กล้องเวบบ์อาจพบกาแลคซีที่ห่างไกลที่สุดรายใหม่แล้ว

 

ภาพ GLASS-z13 

     เพียงหนึ่งสับดาห์หลังจากนาซาเผยแพร่ภาพชุดแรกของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ให้ชาวโลกได้ยล นักวิทยาศาสตร์ซึ่งวิเคราะห์ข้อมูลกล่าวว่า เวบบ์อาจจะได้พบกาแลคซีแห่งหนึ่งซึ่งปรากฏอยู่ที่ 13.5 พันล้านปีก่อน

      งานวิทยาศาสตร์ช่วงต้นของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์(James Webb Space Telescope) รวมโครงการหนึ่งที่เรียกว่า GLASS(Grism Lens-Amplified Survey from Space) จาก GLASS ในข้อมูลชุดแรก นักดาราศาสตร์ตรวจสอบกระจุกกาแลคซี Abell 2744 ซึ่งมีมวลสูงมากจนแรงโน้มถ่วงของมันสามารถรบกวนห้วงอวกาศรอบๆ มันและทำหน้าที่เป็นเลนส์ความโน้มถ่วงเพื่อขยายภาพจากกาแลคซีที่อยู่ห่างไกลที่สุดเบื้องหลังกระจุก  

     นักดาราศาสตร์ที่นำทีมโดย Rohan Naidu จากศูนย์ฮาร์วาร์ดสมิธโซเนียนเพื่อดาราศาสตร์ฟิสิกส์(CfA)  ได้พบกาแลคซีเรียกกันว่า GLASS-z13 ปรากฏเมื่อ 3 ร้อยล้านปีหลังจากบิ๊กแบง ปรากฎเร็วกว่าสิ่งใดๆ ที่เคยจำแนกไว้ประมาณ 1 ร้อยล้านปี Naidu กล่าวว่า เราอาจจะได้มองดูแสงดาวที่ห่างไกลที่สุดเท่าที่ใครเคยเห็นมา(ชื่อของกาแลคซีแห่งนี้มาจากความจริงที่ว่านักดาราศาสตร์ได้ตรวจสอบ “เรดชิพท์” ของมันที่ 13)   

     วัตถุที่ยิ่งอยู่ห่างไกลจากเราแค่ไหน แสงของพวกมันก็ใช้เวลาเดินทางมาถึงเรานานขึ้นไปด้วย ดังนั้นการมองไปในเอกภพอันห่างไกลก็เหมือนการมองย้อนอดีต แม้ว่า GLASS-z13 จะปรากฏในยุคแรกสุดของเอกภพ แต่ก็ยังไม่ทราบอายุที่แน่นอนของมัน เมื่อมันอาจก่อตัวขึ้นช่วงใดก็ตามในช่วง 3 ร้อยล้านปีแรกนี้

    GLASS-z13 ถูกพบในชุดข้อมูลที่เผยแพร่เบื้องต้น จากกล้องถ่ายภาพอินฟราเรดหลักของเวบบ์คือ NIRCam แต่การค้นพบนี้ไม่ได้เผยแพร่ไปกับภาพชุดแรกที่นาซาเผยแพร่เมื่อวันที่ 12 กรกฎาคม

กาแลคซีที่ห่างไกลที่สุดเท่าที่เคยสำรวจและยืนยันแล้ว คือ GN-z11 อยู่ที่ z 11.1 หรือห่างออกไป 13.4 พันล้านปีแสง ในขณะที่มีผู้ท้าชิงรายใหม่ 

     หนึ่งในภารกิจสูงสุดของกล้องเวบบ์ก็คือความสามารถในการค้นหากาแลคซีแห่งแรกๆ สุดที่ก่อตัวขึ้นหลังจากบิ๊กแบง เมื่อ 13.8 พันล้านปีก่อน เนื่องจากพวกมันอยู่ห่างไกลจากเราอย่างมาก ในช่วงเวลาที่แสงเดินทางมาถึงโลก แสงจะถูกยืดออกจากการขยายตัวของเอกภพ และเลื่อนไปสู่ช่วงอินฟราเรด(redshifted) ในสเปคตรัมแสง ซึ่งกล้องเวบบ์ตรวจจับได้อย่างไม่มีปัญหา Naidu และเพื่อนร่วมงานได้กรองผ่านข้อมูลเอกภพอันห่างไกลในช่วงอินฟราเรดนี้ เพื่อมองหาสัญญาณร่องรอยของกาแลคซีที่ห่างไกลสุดขั้ว

     เมื่อแปลผลจากแสงอินฟราเรดเป็นแสงช่วงตาเห็น กาแลคซีแห่งนี้จะปรากฏเป็นก้อนสีแดงโดยมีใจกลางสีขาว Naidu และทีมเพื่อนร่วมงานรวม 25 คนจากทั่วโลก ยื่นเสนอการค้นพบในวารสารทางวิทยาศาสตร์ ในตอนนี้ งานวิจัยเผยแพร่บนเวบไซท์ก่อนตีพิมพ์ arXiv.org วันที่ 19 กรกฏาคม ดังนั้นจึงยังไม่ผ่านการทบทวนโดยผู้รู้เสมอกัน(พิชญพิจารณ์; peer-reviewed) แต่ก็สร้างความฮือฮาให้กับประชาคมดาราศาสตร์แล้ว

     บันทึกสถิติทางดาราศาสตร์กำลังพังครืนและอีกหลายอย่างที่ถูกเขย่าบัลลังก์ Thomas Zurbuchen หัวหน้านักวิทยาศาสตร์นาซา ทวีตข้อความ แน่นอนว่าผมจะดีใจก็ต่อเมื่อผลสรุปทางวิทยาศาสตร์นี้ผ่านพิชญพิจารณ์ แต่ก็ดูมีแววมาก Naidu บอกว่ายังมีนักดาราศาสตร์อีกทีมที่นำโดย Marco Castellano ที่ใช้ข้อมูลเดียวกัน ได้บรรลุถึงข้อสรุปที่เหมือนกัน เลยช่วยให้พวกเรามั่นใจ

     ในช่วงความยาวคลื่นอินฟราเรด จะมีช่วงเกณฑ์จำเพาะซึ่งต่ำกว่าค่าดังกล่าว โฟตอนทั้งหมดจะถูกดูดกลืนไว้โดยไฮโดรเจนที่เป็นกลางในเอกภพ ซึ่งคั่นอยู่ระหว่างวัตถุกับผู้สังเกตการณ์ ด้วยการใช้ข้อมูลที่รวบรวมได้จากฟิลเตอร์อินฟราเรดที่แตกต่างกันที่หันไปที่พื้นที่เดียวกันบนฟ้า ทีมก็สามารถตรวจสอบตำแหน่งที่โฟตอนหายไปจนเกลี้ยงนี้ ได้ว่าอยู่ตรงไหน ซึ่งจะเป็นสิ่งที่ใช้บอกถึงการมีอยู่ของกาแลคซีที่ห่างไกลมากที่สุด

     เราสำรวจข้อมูลเบื้องต้นจากกาแลคซีทั้งหมดเพื่อหาสัญญาณนี้ และก็มีระบบสองแห่งที่โดยรวมแล้วมีสัญญาณที่เป็นไปได้มากที่สุด Naidu กล่าว นอกจาก GLASS-z13 อีกแห่งคือ GLASS-z11 ไม่ได้เก่าแก่เท่า เป็นหลักฐานที่ชัดเจนแต่ก็ยังมีงานที่ต้องทำอีก เธอกล่าว

ภาพจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ แสดง กาแลคซี GLASS z-13 ว่าที่กาแลคซีที่อยู่ไกลที่สุดเท่าที่เคยพบมา

     โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ทีมอยากได้เวลาในการสำรวจจากกล้องเวบบ์เพื่อทำการตรวจสอบสเปคตรัม ซึ่งเป็นการวิเคราะห์แสงที่เผยให้เห็นคุณสมบัติในรายละเอียด เพื่อตรวจสอบระยะทางที่แม่นยำของมัน สำหรับตอนนี้ การคาดเดาระยะทางของมันมีพื้นฐานจากสิ่งที่เรามองไม่เห็น จะดีมากที่จะได้คำตอบกับสิ่งที่เราได้เห็นนี้ Naidu กล่าว

    แต่กระนั้น ทีมก็พบได้คุณสมบัติที่น่ามหัศจรรย์แล้ว ยกตัวอย่างเช่น GLASS-z11 และ GLASS-z13 เป็นกาแลคซีขนาดไม่เล็กไม่ใหญ่เมื่อเทียบกับทางช้างเผือกซึ่งมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 1 แสนปีแสง อย่างไรก็ตาม ในยุคดังกล่าว ทั้งสองก็มีขนาดใหญ่โดยมีเส้นผ่าศูนย์กลางระหว่าง 3000 ถึง 4500 ปีแสง และมีมวลรวมที่เป็นดาวเทียบเท่ากับ 1 พันล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์ และเป็นดาวที่สว่างสูงจำนวนมาก

      การค้นพบที่น่าประหลาดใจอีกอย่างก็คือ GLASS-z11 ได้แสดงข้อบ่งชี้ว่ามันมีรูปร่างเรียว โดยมีดิสก์กังหันที่กำลังเติบโต ในขณะที่กาแลคซีที่ห่างไกลที่สุดที่ยืนยันแล้วในขณะนี้ GN-z11 ก็ดูเหมือนจะมีดิสก์ด้วยเช่นกัน ในขณะที่กาแลคซีเกือบทั้งหมดที่พบที่เรดชิพท์สูงๆ มักจะมีลักษณะเป็นขยุ้มก้อน แต่ GLASS-z11 และ GN-z11 แสดงว่าเป็นไปได้ที่โครงสร้างในกาแลคซีอาจจะพัฒนาขึ้นได้ค่อนข้างเร็ว

      ซึ่งเป็นเรื่องที่สร้างความประหลาดใจอย่างมาก และเป็นเรื่องที่เราไม่เข้าใจเลยว่ามันก่อตัวไม่นานหลังจากบิ๊กแบงได้อย่างไร Naidu กล่าว พื้นที่ท้องฟ้าที่ GLASS ทำการสำรวจโดยรวมมีขนาด 50 ตารางอาร์คนาที(ดวงจันทร์มีความกว้าง 31 อาร์คนาที) และเฉพาะในพื้นที่นี้ก็พบกาแลคซีที่มีเรดชิพท์มากกว่า 11 แล้วถึงสองแห่ง จากจำนวนก็น่าจะบ่งชี้ว่ากาแลคซีที่ส่องสว่างในเอกภพยุคเริ่มแรกนั้นพบได้บ่อยกว่าที่เคยคาดไว้ การตรวจจับนี้ยังบอกเป็นนัยว่ากล้องเวบบ์จะพบกาแลคซีที่ห่างไกลอย่างนี้อีกมากมาย และบางทีอาจจะเป็นกาแลคซีที่ไกลออกไปอีก

     จากทฤษฎีการก่อตัวกาแลคซี นับตั้งแต่ที่เราได้เห็นภาพพวกมันเวลาได้ผ่านเลยไป ทั้ง GLASS-z11 และ GLASS-z13 จะต้องเจริญเติบโตต่อไปผ่านการควบรวม(merger) กับกาแลคซีแห่งอื่นๆ และบางทีอาจจะพัฒนากลายเป็นกาแลคซีทรงรี(elliptical galaxies) ยักษ์ แต่กระนั้น การขยายตัวของเอกภพก็ทำให้ GLASS-z11 และ GLASS-z13 อยู่ห่างเราออกไปอีก และทุกวันนี้ พวกมันก็อยู่ไกลจากเรามากกว่า 32 พันล้านปีแสงแล้ว ไกลเกินกว่าที่กล้องโทรทรรศน์ใดๆ จะไปถึง

 

แหล่งข่าว phys.org : Webb telescope may have already found most distant known galaxy
                space.com : James Webb Space Telescope discovers candidates for most distant galaxies yet