"อู่" สร้างกระจุกกาแลคซี

ภาพรวมพื้นที่ท้องฟ้าแสดงกระจุกทารก PHz G237 และกาแลคซีสมาชิกที่จำแนกได้ของมัน ทางซ้ายแสดงภาพมัลติแบนด์(11 อาร์คนาที*11 อาร์คนาที) รวมภาพช่วงเสี้ยวมิลลิเมตรที่ 350 ไมครอนจากเฮอร์เชลเป็นสีแดง(ตามรอยการก่อตัวดาว), ภาพสปิตเซอร์ที่ 3.6 ไมครอนเป็นสีเขียว(ตามรอยมวลดาว) และภาพรังสีเอกซ์จาก XMM-Newton เป็นสีฟ้า(ตามรอยหลุมดำมวลมหาศาลที่กำลังสะสมมวลสาร) พื้นที่สำรวจด้วยกล้องซูบารุตีกรอบเป็นสี่เหลี่ยมเส้นประสีเหลือง 

 

     ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติได้รายงานการค้นพบโครงสร้างแห่งหนึ่งที่คิดกันว่าเป็นกระจุกกาแลคซีทารก(protocluster) ที่กำลังพัฒนาตัวเป็นซุปเปอร์กระจุก(supercluster) อยู่ห่างออกไป 11 พันล้านปีแสงจากโลก การสำรวจได้แสดงกระจุกทารกแห่งนี้ในสภาพที่มันเป็นเมื่อเอกภพมีอายุเพียง 3 พันล้านปี ในช่วงเวลาหนึ่งเมื่อมีการสร้างดาวด้วยอัตราที่สูงสุดในพื้นที่ที่จำเพาะในอวกาศ

     แม้แต่กาแลคซีก็ไม่อยากอยู่อย่างโดดเดี่ยว ในขณะที่นักดาราศาสตร์ทราบมานานแล้วว่ากาแลคซีดูจะเกาะกันเป็นกลุ่มและเป็นกระจุก แต่กระบวนการที่เกิดขึ้นจากการก่อตัวจนถึงสร้างสังคมมิตรสหายก็ยังคงเป็นปริศนาในทางเอกภพวิทยา ในรายงานฉบับหนึ่งที่เผยแพร่ใน Astronomy & Astrophysics ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติได้รายงานการค้นพบวัตถุที่ดูเหมือนจะเพิ่งเป็นการเริ่มรวบรวมตัวของกาแลคซี ที่เรียกว่ากระจุกทารก

     การค้นพบนี้เป็นก้าวย่างที่สำคัญสู่เป้าหมายสุดท้ายของเราคือ การเข้าใจการรวบรวมตัวของกระจุกกาแลคซี ซึ่งเป็นโครงสร้างที่มีขนาดใหญ่ที่สุดที่ปรากฏในเอกภพ Brenda Frye รองศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ ที่หอสังเกตการณ์สจ๊วต มหาวิทยาลัยอริโซนา และผู้เขียนร่วมการศึกษานี้ กล่าว เพื่อเปรียบเทียบให้เห็น ทางช้างเผือกกาแลคซีที่เป็นบ้านของระบบสุริยะของเรานั้น ก็อยู่ในกระจุกที่เรียกกันว่า กลุ่มท้องถิ่น(Local Group) ซึ่งกลุ่มนี้เองก็เป็นส่วนหนึ่งของซุปเปอร์กระจุกหญิงสาว(Virgo supercluster) ด้วย แต่ซุปเปอร์กระจุกอย่างกระจุกหญิงสาวนี้ มีสภาพอย่างไรเมื่อ 11 พันล้านปีก่อนกัน

     เรายังคงทราบเกี่ยวกับกระจุกทารกเพียงเล็กน้อยมากๆ ส่วนหนึ่งก็เพราะว่าพวกมันสลัวมาก สลัวเกินกว่าจะตรวจจับได้ในช่วงตาเห็น Frye กล่าว ในเวลาเดียวกัน ก็เป็นที่ทราบว่าพวกมันเปล่งแสงในช่วงความยาวคลื่นอื่น เช่น เสี้ยวมิลลิเมตร(sub-millimeter) สว่างมาก

ระบบสุริยะอยู่ห่างจากใจกลางทางช้างเผือกราว 26000 ปีแสง ในขณะที่ใกล้ๆ ทางช้างเผือกก็ยังมีกาแลคซีบริวาร และกาแลคซีเพื่อนบ้านขนาดใหญ่อย่างอันโดรเมดา เกาะกลุ่มกันเรียกว่า กลุ่มท้องถิ่น(Local Group) กลุ่มนี้เองก็เป็นส่วนปลายของกระจุกหญิงสาว ซึ่งเป็นกระจุก กาแลคซีขนาดใหญ่

     กระจุกทารกแห่งนี้เดิมทีถูกพบโดยกล้องโทรทรรศน์พลังค์(Planck) ขององค์กรอวกาศยูโรป(ESA) ในฐานะส่วนหนึ่งจากการสำรวจทั่วท้องฟ้า กระจุกนี้ปรากฏตัวอย่างโดดเด่นในช่วงอินฟราเรดไกลของสเปคตรัมคลื่นแม่เหล็กฟ้า เมื่อกลั่นกรองตัวอย่างจากว่าที่วัตถุที่อาจเป็นโครงสร้างที่กำลังอยู่ในกระบวนการสร้างตัวเป็นกระจุกมากกว่า 2000 แห่ง นักวิจัยก็พบกระจุกทารกนี้ซึ่งมีชื่อว่า PHz G237.01+42.50 หรือเรียกสั้นๆ ว่า G237 การสำรวจไม่ได้ยืนยัน ตัวจนของมัน ยังต้องการการสำรวจติดตามผลด้วยกล้องอื่นๆ อีก

     Mari Polletta จากสถาบันเพื่อดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งชาติ(INAF) ในมิลาน อิตาลี นำทีมนานาชาติทำการสำรวจโดยใช้พลังร่วมของ Large Binocular Telescope ในอริโซนา ซึ่งดำเนินงานโดยมหาวิทยาลัยอริโซนา และกล้องโทรทรรศน์ซูบารุ ผลสรุปที่ได้ ทีมได้จำแนกกาแลคซี 63 แห่งที่จัดอยู่ในกระจุกทารก G237 นี้ การค้นพบเริ่มแรกและการสำรวจติดตามผลก็ใช้ข้อมูลในคลังของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเฮอร์เชล และกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์

      คุณจะคิดว่ากระจุกทารกอย่าง G237 เป็นอู่ต่อ(เรือ) กาแลคซีซึ่งกำลังประกอบกาแลคซีมวลสูงเข้าด้วยกัน เพียงแค่โครงสร้างนี้มีอยู่ในช่วงเวลาเมื่อเอกภพมีอายุ 3 พันล้านปีเท่านั้น Frye กล่าว ในเวลาเดียวกัน ตรรกะคล้ายๆ กันนี้ก็เกิดขึ้นใกล้ตัวเรามากกว่าที่คิดไว้ ทางช้างเผือกเองก็อาจจะเทียบท่ากระจุกทารกที่คล้ายกับ G237 เมื่อมันยังอายุน้อยมากๆ

โครงสร้างเอกภพในละแวกทางช้างเผือก เมื่อกลุ่มท้องถิ่นของเราและกระจุกหญิงสาวเอง ก็ยังเป็นส่วนหนึ่งของซุปเปอร์กระจุกกาแลคซี ลาเนียคี(Laniakea) ด้วย

     ในตอนแรก การสำรวจ G237 ได้บอกถึงอัตราการก่อตัวดาวโดยรวมซึ่งสูงมากอย่างไม่น่าเชื่อ และทีมก็อับจนปัญญาที่จะอธิบายข้อมูล กระจุกทารก G237 ดูเหมือนจะกำลังก่อตัวดาวด้วยอัตราถึง 1 หมื่นเท่าของทางช้างเผือก ในอัตรานี้ คาดว่ากระจุกทารกจะใช้เชื้อเพลิงหมดไปอย่างรวดเร็ว และสุดท้ายก็จะผันตัวไปเป็นระบบที่ซับซ้อนคล้ายกับซุปเปอร์กระจุกหญิงสาว

     กาแลคซีแต่ละแห่งใน 63 แห่งที่พบใน G237 ก็เหมือนเป็นโรงงานสร้างดาวที่ทำงานเกินกำลัง Frye กล่าว มันราวกับว่ากาแลคซีกำลังทำงานล่วงเวลาเพื่อสร้างดาว อัตราการสร้างนี้ไม่ยั่งยืน ด้วยเส้นทางเช่นนี้ คาดว่าห่วงโซ่อุปทานจะพังลงในอนาคตอันใกล้ และก็จะปิดการก่อตัวดาวในอู่ต่อ(เรือ) กาแลคซีแห่งนี้ไปเป็นการถาวร

     จะสามารถรักษาอัตราการผลิตที่สูงได้ก็ต่อเมื่อมีการฉีดเชื้อเพลิงเข้ามาอย่างต่อเนื่อง ซึ่งสำหรับดาวแล้ว เชื้อเพลิงก็คือก๊าซไฮโดรเจน Frye บอกว่าต้องใช้ห่วงโซ่อุปทานที่มีประสิทธิภาพและต่อเนื่องเพื่อดึงก๊าซใหม่ๆ จำนวนมากอย่างไม่น่าเชื่อ เพื่อเป็นเชื้อให้กับโรงงานก่อตัวดาว เราไม่ทราบว่าก๊าซมาจากไหน เธอกล่าว

    ต่อมา ทีมได้พบว่าสัญญาณบางส่วนนั้นมาจากกาแลคซีที่ไม่เกี่ยวข้องกับกระจุกทารกนี้ แต่แม้จะกำจัดสัญญาณออกไป อัตราการก่อตัวดาวโดยรวมที่เหลือก็ยังสูงอยู่ อย่างน้อยในระดับ 1 พันเท่าดวงอาทิตย์ต่อปี Poletta กล่าว เมื่อเทียบแล้ว ทางช้างเผือกก่อตัวดาวเพียง 1 เท่าดวงอาทิตย์ต่อปีเท่านั้น Frye กล่าวว่า ภาพที่เราปะติดปะต่อได้ตอนนี้ก็คือ อู่ต่อ(เรือ) กาแลคซีที่ประสบความสำเร็จแห่งนี้ซึ่งทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงเพื่อรวบรวมกาแลคซี และดาวภายในนั้น และมีแหล่งพลังงานที่ยั่งยืน

แบบจำลองเสมือนจริงใยเอกภพ(cosmic web) ซึ่งเป็นเส้นใยก๊าซที่เหมือนใยแมงมุมไขว้กันไปมาแบบสามมิติในเอกภพ แทนที่จะอยู่กระจัดกระจายออกมา แต่กาแลคซีดูจะกระจุกตัวอยู่ตามจุดตัดของใยเอกภพซึ่งก็คือพื้นที่สีแดงในภาพ ก่อตัวเป็นกระจุกทารกอย่างเช่น G237  

     กาแลคซีทั้งหมดในเอกภพเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างยักษ์ที่มีรูปร่างดูคล้ายกับเส้นใยแมงมุมสามมิติ ซึ่งเรียกว่า ใยเอกภพ
(cosmic web) เส้นใยของใยเอกภพไขว้ตัดกันที่จุดตัด(nodes) ซึ่งก็เทียบเท่ากับอู่ต่อ(เรือ) กาแลคซี เราเชื่อว่าเส้นใยเหล่านี้เป็นตัวแทนการถ่ายเทก๊าซไฮโดรเจนจากตัวกลางในห้วงอวกาศระหว่างกาแลคซีที่เบาบาง เข้าสู่โครงสร้างกระจุกทารกที่เพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่ซึ่งหิวกระหายที่จุดตัด Frye กล่าว

      เมื่อเอ่ยถึงงานวิจัยในอนาคต Polletta กล่าวว่า เรากำลังอยู่ในกระบวนการเพื่อวิเคราะห์การสำรวจกระจุกทารกแห่งนี้และกระจุกทารกพลังค์อื่นๆ ให้มากขึ้น โดยมีเป้าหมายเพื่อตามรอยก๊าซที่ให้กำเนิดดาวที่กำลังก่อตัวขึ้นใหม่เหล่านี้และป้อนสู่หลุมดำมวลมหาศาล(supermassive black holes) เพื่อตรวจสอบกำเนิดของมัน และอธิบายกิจกรรมที่พิเศษสุดๆที่สำรวจพบนี้

     Frye บอกว่าเธอกำลังเฝ้ารอการรวมข้อมูลจาก Large Binocular Telescope กับการสำรวจที่วางแผนไว้โดยใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ที่จะส่งออกในวันที่ ธันวาคม นี้ กระจุกทารกให้โอกาสในการสืบสวนคำถามใหญ่ในทางดาราศษสตร์ซึ่งมีแต่เพียงหอสังเกตการณ์ใหม่นี้เท่านั้นที่จะตอบได้ เธอกล่าว เช่นว่า จะมีกลไกอะไรที่ผลักดันการก่อตัวดาวอย่างบ้าคลั่ง และเชื้อเพลิงไฮโดรเจนจะหมดลงเมื่อใด ซึ่งจะบังคับให้อู่ต่อ(เรือ) กาแลคซีแห่งนี้ต้องปิดประตูและเปลี่ยนเป็นซุปเปอร์กระจุกที่คล้ายกับซุปเปอร์กระจุกที่ทางช้างเผือกของเราสังกัดอยู่

ภาพรวมพื้นที่ท้องฟ้าแสดงกระจุกทารก PHz G237 และกาแลคซีสมาชิกที่จำแนกได้ของมัน ทางซ้ายแสดงภาพมัลติแบนด์(11 อาร์คนาที*11 อาร์คนาที) รวมภาพช่วงเสี้ยวมิลลิเมตรที่ 350 ไมครอนจากเฮอร์เชลเป็นสีแดง(ตามรอยการก่อตัวดาว), ภาพสปิตเซอร์ที่ 3.6 ไมครอนเป็นสีเขียว(ตามรอยมวลดาว) และภาพรังสีเอกซ์จาก XMM-Newton เป็นสีฟ้า(ตามรอยหลุมดำมวลมหาศาลที่กำลังสะสมมวลสาร) พื้นที่สำรวจด้วยกล้องซูบารุตีกรอบเป็นสี่เหลี่ยมเส้นประสีเหลือง

ระบบสุริยะอยู่ห่างจากใจกลางทางช้างเผือกราว 26000 ปีแสง ในขณะที่ใกล้ๆ ทางช้างเผือกก็ยังมีกาแลคซีบริวาร และกาแลคซีเพื่อนบ้านขนาดใหญ่อย่างอันโดรเมดา เกาะกลุ่มกันเรียกว่า กลุ่มท้องถิ่น(Local Group) กลุ่มนี้เองก็เป็นส่วนปลายของกระจุกหญิงสาว ซึ่งเป็นกระจุก กาแลคซีขนาดใหญ่

โครงสร้างเอกภพในละแวกทางช้างเผือก เมื่อกลุ่มท้องถิ่นของเราและกระจุกหญิงสาวเอง ก็ยังเป็นส่วนหนึ่งของซุปเปอร์กระจุกกาแลคซี ลาเนียคี(Laniakea) ด้วย

แบบจำลองเสมือนจริงใยเอกภพ(cosmic web) ซึ่งเป็นเส้นใยก๊าซที่เหมือนใยแมงมุมไขว้กันไปมาแบบสามมิติในเอกภพ แทนที่จะอยู่กระจัดกระจายออกมา แต่กาแลคซีดูจะกระจุกตัวอยู่ตามจุดตัดของใยเอกภพซึ่งก็คือพื้นที่สีแดงในภาพ ก่อตัวเป็นกระจุกทารกอย่างเช่น G237  

แหล่งข่าว phys.org : astronomers discover a massive galaxy “shipyard” in the distant universe
                space.com : enormous “shipyard” of ancient galaxies discovered 11 billion light-years away