3C 297 กาแลคซีที่กินเพื่อนบ้านไปจนหมด

 

ข้อมูลรังสีเอกซ์จากจันทราแสดงเป็นสีม่วงในภาพนี้ ได้แสดงให้เห็นฮาโลก๊าซร้อนรอบๆ 3C 297 ข้อมูลวิทยุจาก VLA แสดงเป็นสีแดงและเน้นให้เห็นไอพ่นที่มาจากหลุมดำ ข้อมูลช่วงตาเห็นจากกล้องเจมิไนเป็นสีเขียว และเกือบทั้งหมดมาจากตัวกาแลคซีเอง ข้อมูลแสงช่วงตาเห็นและอินฟราเรดจากฮับเบิล(สีฟ้าและส้ม ตามลำดับ) ก็รวมอยู่ด้วย

    เมื่อกว่า 1.3 หมื่นล้านปีก่อน กาแลคซีแห่งแรกสุดในเอกภพได้ก่อตัวขึ้น พวกมันเป็นกาแลคซีทรงรี(elliptical) ที่มีหลุมดำมวลปานกลาง(intermediate mass black holes) อยู่ในใจกลาง ล้อมรอบด้วยกลดของดาวฤกษ์, ก๊าซและฝุ่น เมื่อเวลาผ่านไป กาแลคซีเหล่านี้ก็พัฒนาโดยแบนราบลงกลายเป็นจานแบน โดยมีส่วนป่องขนาดใหญ่อยู่ในใจกลาง จากนั้นพวกมันก็ถูกดึงเข้ามาหากันโดยแรงดึงดูดร่วมเพื่อก่อตัวกระจุกกาแลคซี ซึ่งเป็นกลุ่มที่มีขนาดใหญ่จนเป็นโครงสร้างในอวกาศที่มีขนาดใหญ่ที่สุด แรงดึงดูดร่วมนี้ยังชักนำไปสู่การควบรวม เมื่อกาแลคซีและหลุมดำในใจกลางของกาแลคซี ผนวกเข้าด้วยกัน สร้างเป็นกาแลคซีกังหันขนาดใหญ่ขึ้น โดยมีหลุมดำมวลมหาศาล(supermassive black holes) อยู่ในใจกลาง

      กระบวนการควบรวมและย่อยดูดซึม(และบทบาทของพวกมันในวิวัฒนาการกาแลคซี) ยังคงเป็นปริศนาสำหรับนักดาราศาสตร์ในทุกวันนี้เนื่องจากส่วนใหญ่เกิดขึ้นในเอกภพยุคต้น ซึ่งยังคงยากมากๆ ที่จะสำรวจด้วยกล้องโทรทรรศน์ที่มีอยู่ แต่ด้วยการใช้ข้อมูลจากหอสังเกตการณ์อวกาศรังสีเอกซ์จันทรา และหอสังเกตการณ์นานาชาติเจมิไน ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติได้สำรวจพบกาแลคซีห่างไกลที่อยู่โดดเดี่ยวแห่งหนึ่ง ซึ่งดูเหมือนจะกลืนเพื่อนรอบข้างของมันไปทั้งหมดแล้ว การค้นพบเผยแพร่ใน Astrophysical Journal ได้บอกว่ากาแลคซีในเอกภพยุคต้นเจริญเติบโตเร็วกกว่าที่เคยคิดไว้

      ทีมวิจัยที่นำโดย Valentina Missaglia นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์หลังปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยตูริน ร่วมทีมกับเพื่อนร่วมงานจากสถาบันฟิสิกส์นิวเคลียร์แห่งชาติ(INFN), หอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งตูริน, มหาวิทยาลัยเทกซัส ริโอ กรันเด้ วัลลีย์, สถาบันมักซ์พลังค์เพื่อดาราศาสตร์, กระทรวงวิทยาศาสตร์, เทคโนโลจี, นวัตกรรมและการสื่อสาร(MCTIC) แห่งบราซิล, สถาบันเพื่อการวิจัยอวกาศ(INPE) บราซิล, ศูนย์ฮาร์วาร์ดสมิธโซเนียนเพื่อดาราศาสตร์ฟิสิกส์, สถาบันดาราศาสตร์ทางทฤษฎีและการทดลอง(IATE) และสถาบันดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งชาติ(INAF)

     ทีมรายงานการค้นพบที่คาดไม่ถึง เป็นกาแลคซีโดดเดี่ยวแห่งหนึ่ง 3C 297 ซึ่งอยู่ไกลออกไปราว 9.2 พันล้านปีแสง พวกเขายังบอกว่ามันมีเควซาร์(quasar) ในใจกลางและมีไอพ่นทรงพลังที่สว่างในช่วงวิทยุ ผุดออกจากขั้วทั้งสอง สภาพแวดล้อมของกาแลคซีแห่งนี้ดูเหมือนจะมีหลายปัจจัยหลักที่บ่งชี้ถึงกระจุกกาแลคซีซึ่งมีกาแลคซีอย่างน้อยนับร้อยแห่ง แต่กลับเป็นว่ากาแลคซีแห่งนี้อยู่เพียงลำพัง Missaglia กล่าวในแถลงการณ์ว่า มันดูเหมือนเราจะมีกระจุกกาแลคซีที่กาแลคซีเกือบทั้งหมดหายไป เราคาดว่าจะได้เห็นกาแลคซีอย่างน้อยสิบกว่าแห่งที่มีขนาดพอๆ กับทางช้างเผือก แต่กลับพบเพียงแห่งเดียว

ภาพ 3C 297 และสภาพรอบข้างของมันระบุตามภาพ จะเห็นไอพ่นที่เลี้ยวเบนไปด้านหลังกาแลคซี จากมุมการมองของเรา

     Missaglia และเพื่อนร่วมงานระบุรายละเอียด 3 อย่างจากข้อมูลจันทราที่มีความเชื่อมโยงถึงกระจุกกาแลคซี ประการแรก ข้อมูลรังสีเอกซ์เผยให้เห็นว่า 3C 297 นั้นล้อมรอบด้วยก๊าซอุณหภูมิสูง(หลายสิบล้านองศา) จำนวนมากมาย ซึ่งเป็นสิ่งที่พบได้ยากนอกกระจุก ประการที่สอง ไอพ่นสัมพัทธภาพที่หลั่งไหลออกจากหลุมดำยักษ์ของมันได้สร้างแหล่งรังสีเอกซ์ที่สว่างแห่งหนึ่งในที่ที่ไกลออกไปราว 140,000 ปีแสง ซึ่งบอกว่ามันได้ชนกับก้อนก๊าซ ทำให้ร้อนขึ้นและเปล่งรังสีเอกซ์ออกมา ประการที่สาม หนึ่งในไอพ่นวิทยุดูเหมือนจะเบนเลี้ยว ซึ่งบ่งชี้ว่ามันกำลังมีปฏิสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อม

     เคยมีการค้นพบไอพ่นเลี้ยวนี้จากข้อมูลที่ VLA รวบรวมได้ จริงๆ แล้ว ยังมีกาแลคซีอื่นๆ อยู่ในท้องฟ้าปื้นเล็กนี้ด้วย ดังนั้น ทีมจึงหันไปใช้ข้อมูลช่วงตาเห็นและอินฟราเรดจากกล้องเจมิไน ก็สังเกตเห็นว่ากาแลคซีทั้ง 19 แห่งที่ดูเหมือนอยู่ใกล้กับ 3C 297 แต่แท้จริงแล้วไม่ได้อยู่ในระยะทางเดียวกัน Juan Madrid ผู้เขียนร่วม ผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยเทกซัส ริโอกรันเด วัลลีย์ กล่าว

     คำถามก็คือ เกิดอะไรขึ้นกับกาแลคซีทั้งหมด เราคิดว่าแรงโน้มถ่วงจากกาแลคซีขนาดใหญ่แห่งหนึ่ง รวมกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างกาแลคซีเกิดขึ้นรุนแรงเกินไป พวกมันจึงไปควบรวมกับกาแลคซีขนาดใหญ่ สำหรับกาแลคซีเหล่านั้น แทบจะต้านทานไม่ได้ ในขณะที่ผู้เขียนเองก็ไม่ได้กำจัดความเป็นไปได้ที่จะมีกาแลคซีแคระรอบๆ 3C 297 แต่การมีอยู่ของพวกมันก็ไม่น่าจะอธิบายว่าเพราะเหตุใดจึงไม่พบกาแลคซ๊ขนาดใหญ่กว่าใดๆ เลยอยู่ใกล้เคียง

     นอกจากนี้ พวกเขาบอกว่า 3C 397 น่าจะต้องใช้เวลาอีกหลายพันล้านปีเพียงลำพัง ก่อนที่จะมีเพื่อนบ้านขนาดใหญ่ใดๆ อย่าง M87 และกระจุกหญิงสาว(Virgo cluster) ในขณะที่ก็ไม่ชัดเจนว่าเพราะเหตุใด 3C 297 จึงอยู่โดดเดี่ยวในสภาพแวดล้อมเหมือนที่อยู่ในกระจุก แต่ทีมตั้งทฤษฎีว่ามันน่าจะเป็นฟอสซิลกลุ่ม(fossil group) เป็นผลสุดท้ายจากการควบรวมกาแลคซีกับกาแลคซีหลายๆ แห่ง

3C 297 ในช่วงคลื่นวิทยุ

      ในขณะที่เคยตรวจพบฟอสซิลกลุ่มมาหลายแห่งก่อนหน้านี้ แต่ที่ระยะทาง 9.2 พันล้านปีแสง กาแลคซีนี้อยู่ไกลที่สุดเท่าที่เคยพบมา ผู้ครองสถิติฟอสซิลก่อนหน้านี้อยู่ที่ 4.9 และ 7.9 พันล้านปีแสง ตามลำดับ Mischa Schirmer จาก MPIA กล่าวว่า มันอาจจะเป็นเรื่องท้าทายที่จะอธิบายว่าเพราะเหตุใดเอกภพจึงสร้างระบบแห่งนี้ในเวลาเพียง 4.6 พันล้านปีหลังจากบิ๊กแบงเท่านั้น การควบรวมเหล่านี้จะต้องเกิดขึ้นตั้งแต่แรกๆ ในประวัติความเป็นมาของเอกภพ

     มันไม่ได้ทำลายแนวคิดเรื่องเอกภพวิทยาของเรา แต่มันเริ่มผลักขีดจำกัดที่กาแลคซีและกระจุกกาแลคซีจะต้องก่อตัวเร็วแค่ไหน จากจำนวนของสิ่งที่เราได้พบในเอกภพยุคต้นที่มีมากมายซึ่งเราคิดว่าไม่น่าจะมีอยู่ บางที 3C 297 เองก็ไม่ใช่ตัวประหลาดซะทีเดียว  

แหล่งข่าว phys.org : astronomers observe lone distant galaxy that appears to have consumed all of its former companions

              sciencealert.com : this distant galaxy is all alone in space because it ate its friends
               skyandtelescope.com : this galaxy is powerful, but lonely too