กล้องเวบบ์ตรวจสอบกระจุกกาแลคซีทารก

 

ภาพพื้นที่รอบๆ Abell 3744 โดย NIRCam กาแลคซีที่ยืนยันระบุโดยสี่เหลี่ยมสีแดง และแสดงทีละแห่งในภาพซูม ตำแหน่ง กระจุกที่กำลังพัฒนาตัวแห่งนี้ปรากฏเมื่อเอกภพมีอายุราว 650 ล้านปีหลังจากบิ๊กแบง  

     ยักษ์ทุกตนเคยเป็นเด็กน้อย แม้ว่าคุณอาจจะไม่เคยได้เห็นการพัฒนาในขั้นตอนนั้น กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ของนาซาได้เริ่มเปิดช่องสู่ช่วงการเติบโตของเอกภพ ซึ่งครั้งหนึ่งเคยอยู่ไกลเกินเอื้อมถึง นั้นก็คือ การก่อตัวและการเกาะกลุ่มของกาแลคซี

      เป็นครั้งแรกที่ได้ยืนยันกระจุกกาแลคซีทารก(protocluster) ที่มีกาแลคซี 7 แห่ง ที่ระยะทางที่นักดาราศาสตร์เรียกว่าเรดชิพท์ 7.9 หรือราว 650 ล้านปีหลังจากบิ๊กแบง จากข้อมูลที่รวบรวมได้ นักดาราศาสตร์ได้คำนวณการพัฒนาในอนาคตของกระจุกละอ่อนแห่งนี้ พบว่ามันน่าจะเจริญเติบโตจนมีขนาดและมวลพอๆ กับกระจุกโคมา(Coma Cluster) ซึ่งเป็นกระจุกกาแลคซีที่ใหญ่โตมากในเอกภพยุคปัจจุบัน

      นี่เป็นวิวัฒนาการกาแลคซีแบบเร่งด่วนที่เป็นอัตลักษณ์พิเศษมาก และเวบบ์ก็ช่วยให้เราสามารถตรวจสอบความเร็วของกาแลคซีทั้งเจ็ดนี้ และยืนยันอย่างมั่นใจว่าพวกมันเกาะกลุ่มกันในกระจุกทารก Takahiro Morishita จาก IPAC-Caltech ผู้เขียนนำการศึกษาเผยแพร่ใน Astrophysical Journal Letters กล่าว การตรวจสอบโดยสเปคโตรกราฟอินฟราเรดใกล้(NIRSpec) อย่างแม่นยำ เป็นกุญแจสู่การยืนยันระยะทางร่วมของกาแลคซีเหล่านี้ และความเร็วที่สูงซึ่งพวกมันกำลังเคลื่อนที่ไปภายในกลดสสารมืด ด้วยความเร็วมากกว่า 3.2 ล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมง

     ข้อมูลสเปคตรัมช่วยให้นักดาราศาสตร์ได้ทำแบบจำลองและทำแผนที่การพัฒนาในอนาคตของกลุ่มนี้ จนถึงช่วงเวลาเอกภพปัจจุบัน การทำนายบอกว่ากระจุกทารกจะมีสภาพคล้ายกับกระจุกโคมา(Coma Cluster) ซึ่งสุดท้ายก็น่าจะเป็นกระจุกกาแลคซีที่หนาแน่นที่สุดแห่งหนึ่ง โดยมีสมาชิกหลายพันแห่ง Benedetta Vulcani จากสถาบันดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งชาติในอิตาลี สมาชิกทีมวิจัยอีกคน กล่าวว่า เราจะเห็นกาแลคซีห่างไกลเหล่านี้เหมือนกับเป็นหยดน้ำขนาดเล็กในลำธารที่แตกต่างกัน และเราก็จะเห็นว่าสุดท้ายพวกมันก็จะกลายเป็นส่วนหนึ่งของแม่น้ำสายใหญ่

      กระจุกกาแลคซีเป็นกลุ่มของมวลที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในเอกภพที่เคยพบมา ซึ่งสามารถบิดกาลอวกาศได้ การบิดซึ่งเรียกว่า ปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วง(gravitational lensing) ให้ผลขยายแสงจากวัตถุที่อยู่เบื้องหลังกระจุก ช่วยให้นักดาราศาสตร์ได้มองผ่านกระจุกราวกับเป็นแว่นขยายอันยักษ์ ทีมวิจัยจึงสามารถใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์นี้มองผ่านกระจุกของแพนโดรา
(Pandora’s Cluster) เพื่อดูกระจุกทารกแห่งนี้ แม้แต่เครื่องมือที่ทรงพลังของกล้องเวบบ์ก็ยังต้องใช้ตัวช่วยจากธรรมชาติเพื่อให้มองเห็นได้

ปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วงจากกระจุกกาแลคซี

      การศึกษาว่ากระจุกขนาดใหญ่อย่างโคมาและแพนโดรา เริ่มสร้างตัวอย่างไรในตอนแรกเป็นเรื่องที่ยาก อันเนื่องจากการขยายตัวของเอกภพที่ได้ยืดแสงจากช่วงความยาวคลื่นที่ตาเห็นได้ไปเป็นช่วงอินฟราเรด ซึ่งก่อนการมีกล้องเวบบ์ นักดาราศาสตร์ไม่เคยมีข้อมูลความละเอียดสูงเลย เครื่องมืออินฟราเรดของเวบบ์ถูกพัฒนาเป็นพิเศษให้เติมช่องว่างในช่วงเริ่มต้นเรื่องราวเอกภพเหล่านี้

      กาแลคซีทั้งเจ็ดที่กล้องเวบบ์ได้ยืนยันถูกระบุเป็นว่าที่วัตถุที่จะสำรวจโดยใช้ข้อมูลจากโครงการ Frontier Fields ของกล้องฮับเบิล โครงการนี้อุทิศเวลาการสำรวจของฮับเบิลเพื่อสำรวจเลนส์ความโน้มถ่วง เพื่อค้นหากาแลคซีที่ห่างไกลมากๆ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากฮับเบิลไม่สามารถตรวจจับแสงที่เลยจากอินฟราเรดใกล้ได้ จึงยังมีรายละเอียดอีกมากมายที่จะสำรวจได้ เวบบ์จึงมาทำงาน ซึ่งมุ่งเป้าไปที่กาแลคซีที่ฮับเบิลพบและรวบรวมข้อมูลสเปคตรัมนอกเหนือจากการถ่ายภาพ

      ทีมวิจัยบอกว่าความร่วมมือในอนาคตระหว่างกล้องเวบบ์กับกล้องโรมัน ซึ่งเป็นปฏิบัติการสำรวจพื้นที่กว้างด้วยความละเอียดสูงในอนาคต จะยิ่งให้ข้อมูลเกี่ยวกับกระจุกกาแลคซียุคต้นได้มากขึ้น ด้วยพื้นที่สำรวจมากกว่าฮับเบิลถึง 200 เท่าในช่วงอินฟราเรด กล้องโรมันจะสามารถจำแนกว่าที่กระจุกทารกได้มากขึ้น ซึ่งเวบบ์จะสำรวจติดตามผลเพื่อยืนยันด้วยสเปคตรัม โดยปฏิบัติการกล้องโรมันมีเป้าหมายการส่งออกสู่อวกาศในเดือนพฤษภาคม 2027

     เป็นเรื่องมหัศจรรย์ที่วิทยาศาสตร์ที่เราเคยได้แต่ฝัน ก็ทำได้จริงโดยใช้กล้องเวบบ์ Tommaso Treu จากยูซีแอลเอ สมาชิกทีมวิจัยกระจุกทารก กล่าว ด้วยกระจุกทารกขนาดเล็กที่มีกาแลคซี 7 แห่งในระยะทางที่ไกลเช่นนั้น และเราก็มีอัตราการยืนยันด้วยสเปคตรัม 100% ได้แสดงถึงศักยภาพในอนาคตที่จะทำแผนที่สสารมืดและเติมไทม์ไลน์การพัฒนาในยุคต้นของเอกภพได้

แหล่งข่าว phys.org : Webb reveals early-universe prequel to huge galaxy cluster
                space.com : James Webb Space Telescope spots huge galactic protocluster in the early universe