ปัญหาระนาบกาแลคซีบริวารทางช้างเผือก

 

หนึ่งในแบบจำลองเสมือนจริงความละเอียดสูงงานใหม่แสดงสสารมืดที่โอบรอบทางช้างเผือกและกาแลคซีอันโดรเมดา การศึกษาใหม่แสดงว่า ความพยายามก่อนหน้านี้ที่ล้มเหลวเพื่อหาข้อโต้แย้งปัญหาระนาบของบริวารที่ล้อมรอบทางช้างเผือก ในแบบจำลองเสมือนจริงสสารมืดนั้นเป็นเพราะแบบจำลองไม่มีความละเอียดเพียงพอ

     รอบทางช้างเผือกมีกาแลคซีบริวารอยู่มากมาย การกระจายตัวของบริวารขนาดเล็กและสลัว 11 แห่ง ดูเหมือนจะเรียงอยู่ในระนาบบางๆ ที่ไม่เพียงแต่แปลกประหลาดแต่ยังท้าทายความเข้าใจนักดาราศาสตร์ เป็นเวลาหลายทศวรรษที่ข้อมูลบอกว่า แท้จริงแล้ว ทั้ง 11 แห่งนั้นยังโคจรไปด้วยกันในระนาบกว้างใหญ่นี้ ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่ปกติอย่างมากจากความเข้าใจของเราเกี่ยวกับเอกภพ แต่ขณะนี้ ข้อมูลใหม่ได้ไขปริศนาอายุ 50 ปีนี้ได้แล้ว

     ปํญหา “ระนาบของบริวาร”(plane of satellites) เป็นปัญหาข้อใหญ่ท้าทายการมีอยู่ของสสารมืด(dark matter) ซึ่งเป็นสสารปริศนาที่มีองค์ประกอบถึง 85% ของสสารทั้งหมดในเอกภพ และเป็นหนึ่งในองค์ประกอบสำคัญในแบบจำลองเอกภพวิทยามาตรฐาน จากแบบจำลองนี้ กาแลคซีจะค่อยๆ ก่อตัวขึ้นจากกลุ่มก้อนของสสารมืดเย็น

      แต่เมื่อได้เห็นการกระจายตัวของกาแลคซีขนาดเล็กที่โคจรไปพร้อมกันในระนาบแบนขนาดใหญ่โตในห้วงอวกาศสามมิติ โดยไม่มีคำอธิบายว่าการกระจายแบบจำเพาะนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร ขณะนี้ ข้อมูลจากดาวเทียมไกอา(Gaia) ขององค์กรอวกาศยุโรป ได้ให้การตรวจสอบการเคลื่อนที่ของกาแลคซีเหล่านี้ที่แม่นยำที่สุด และก็ดูเหมือนว่ามันจะไม่ใช่ระนาบจริง กาแลคซีเหล่านี้กำลังเรียงตัวแต่กำลังเคลื่อนที่ในทิศทางที่แตกต่างกันไป บริวารน่าจะเรียงตัวในการเรียงตัวที่ค่อนข้างกลมตามรอยสสารมืด

     ระนาบของบริวารนั้นเป็นเรื่องที่ทำให้หัวระเบิดเลย Till Sawala ผู้เขียนนำ จากมหาวิทยาลัยเฮลซิงกิ ฟินแลนด์ กล่าวในแถลงการณ์ บางทีก็ไม่น่าประหลาดใจที่ปริศนาซึ่งคงอยู่มาเกือบ 50 ปี ต้องใช้วิธีการร่วมเพื่อไขปริศนา และจึงเป็นที่มาของทีมนานาชาติ

plane of Satellites problem ซึ่งพบได้ในรอบกาแลคซีใหญ่ๆ ที่เราคุ้นเคยดี 

     นักวิจัยสรุปว่า ลักษณะปรากฏของบริวารบนระนาบเหล่านี้ เป็นเรื่องบังเอิญซึ่งจะหายไปตามเวลาเหมือนกับรูปร่างของกลุ่มดาวบนท้องฟ้า กลุ่มดาวอาจจะมีรูปร่างที่แน่นอนแต่เมื่อเวลาผ่านไปเนิ่นนาน เมื่อดาวเคลื่อนที่ รูปร่างกลุ่มดาวก็จะเปลี่ยนไป ระนาบที่มีอยู่ตอนนี้เป็นเพียงตำแหน่งชั่วคราวเท่านั้น แต่ไม่ใช่ระนาบการโคจร  

     Carlos Frenk ผู้เขียนร่วมจากมหาวิทยาลัยเดอร์แรม สหราชอาณาจักร อธิบายว่า การเรียงตัวที่ประหลาดของบริวารทางช้างเผือกบนท้องฟ้า ได้สร้างความงุนงงให้กับนักดาราศาสตร์มาหลายทศวรรษ มากจนมันไปสร้างความท้าทายให้กับแบบจำลองเอกภพวิทยา แต่ต้องขอบคุณข้อมูลอันน่าทึ่งจากดาวเทียมไกอาและกฎทางฟิสิกส์ ขณะนี้เราทราบแล้วว่าระนาบนั้นเป็นเพียงการเรียงตัวโดยบังเอิญ เป็นเรื่องที่มาอยู่ถูกที่ถูกเวลาเท่านั้น เหมือนกับกลุ่มดาวบนท้องฟ้า

      ข้อมูลจากไกอาช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ได้ตามรอยวงโคจรของกาแลคซีบริวารในอดีตและอนาคต และเห็นระนาบที่เกิดขึ้นโดยบังเอิญและจะสลายไปในเวลาเพียงไม่กี่ร้อยล้านปี ซึ่งจัดว่าชั่วพริบตาในทางดาราศาสตร์ นักวิจัยยังสำรวจหาแบบจำลองเสมือนจริงเอกภพวิทยาใหม่เพื่อหาหลักฐานระนาบของบริวารด้วย พวกเขาตระหนักว่าการศึกษาก่อนหน้านี้ที่มีพื้นฐานจากแบบจำลองเสมือนจริงนั้นผิดพลาดเมื่อไม่รวมระยะทางของบริวารจากใจกลางกาแลคซี ซึ่งทำให้ระบบบริวารที่เห็นดูกลมกว่าที่เป็นจริง  

ตำแหน่งและวงโคจรของบริวารทางช้างเผือก 11 แห่ง ฉายเป็นภาพหันหน้า(face-on; บน) และ หันข้าง(edge-on; ล่าง) หนึ่งพันล้านปีในอดีตและอนาคต ด้านขวาเป็นภาพซูมจากด้านซ้าย จุดสีดำระบุใจกลางทางช้างเผือก ลูกศรระบุตำแหน่งและทิศทางการโคจรที่สำรวจพบของบริวาร ในขณะที่ขณะนี้พวกมันเรียงตัวอยู่เป็นระนาบ(ระบุโดยเส้นสีเทาตามแถวขวาง) แต่ระนาบจะสลายตัวเมื่อกาแลคซีบริวารเคลื่อนที่ไปตามวงโคจรของมัน

      Frenk บอกว่าในอีก 1 พันล้านปี ระนาบนี้ก็จะเสื่อมไป เหมือนกับกลุ่มดาวที่พบเห็นทุกวันนี้ การค้นพบนี้จึงขจัดความท้าทายข้อใหญ่ข้อหนึ่งให้กับทฤษฎีสสารมืดเย็นที่บอกถึงวิวัฒนาการของเอกภพ การค้นพบซึ่งนำทีมร่วมโดยมหาวิทยาลัยเดอร์แรม และมหาวิทยาลัยเฮลซิงกิ เผยแพร่ใน Nature Astronomy

แหล่งข่าว iflscience.com : 50-year puzzle of the Milky Way’s satellites has been solved
                spaceref.com : cosmological enigma of Milky Way’s satellite galaxies solved