น้ำในเอกภพยุคโบราณ

 

ภาพจากศิลปินแสดงเส้นเปล่งคลื่นจากคาร์บอนมอนอกไซด์และน้ำที่ต่อเนื่องในฝุ่นที่พบในกาแลคซีคู่หนึ่งที่เรียกว่า SPT0311-58

     องค์ประกอบที่จำเป็นต่อชีวิตบางอย่างไม่ต้องใช้เวลานานนักที่จะอุบัติขึ้นหลังจากที่เอกภพเริ่มมีอยู่ จากการวิเคราะห์กาแลคซีคู่หนึ่งในช่วงอรุณรุ่งแห่งกาลเวลา พบน้ำปรากฏในเอกภพเพียง 780 ล้านปีหลังจากบิ๊กแบงเท่านั้น เมื่อเอกภพมีอายุเพียง 5% ของอายุปัจจุบัน

     นี่บอกว่า แม้ว่าธาตุหนักจะยังคงค่อนข้างขาดแคลน แต่ก็ไม่รั้งรอในการสร้างโมเลกุลขึ้นมา กาแลคซีคู่ดังกล่าวซึ่งเราพบเห็นพวกมันหลังจากแสงของพวกมันเดินทางมา 12.88 พันล้านปี กำลังอยู่ในกระบวนการที่ควบรวมเข้าด้วยกันกลายเป็นกาแลคซีทรงรีขนาดใหญ่แห่งเดียว เรียกรวมๆ ว่า SPT0311-58 และพวกมันก็เป็นหนึ่งในกาแลคซีที่มีอายุเก่าแก่ที่สุดที่พบในเอกภพ ถูกพบโดย ALMA ในปี 2017 ในช่วงเวลาที่เรียกว่า ยุคแห่งการรีไอออนไนซ์(Epoch of Reionization)

     คิดกันว่าการรบกวนด้วยแรงโน้มถ่วงจากปฏิสัมพันธ์ของพวกมัน เหนี่ยวนำให้เกิดระลอกการก่อตัวดาวซึ่งใช้โมเลกุลก๊าซทั้งหมดที่มีอยู่ แต่ก็ยังคงมีก๊าซมากพอที่นักดาราศาสตร์จะต้องทะลุทะลวงผ่านไป เพื่อเก็บสัญญาณสเปคตรัมที่เผยการมีอยู่ของโมเลกุลเฉพาะได้ Sreevani Jarugula นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ กล่าวว่า ด้วยการใช้การสำรวจโมเลกุลก๊าซด้วยความละเอียดสูงของ ALMA ในกาแลคซีคู่นี้ เราก็ตรวจพบโมเลกุลทั้งน้ำและคาร์บอนมอนอกไซด์ในกาแลคซีขนาดใหญ่กว่าในคู่นี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ออกซิเจนและคาร์บอนซึ่งเป็นธาตุรุ่นแรก และอยู่ในรูปแบบโมเลกุลคาร์บอนมอนอกไซด์และน้ำ ก็มีความสำคัญยิ่งยวดต่อชีวิตในแบบที่เรารู้จัก 

     เนื่องจากแสงจากกาแลคซีในเอกภพยุคต้นเดินทางมาไกลมากเพื่อมาถึงเรา มันจึงสลัวมาก และยากที่จะแยกแยะรายละเอียดมากกว่า เมื่อสำรวจกาแลคซีที่อยู่ค่อนข้างใกล้ อย่างไรก็ตาม ตัวกลางในห้วงอวกาศ(interstellar medium) ในกาแลคซีเหล่านี้ก็อุดมไปด้วยฝุ่น ซึ่งได้ช่วยเผยการมีอยู่ของน้ำ นักวิจัยบอกว่า ฝุ่นนี้ได้ดูดกลืนการแผ่รังสีอุลตราไวโอเลตจากดาว และเปล่งย้อนกลับออกมาในช่วงอินฟราเรดไกล การเปล่งคลื่นอินฟราเรดนี้เองที่กระตุ้นโมเลกุลน้ำในตัวกลางในห้วงอวกาศ ซึ่งจะทำให้เกิดการเปล่งคลื่นซึ่งสามารถตรวจจับด้วยกล้องที่มีความไวสูงอย่าง ALMA ในชิลี

ร่องรอยของน้ำ(สีฟ้า) ที่พบเห็นในหนึ่งในกาแลคซีที่ห่างไกลที่สุด ได้พิสูจน์ว่าของเหลวซึ่งค้ำจุนชีวิตนี้ปรากฏอยู่เรียบร้อยแล้วในช่วงเริ่มแรกสุดของวิวัฒนาการกาแลคซี

     การระบุน้ำในช่วงต้นๆ ของประวัติความเป็นมาของเอกภพแบบนี้ สามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ได้เข้าใจกำเนิดและวิวัฒนาการของสารตั้งต้นสำหรับชีวิตในเอกภพได้ น้ำเป็นโมเลกุลที่พบได้มากที่สุดเป็นอันดับสามในเอกภพ ตามหลังก๊าซไฮโดรเจน(H2) และคาร์บอนมอนอกไซด์(CO) กาแลคซีแห่งนี้เป็นกาแลคซีที่มีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยพบที่เรดชิพท์สูงๆ หรือในช่วงเวลาที่เอกภพยังมีอายุน้อยมากๆ Jarugula อธิบาย มันมีก๊าซและฝุ่นอยู่มากกว่าในกาแลคซีอื่นๆ ในเอกภพยุคต้น ซึ่งช่วยให้เรามีโอกาสมากมายในการสำรวจโมเลกุลที่พบได้ทั่วไป และช่วยให้เข้าใจว่าธาตุที่สร้างชีวิตเหล่านั้นส่งผลต่อการพัฒนาเอกภพยุคต้นอย่างไร

     การตรวจสอบองค์ประกอบเมฆโมเลกุลก๊าซที่จะก่อตัวดาวขึ้น ยังช่วยให้เราได้เข้าใจว่ามีก๊าซอยู่มากน้อยแค่ไหนที่นั่นได้ดีขึ้น, อัตราที่มันจะถูกเปลี่ยนเป็นดาว และจะมีดาวกำลังก่อตัวในเอกภพยุคต้นมากน้อยแค่ไหน นั้นเป็นช่วงเวลาเมื่ออัตราการก่อตัวดาวเพิ่งเริ่มจะบ้าคลั่ง(furious) ซึ่งผลิตด้วยอัตราที่สูงกว่าในปัจจุบันหลายพันเท่า อันเนื่องจากมีก๊าซและฝุ่นจำนวนมากให้ดาวได้ก่อตัวขึ้น

     การศึกษานี้จึงไม่เพียงแต่ให้คำตอบว่าน้ำสามารถปรากฏในเอกภพที่ใด และย้อนไปไกลแค่ไหน แต่ยังสร้างคำถามข้อใหญ่ที่ว่า แล้วมีก๊าซและฝุ่นจำนวนมากมารวมตัวเพื่อสร้างดาวและกาแลคซี ตั้งแต่เริ่มต้นอย่างนี้ในเอกภพได้อย่างไร Jarugula กล่าว คำตอบนี้ต้องการการศึกษากาแลคซีที่กำลังก่อตัวดาวเหล่านี้และคล้ายๆ กัน เพื่อให้เข้าใจการก่อตัวและวิวัฒนาการโครงสร้างต่างๆ ในเอกภพยุคต้น

     ผลสรุปที่น่าตื่นเต้นนี้ แสดงถึงพลังของ ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ซึ่งได้เพิ่มจำนวนการสำรวจเอกภพยุคต้นให้มากขึ้น Joe Pesce นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์และผู้อำนวยการโครงการ ALMA ที่มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ(NSF) กล่าวเสริม โมเลกุลเหล่านี้มีความจำเป็นต่อชีวิตบนโลก กำลังก่อตัวขึ้นเร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และการสำรวจก็ให้แง่มุมแก่เราสู่กระบวนการพื้นฐานของเอกภพที่แตกต่างอย่างมากกับในปัจจุบัน งานวิจัยเผยแพร่ใน Astrophysical Journal

แหล่งข่าว sciencealert.com : water detected in ancient, distant galaxy from the beginning of the universe
                sciencedaily.com : scientists detect signs of water in a galaxy far, far away
                space.com : astronomers detect water in one of the oldest known galaxies