กาแลคซีเมื่อเอกภพมีอายุ 350 ล้านปี

 

GLASS-z12

      เพียงไม่กี่วันหลังจากเริ่มต้นทำงานวิทยาศาสตร์อย่างเป็นทางการ กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ก็ผลักดันนักดาราศาสตร์ไปจนถึงพรมแดนแห่งกาแลคซียุคต้น ที่เคยซ่อนตัวพ้นจากเงื้อมมือของกล้องโทรทรรศน์อื่นๆ ใด

     ขณะนี้ กล้องเวบบ์เผยให้เห็นเอกภพอันรุ่มรวยซึ่งกาแลคซีแห่งแรกๆ ที่กำลังก่อตัวขึ้นนั้นมีความแตกต่างอย่างมากกับกาแลคซีเต็มวัยที่พบเห็นรอบตัวเราในปัจจุบัน นักวิจัยได้พบกาแลคซีสว่างอย่างมาก 2 แห่งที่ปรากฏอยู่ราวสามร้อยและสี่ร้อยล้านปีหลังจากบิ๊กแบงเท่านั้น ความสว่างที่สุดขั้วของพวกมันสร้างความมึนงงให้กับนักดาราศาสตร์ กาแลคซีอายุน้อยเหล่านี้กำลังเปลี่ยนก๊าซให้กลายเป็นดาวฤกษ์ใหม่ๆ เร็วที่สุดเท่าที่พวกมันจะทำได้ และมีลักษณะขนาดกะทัดรัดเป็นรูปทรงกลมหรือจานแบน ที่เล็กกว่าทางช้างเผือกของเราอย่างมาก การก่อตัวดาวอาจจะเริ่มต้นขึ้นตั้งแต่หนึ่งร้อยล้านปีหลังจากบิ๊กแบง ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อ 13.8 พันล้านปีก่อน

     ทุกๆ สิ่งที่เราได้เห็นเป็นของใหม่เอี่ยม เวบบ์กำลังแสดงให้เราเห็นว่ามีเอกภพที่รุ่มรวยเกินกว่าที่เราจะจินตนาการถึงได้ Tommaso Treu จากมหาวิทยาลัยคาลิฟอร์เนีย ที่ลอสแองเจลิส(UCLA) ผู้นำร่วมโครงการสำรวจจากกล้องเวบบ์งานหนึ่ง กล่าว และอีกครั้งที่เอกภพสร้างความประหลาดใจให้กับเรา กาแลคซียุคต้นเหล่านั้นมีความไม่ปกติในหลายๆ ทาง

      ผลสรุปนี้มาจากการสำรวจ GLASS-JWST Early Release Science Program(Grism Lens-Amplified Survey from Space) และ CEERS(Cosmic Evolution Early Release Science Survey) รายงานการวิจัยสองฉบับที่นำทีมโดย Marco Castellano จากสถาบันเพื่อดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งชาติ ในกรุงโรม อิตาลี และ Rohan Naidu จากศูนย์ฮาร์วาร์ดสมิธโซเนียนเพื่อดาราศาสตร์ฟิสิกส์(CfA) และสถาบันเทคโนโลจีแห่งแมสซาชูเสตต์(MIT) เผยแพร่ใน Astrophysical Journal Letters

      เพียงใช้เวลาวิเคราะห์แค่สี่วัน นักวิจัยก็ได้พบกาแลคซีที่สว่างอย่างมาก 2 แห่งในภาพ GLASS-JWST กาแลคซีเหล่านี้ปรากฏอยู่เมื่อ 450 และ 350 ล้านปีหลังจากบิ๊กแบงเท่านั้น(เรดชิพท์ราว 10.5 และ 12.5 ตามลำดับ) ซึ่งการตรวจสอบสเปคตรัมด้วยกล้องเวบบ์ในอนาคตจะช่วยยืนยันระยะทาง แต่จากความจริงที่ว่าทีมวิจัยสองทีมซึ่งใช้การวิเคราะห์ที่แตกต่างกันกับชุดข้อมูลเดียวกัน ได้ค่าระยะทางเท่ากัน ก็เพียงพอที่จะยืนยันแล้ว  

     ด้วยเวบบ์ เราต้องประหลาดใจเมื่อพบแสงที่ห่างไกลที่สุดเท่าที่มีใครเคยเห็นมา ในเวลาเพียงไม่กี่วันหลังจากเวบบ์เผยแพร่ข้อมูลแรกของมันออกมา Rohan Naidu กล่าวถึงกาแลคซี GLASS ที่ไกลกว่า(GLASS-z12) ซึ่งเชื่อว่าปรากฏอยู่เมื่อ 350 ล้านปีหลังจากบิ๊กแบงเท่านั้น ผู้ยึดครองสถิติก่อนหน้านี้ GN-z11 ปรากฏอยู่เมื่อ 400 ร้อยล้านปีหลังจากบิ๊กแบง(เรดชิพท์ 11.1) ซึ่งจำแนกในปี 2016 โดยกล้องฮับเบิลและกล้องเคก จากโครงการสำรวจท้องฟ้าห้วงลึก

     อ้างอิงจากการทำนายทั้งปวง เราคิดว่าเราจะต้องสำรวจอวกาศมากกว่านี้เพื่อหากาแลคซีลักษณะนี้ Castellano กล่าว วัตถุที่สว่างและห่างไกลจนไม่น่าเชื่อเหล่านี้อาจจะไม่ใช่เข็มในมหาสมุทร การสำรวจนี้เลยทำให้ผมแทบหัวระเบิด นี่เป็นบทใหม่ในด้านดาราศาสตร์ เป็นเหมือนกับขุดค้นทางโบราณคดี เมื่อจู่ๆ คุณก็ได้พบนครที่สาบสูญไป หรือบางสิ่งที่คุณไม่เคยรู้เกี่ยวกับมันมาก่อน ทำเอาอึ้ง Paola Santini ผู้เขียนคนที่สี่ในทีม Castellano et al. กล่าว

      ในขณะที่ยังคงต้องยืนยันระยะทางถึงแหล่งยุคต้นเหล่านี้โดยการตรวจสอบสเปคตรัม แต่ความสว่างที่สุดขั้วของพวกมันกลับเป็นปริศนาของจริง ท้าทายความเข้าใจของเราเกี่ยวกับการก่อตัวกาแลคซี Pascal Oesch จากมหาวิทยาลัยเจนีวา สวิตเซอร์แลนด์ ระบุ

     การสำรวจของเวบบ์ดึงให้นักดาราศาสตร์เข้าสู่ข้อสรุปว่ามีกาแลคซีในเอกภพยุคต้นจำนวนสูงผิดปกติ ที่สว่างกว่าที่เคยคาดไว้ นี่ทำให้มันง่ายขึ้นที่เวบบ์จะค้นหากาแลคซีที่ห่างไกลออกไปอีกในการสำรวจท้องฟ้าห้วงลึก Garth Illingworth จากยูซี ซานตาครูซ กล่าวว่า เราพบเรื่องที่น่ามหัศจรรย์ กาแลคซีเหล่านี้จะต้องเริ่มตั้งต้นขึ้นมาอาจจะเพียง 100 ล้านปีแรกหลังจากบิ๊กแบงเท่านั้น ไม่มีใครเคยคาดว่ายุคมืด(Dark Ages) จะจบลงได้ไวมากแบบนั้น เอกภพยุคดั้งเดิมน่าจะเป็นเพียงหนึ่งในร้อยส่วนของอายุปัจจุบัน เป็นเพียงช่วงเวลาพริบตาในประวัติ 13.8 พันล้านปี

ช่วงเวลาต่างๆ ในประวัติความเป็นมาของเอกภพ

     Erica Nelson สมาชิกทีม Naidu/Oesch จากมหาวิทยาลัยโคโลราโด บอกว่าทีมของเราอึ้งไปเลยเมื่อสามารถตรวจสอบรูปร่างของกาแลคซีแรกๆ เหล่านี้ได้ ดิสก์ที่เป็นระเบียบเรียบร้อยท้าทายความเข้าใจว่ากาแลคซีแห่งแรกๆ ก่อตัวในเอกภพยุคต้นอันวุ่นวายและแออัดได้อย่างไร การค้นพบดิสก์ขนาดกะทัดรัดในช่วงเวลาต้นๆ ครั้งสำคัญนี้เกิดขึ้นได้ก็เพราะภาพจากเวบบ์ซึ่งคมชัดในช่วงอินฟราเรดมากกว่าภาพฮับเบิล อย่างมาก

     กาแลคซีเหล่านี้แตกต่างอย่างมากกับทางช้างเผือกหรือกาแลคซีขนาดใหญ่อื่นๆ ที่เราเห็นรอบตัวทุกวันนี้ Treu กล่าว Illingworth บอกว่ากาแลคซีสว่างทั้งสองมีแสงจำนวนมาก เขาบอกว่าคำอธิบายหนึ่งก็คือ พวกมันอาจจะมีขนาดใหญ่มากเต็มไปด้วยดาวมวลต่ำจำนวนมาก เหมือนกับกาแลคซีในยุคหลัง

     หรืออีกทาง พวกมันก็อาจจะมีขนาดเล็กกว่านั้น ประกอบด้วยดาวสว่างเป็นพิเศษจำนวนหนึ่งที่เรียกว่า ประชากรดาวฤกษ์กลุ่ม 3(Population III stars) ซึ่งน่าจะเป็นดาวฤกษ์รุ่นแรกสุดที่ก่อตัวขึ้นมา มีอุณหภูมิที่ร้อนสุดโต่งและประกอบด้วยธาตุดั้งเดิมจากบิ๊กแบงคือ ไฮโดรเจนและฮีเลียมล้วนๆ ในเอกภพ ในเอกภพท้องถิ่นไม่พบดาวที่มีองค์ประกอบดั้งเดิมและร้อนยิ่งยวดเช่นนี้แล้ว

     ในความเป็นจริง แหล่งแสงที่อยู่ห่างไกลมากที่สุดนี้มีขนาดเล็กกะทัดรัด และสีของมันก็ดูเหมือนจะบ่งชี้ว่าประชากรดาวของมันขาดแคลนธาตุหนักเป็นพิเศษ และอาจจะเป็นประชากรกลุ่มสามอยู่บางส่วนด้วย ซึ่งมีแต่การตรวจสอบสเปคตรัมจากเวบบ์ที่จะบอกได้ Adriano Fontana ผู้เขียนคนที่สองในรายงาน Castellano et al. และสมาชิกทีม GLASS-JWST กล่าว

      การประเมินระยะทางถึงกาแลคซีสองแห่งจากกล้องเวบบ์ในตอนนี้ อ้างอิงจากการตรวจสอบสีในช่วงอินฟราเรดของพวกมัน แต่สุดท้าย การตรวจสอบสเปคตรัมติดตามผลจะแสดงว่าแสงยืดไปเนื่องจากการขยายตัวของเอกภพมากแค่ไหน จะเป็นตัวระบุการตรวจสอบระยะทางได้อีกทางหนึ่ง

 

แหล่งข่าว webbtelescope.org : Webb draws back curtain on universe’s early galaxies
                phys.org : farthest galaxy candidate yet known discovered by James Webb Space Telescope