กาแลคซีกังหันรุ่นเก๋า

 

     การวิเคราะห์ข้อมูลที่ได้จาก ALMA นักวิจัยได้พบกาแลคซีแห่งหนึ่งที่มีสัณฐานเป็นกังหันในเวลาเพียง 1.4 พันล้านปีหลังจากบิ๊กแบงเท่านั้น นี่เป็นกาแลคซีชนิดนี้ที่โบราณที่สุดเท่าที่เคยสำรวจพบมา โดยเก่าแก่กว่าผู้ยึดครองสถิติก่อนหน้านี้เกิน 1 พันล้านปี การค้นพบกาแลคซีที่มีโครงสร้างกังหันในช่วงต้นๆ เช่นนี้เป็นเงื่อนงำสำคัญในการตอบคำถามคลาสสิคทางดาราศาสตร์ว่า กาแลคซีกังหันก่อตัวขึ้นอย่างไรและเมื่อใด

     Takafumi Tsukui นักศึกษาที่ SOKENDAI และผู้เขียนนำรายงานวิจัยที่เผยแพร่ในวารสาร Science กล่าวว่า ผมตื่นเต้นก็เพราะไม่เคยได้เห็นหลักฐานที่ชัดเจนของดิสก์ที่กำลังหมุนรอบ, โครงสร้างกังหัน และโครงสร้างขนาดใหญ่ในใจกลางในกาแลคซีที่ห่างไกลในรายงานใดๆ มาก่อน คุณภาพของข้อมูล ALMA นั้นดีเยี่ยมมากจนผมสามารถเห็นรายละเอียดมากมายจนผมคิดว่าดูกาแลคซีใกล้ๆ อยู่

ALMA ได้ตรวจจับการเปล่งคลื่นจากไอออนของคาร์บอนในกาแลคซีแห่งนี้ จะเห็นแขนกังหันจากทั้งสองด้านของพื้นที่ขนาดเล็กที่สว่างในใจกลางกาแลคซี

      ทางช้างเผือกกาแลคซีที่เราอาศัยอยู่ก็เป็นกาแลคซีกังหัน กาแลคซีกังหันเป็นวัตถุพื้นฐานในเอกภพซึ่งมีมากถึง 70% ของกาแลคซีทั้งหมดในเอกภพ อย่างไรก็ตาม การศึกษางานอื่นๆ ได้แสดงว่าสัดส่วนของกาแลคซีกังหันลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อเรามองย้อนเวลากลับไป ดังนั้นแล้ว กาแลคซีกังหันก่อตัวขึ้นเมื่อใด Tsukui และอาจารย์ที่ปรึกษา Satoru Iguchi ศาสตราจารย์ที่ SOKENDAI และหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์แห่งชาติญี่ปุ่นได้พบกาแลคซีแห่งหนึ่งซึ่งเรียกว่า BRI 1335-0417 ในคลังข้อมูลวิทยาศาสตร์ ALMA กาแลคซีแห่งนี้ปรากฏอยู่เมื่อ 12.4 พันล้านปีก่อนและมีฝุ่นจำนวนมากซึ่งปิดกั้นแสงของดาวไว้ นี่ทำให้ยากที่จะศึกษากาแลคซีแห่งนี้ในรายละเอียดในช่วงที่ตาเห็น แต่ในทางตรงกันข้าม ALMA สามารถตรวจจับการเปล่งคลื่นวิทยุจากไอออนคาร์บอนในกาแลคซีแห่งนี้ได้ ซึ่งช่วยให้เราได้ศึกษาว่าเกิดอะไรขึ้นในกาแลคซีแห่งนี้

     นักวิจัยพบโครงสร้างกังหันอันหนึ่งซึ่งแผ่ออกไป 15000 ปีแสงจากใจกลางของกาแลคซีนี้ ซึ่งเป็นขนาดหนึ่งในสามของทางช้างเผือก การประเมินมวลดาวและตัวกลางระหว่างดวงดาว(interstellar medium) รวมใน BRI 1335-0417 พบว่าน่าจะใกล้เคียงกับทางช้างเผือก แต่มันกำลังสร้างดาวอย่างบ้าคลั่งด้วยอัตรา 5000 เท่ามวลดวงอาทิตย์ต่อปี เมื่อ BRI 1335-0417 เป็นวัตถุที่อยู่ห่างไกลมากๆ เราจึงไม่สามารถมองเห็นขอบของกาแลคซีในการสำรวจนี้ได้ Tsukui ให้ความเห็น สำหรับกาแลคซีที่ปรากฏในเอกภพยุคต้น BRI 1335-0417 จัดได้ว่าเป็นกาแลคซียักษ์

     อย่างไรก็ตาม มีโอกาสเล็กๆ ที่โครงสร้างระยางค์ขนาดหมื่นปีแสงนี้ อาจจะไม่ใช่แขนกังหัน แต่อาจจะเป็นกระแสธารดาวที่ถูกฉีกออกมา(tidal tails) และถูกเหวี่ยงออกมาในระหว่างปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงกับกาแลคซีที่ผ่านเข้ามาใกล้ แต่ผู้เขียนก็บอกว่า tidal tails มักจะมีขนาดใหญ่กว่านี้และห่อตัวอย่างหลวมโพรกรอบๆ ดิสก์ มากกว่าแขนกังหันที่สำรวจพบ

      แต่ก็มีคำถามเกิดขึ้นว่า โครงสร้างกังหันที่เด่นชัดนี้ก่อตัวได้อย่างไรในเวลาเพียง 1.4 พันล้านปีหลังจากบิ๊กแบงเท่านั้น นักวิจัยให้สาเหตุที่เป็นไปได้ไว้หลายทางและบอกว่ามันอาจจะเกิดขึ้นจากปฏิสัมพันธ์กับกาแลคซีขนาดเล็กแห่งหนึ่ง BRI 1335-0417 กำลังก่อตัวดาวของมันอย่างคึกคัก และนักวิจัยก็พบว่าก๊าซในส่วนนอกของกาแลคซีกำลังไร้เสถียรภาพทางความโน้มถ่วงซึ่งจะนำไปสู่การก่อตัวดาว สถานการณ์นี้น่าจะเกิดขึ้นเมื่อมีการป้อนก๊าซจำนวนมากจากข้างนอก อาจจะเกิดเนื่องจากการชนกับกาแลคซีขนาดเล็กกว่า

     ชะตากรรมของ BRI 1335-0417 ก็ยังปกคลุมด้วยม่านแห่งปริศนา คิดกันว่ากาแลคซีที่มีฝุ่นจำนวนมากและสร้างดาวอย่างคึกคักในเอกภพยุคโบราณ น่าจะเป็นบรรพบุรุษของกาแลคซีทรงรียักษ์(giant elliptical) ในเอกภพยุคปัจจุบัน แต่ในกรณีนี้ BRI 1335-0417 เปลี่ยนรูปร่างของมันจากกาแลคซีดิสก์ไปเป็นทรงรี ในอนาคต หรือกาแลคซีอาจจะรักษาสภาพกังหันไว้ได้อีกนานซึ่งค้านกับความคิดทั่วไป BRI 1335-0417 จะแสดงบทบาทสำคัญในการศึกษาวิวัฒนาการรูปร่างของกาแลคซีตลอดช่วงเวลาอันยาวนานของเอกภพ

     ระบบสุริยะของเราก็อยู่บนแขนกังหันข้างหนึ่งของทางช้างเผือก Iguchi อธิบาย การตามรอยรากฐานของโครงสร้างกังหันจะช่วยให้เงื่อนงำแก่เราสู่สภาพแวดล้อมที่ระบบสุริยะของเราถือกำเนิดขึ้นมา ผมหวังว่างานวิจัยนี้จะช่วยพัฒนาความเข้าใจของเราเกี่ยวกับประวัติการก่อตัวของกาแลคซีให้ก้าวหน้ายิ่งๆ ขึ้นไป งานวิจัยเผยแพร่ผลสรุปหัวข้อ “Spiral morphology in an intensely star-forming disk galaxy more than 12 billion years ago” เผยแพร่ออนไลน์ใน Science วันที่ 20 พฤษภาคม 2021

แหล่งข่าว phys.org : ALMA discovers the most ancient galaxy with spiral morphology
                astronomy.com – snapshot: this could be the earliest spiral galaxy ever seen