคต้นจะต้องสับสนวุ่นวายและปั่นป่วน แทนที่จะเป็นโครงสร้างที่เรียงเป็นระเบียบเรียบร้อยอย่างแขนกังหัน กาแลคซีอย่าง ALESS 073.1 จึงเพิ่งท้าทายความเข้าใจของเราเกี่ยวกับการก่อตัวกาแลคซี Lelli กล่าวสรุป

การเคลื่อนที่ของก๊าซในกาแลคซี ALESS 073.1 ก๊าซที่สีฟ้ากำลังเคลื่อนที่เข้าหาเราในขณะที่ก๊าซเป็นสีแดงกำลังเคลื่อนที่ออกห่างจากเรา สิ่งเหล่านี้บ่งชี้ถึงดิสก์ที่กำลังหมุนรอบตัว

     การค้นพบใหม่เหล่านี้จึงบอกว่ากาแลคซีสามารถก่อตัวรายละเอียดความเป็นผู้ใหญ่เช่น ดิสก์และส่วนป่อง ได้เร็วมากและมีประสิทธิภาพมากกว่าที่เคยคิดไว้ โครงสร้างอย่างส่วนป่อง, ดิสก์ที่หมุนรอบตัว และสิ่งที่อาจเป็นแขนกังหันจะต้องก่อตัวขึ้นในเวลาไม่ถึงหนึ่งพันล้านปี ในอนาคต นักวิทยาศาสตร์ตั้งมั่นที่จะเก็บภาพกาแลคซีจากช่วงเวลาในเอกภพที่ใกล้เคียงกันด้วยคุณภาพสูงให้ได้จำนวนสักสิบกว่าแห่ง

     การสำรวจใหม่เหล่านี้จะบอกได้ว่ากาแลคซีอย่าง ALESS 073.1 นั้นเป็นสิ่งที่พบโดยทั่วไป หรือเป็นข้อยกเว้นในเอกภพยุคดึกดำบรรพ์ Lelli กล่าว การสำรวจนี้ควรจะเกิดขึ้นตั้งแต่ปีที่แล้ว แต่โชคร้ายที่หอสังเกตการณ์ ALMA ต้องปิดไปเนื่องจากโรคระบาด COVID-19

แหล่งข่าว phys.org : portrait of young galaxy throws theory of galaxy formation on its head
                space.com : surprisingly mature galaxy in the infant universe suggests galaxies form faster than we thought  
                 iflscience.com : a curious galaxy that is very young but looks very old is puzzling astronomers