ปริศนาฆาตกรรมในกระจุกกาแลคซีหญิงสาว

 

พบว่ากาแลคซี 51 แห่งในกระจุกหญิงสาวถูกขโมยเชื้อเพลิงก่อตัวดาวโดยสภาพแวดล้อมที่สุดขั้วของพวกมัน ในภาพรวมประกอบนี้ การสำรวจโมเลกุลก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ในช่วงวิทยุจาก ALMA ขยายขึ้น 20 เท่า ซ้อนทับบนภาพรังสีเอกซ์ที่เปล่งจากพลาสมาร้อนจัดในกระจุก

     นักดาราศาสตร์ได้ตรวจสอบเอกภพใกล้เคียงด้วยความช่วยเหลือจากเครือข่ายมิลลิเมตร/เสี้ยวมิลลิเมตรขนาดใหญ่อะตาคามา(ALMA) เพิ่งทำโครงการสำรวจเชื้อเพลิงเพื่อก่อตัวดาวด้วยรายละเอียดสูงงานใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยทำกับกระจุกกาแลคซีมา แต่สิ่งที่สำคัญกว่านั้นก็คือ พวกเขาตีโจทย์ที่มีมานานในทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์อันหนึ่ง อะไรที่กำลังฆ่ากาแลคซี งานวิจัยได้ให้หลักฐานที่ชัดเจนที่สุดเท่าที่เคยมีว่าสภาพแวดล้อมที่สุดขั้วในอวกาศมีผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อกาแลคซีภายในนั้น(กระจุก) ได้เผยแพร่ใน Astrophysical Journal Supplement Series

     การสำรวจ VERTICO(Virgo Environment Traced in Carbon Monoxide Survey) ทำขึ้นเพื่อให้เข้าใจการก่อตัวดาวและบทบาทของกาแลคซีในเอกภพได้ดีขึ้น Toby Brown นักวิจัยที่สภาวิจัยแห่งชาติคานาดา และผู้เขียนนำรายงาน กล่าวว่า เราทราบว่ากาแลคซีกำลังถูกสภาพแวดล้อมของพวกมันฆ่า และเราก็ต้องการจะรู้ว่าเพราะอะไร นักดาราศาสตร์เรียกกาแลคซีที่หยุดก่อตัวดาวใหม่ๆ ว่าเป็นกาแลคซีที่ตายแล้ว แม้ว่าดาวที่ยังมีอยู่จะยังคงเปล่งแสงอยู่ไม่น้อย สิ่งที่ VERTICO เผยให้เห็นได้ดีกว่าที่เคยทำมาก็คือ กระบวนการทางกายภาพแบบใดที่ส่งผลต่อโมเลกุลก๊าซ และพวกมันกำกับชีวิตและความตายของกาแลคซีได้อย่างไร

     กาแลคซีเป็นดาวที่รวมกันเป็นกลุ่มขนาดใหญ่ การกำเนิด, วิวัฒนาการและการตายได้รับผลจากสถานที่ที่พวกมันอาศัยในเอกภพ และวิธีที่พวกมันมีปฏิสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กระจุกกาแลคซีเป็นหนึ่งในสถานที่ที่มีสภาพแวดล้อมที่สุดขั้วที่สุดในเอกภพ ทำให้พวกมันน่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับนักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาวิวัฒนาการกาแลคซี

กระจุกหญิงสาว image credit: Fernando Pena/science.nasa.gov 

     กระจุกหญิงสาว(Virgo Cluster) เป็นที่อยู่ของกาแลคซีหลายพันแห่ง เป็นกระจุกขนาดใหญ่ที่อยู่ใกล้กับกลุ่มท้องถิ่น(Local Group) ที่ทางช้างเผือกอยู่ มากที่สุด ขนาดและความใกล้ที่สุดขั้วทำให้ง่ายต่อการศึกษากระจุกแห่งนี้ แต่มันก็ยังมีรายละเอียดอื่นๆ ที่ทำให้มันเย้ายวนต่อการสำรวจด้วย Christine Wilson ศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยแมกมาสเตอร์ และผู้นำร่วม VERTICO กล่าวว่า กระจุกหญิงสาวนั้นไม่ปกติพอควรในตัวมันเอง เมื่อมันมีกาแลคซีจำนวนค่อนข้างมากที่ยังคงก่อตัวดาวอยู่ กระจุกหลายๆ แห่งในเอกภพนั้นเต็มไปด้วยกาแลคซีสีแดงซึ่งมีก๊าซและการก่อตัวดาวเพียงเล็กน้อย

     โครงการ VERTICO สำรวจแหล่งก๊าซในกาแลคซี 51 แห่งในกระจุกหญิงสาวด้วยความละเอียดสูง เผยให้เห็นสภาพแวดล้อมที่สุดขั้วมากๆ และโหดร้ายมากซึ่งสามารถหยุดกาแลคซีจากการก่อตัวดาวโดยสิ้นเชิงได้ในกระบวนการที่เรียกว่า กาแลคซีถูกดับ(galaxy quenching) โดยสำรวจคาร์บอนมอนอกไซด์ในกาแลคซี แม้ว่าคาร์บอนมอนอกไซด์จะพบเพียงสัดส่วนน้อยๆ ในก๊าซเย็นที่กำลังก่อตัวดาว แต่ก็ตามรอยสำรวจได้ง่ายกว่า

     กระจุกหญิงสาวเป็นพื้นที่ที่สุดขั้วที่สุดในเอกภพท้องถิ่น เต็มไปด้วยพลาสมาที่ร้อนระดับล้านองศา, กาแลคซีที่มีความเร็วสูงจัด, ปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงระหว่างกาแลคซีกับสภาพแวดล้อมของพวกมัน, หมู่บ้านกาแลคซีที่ปลดเกษียณแล้ว และก็มี สุสานกาแลคซีด้วย Brown กล่าว โครงการยังเผยให้เห็นว่าก๊าซที่ถูกดึงออกมาสามารถหยุดยั้งหรือกระทั่งปิดตัวการก่อตัวดาวซึ่งเป็นกระบวนการทางกายภาพที่สำคัญที่สุดในเอกภพ ได้อย่างไร

NGC 4567 และ NGC 4568 เป็นกาแลคซีสองในหลายพันแห่งในกระจุกหญิงสาว ซึ่งอยู่ห่างออกไปราว 65 ล้านปีแสงจากโลก เมื่อสำรวจด้วย VERTICO กาแลคซีสองแห่งนี้เป็นพวกที่ได้รับผลกระทบจากกระบวนการทางกายภาพที่สุดขั้วในกระจุก ซึ่งนำไปสู่การตายของกาแลคซี กาแลคซีแสดงในภาพรวมประกอบ โดยข้อมูลคลื่นวิทยุจาก ALMA จากโมเลกุลก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์เป็นสีแดง/ส้ม และข้อมูลตามเห็นจากกล้องฮับเบิลเป็นสีขาว/ฟ้า

     การดึงก๊าซเป็นหนึ่งในกลไกภายนอกที่รุนแรงและน่าตื่นตาที่สุดอย่างหนึ่ง ซึ่งสามารถปิดการก่อตัวดาวในกาแลคซีได้ Brown กล่าว การดึงก๊าซ(gas stripping) เกิดขึ้นเมื่อกาแลคซีเคลื่อนที่ผ่านพลาสมาร้อนในกระจุกด้วยความเร็วสูงมาก จนโมเลกุลก๊าซเย็นจำนวนมากถูกปลดเปลื้องออกจากกาแลคซี ราวกับว่าก๊าซนี้กำลังถูกกวาดหายไปโดยไม้กวาดขนาดมหึมาในอวกาศ คุณภาพที่น่าเหลือเชื่อของการสำรวจ VERTICO ช่วยให้เราได้เห็นและเข้าใจกลไกได้ดีขึ้น

    Claudia Lagos ผู้เขียนร่วมจากศูนย์เพื่อการวิจัยดาราศาสตร์วิทยุนานาชาติ กล่าวในแถลงการณ์ว่า เราทราบว่ากาแลคซีในสภาพแวดล้อมที่สุดขั้วที่สุดจะเจอกับความยากลำบากมากมาย สูญเสียแหล่งก๊าซของพวกมันและสุดท้ายก็ไม่สามารถก่อตัวดาวฤกษ์ใหม่ๆ ได้อีกต่อไป สำหรับกาแลคซีแล้ว นั้นก็เหมือนกับกำลังตาย ในตัวอย่างกาแลคซี 51 แห่งที่ศึกษา พบว่าบางส่วนก็ตายไปแล้ว แต่อีกหลายแห่งอาจจะมีการก่อตัวดาวต่อไปอีก 1 หรือ 2 พันล้านปี แต่สุดท้าย พวกที่ยังมีชีวิตอยู่ก็กำลังสูญเสียก๊าซของพวกมันและจะตายลง

     กาแลคซีเหล่านี้ถูกกระจุกจับไว้ พวกที่ยังมีชีวิตสร้างดาวใหม่ๆ อยู่ก็อาจเป็นพวกที่เพิ่งถูกจับไว้เมื่อไม่นานมานี้ อย่างไรก็ตาม Lagos ก็บอกว่า บางแห่งอาจจะมีแหล่งก๊าซเย็นที่มากมายเป็นพิเศษมาแต่แรก ซึ่งจะมีสำรองให้ถูกดึงได้มากกว่า สิ่งดีๆ ที่มีกาแลคซีในช่วงต่างๆ ก็คือเราสามารถใช้การสำรวจเพื่อทำไทม์ไลน์วิวัฒนาการได้  

กาแลคซีกังหัน NGC 4254 เป็นกาแลคซีหนึ่งในหลายพันแห่งที่อาศัยและกำลังตายลงโดยกระบวนการทางกายภาพที่สุดขั้วในกระจุกหญิงสาว   

     โครงการนี้ใช้เครื่องรับ ALMA Band 6 เล็งเป้า ซึ่งพัฒนาที่ห้องทดลองการพัฒนาส่วนกลาง(CDL) ของหอสังเกตการณ์วิทยุแห่งชาติ(NRAO) ซึ่งให้ความไวที่สูงและความละเอียดสูงในขณะที่ลดเวลาการสำรวจเหลือน้อยที่สุด ซึ่งจะนำไปสู่การรวมข้อมูลในจำนวนที่มากเพียงพอ ซึ่งอาจจะมีเงื่อนงำที่ต้องการเพื่อให้ไขปริศนาที่เหลืออยู่ว่าสภาพแวดล้อมส่งผลต่อกาแลคซีอย่างไร และด้วยเหตุเหล่านั้น กาแลคซีตายอย่างไร Wilson กล่าวว่า มีคำถามมากมายตลอดช่วงหลายปีว่า สภาพแวดล้อมในกระจุกส่งผลต่อโมเลกุลก๊าซในกาแลคซีจริงหรือไม่ และถ้าจริงเกิดอย่างไร และสภาพแวดล้อมเหล่านี้ส่งผลต่อการตายอย่างไรแน่ เรายังคงมีงานต้องทำ แต่ผมเชื่อมั่นว่า VERTICO จะช่วยให้เราตอบคำถามเหล่านี้ได้ รายงานใหม่นี้เป็นงานแรกของ VERTICO และจะมีงานวิจัยอื่นเพิ่มเติมขึ้นมาในอนาคตอันใกล้

พบว่ากาแลคซี 51 แห่งในกระจุกหญิงสาวถูกขโมยเชื้อเพลิงก่อตัวดาวโดยสภาพแวดล้อมที่สุดขั้วของพวกมัน ในภาพรวมประกอบนี้ การสำรวจโมเลกุลก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ในช่วงวิทยุจาก ALMA ขยายขึ้น 20 เท่า ซ้อนทับบนภาพรังสีเอกซ์ที่เปล่งจากพลาสมาร้อนจัดในกระจุก

NGC 4567 และ NGC 4568 เป็นกาแลคซีสองในหลายพันแห่งในกระจุกหญิงสาว ซึ่งอยู่ห่างออกไปราว 65 ล้านปีแสงจากโลก เมื่อสำรวจด้วย VERTICO กาแลคซีสองแห่งนี้เป็นพวกที่ได้รับผลกระทบจากกระบวนการทางกายภาพที่สุดขั้วในกระจุก ซึ่งนำไปสู่การตายของกาแลคซี กาแลคซีแสดงในภาพรวมประกอบ โดยข้อมูลคลื่นวิทยุจาก ALMA จากโมเลกุลก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์เป็นสีแดง/ส้ม และข้อมูลตามเห็นจากกล้องฮับเบิลเป็นสีขาว/ฟ้า

กาแลคซีกังหัน NGC 4254 เป็นกาแลคซีหนึ่งในหลายพันแห่งที่อาศัยและกำลังตายลงโดยกระบวนการทางกายภาพที่สุดขั้วในกระจุกหญิงสาว   

แหล่งข่าว phys.org – a cosmic whodunit: ALMA study confirms what’s robbing galaxies of their star-forming gas
                iflscience.com – a galactic murder mystery in the heart of the Virgo Cluster has been solved