กล้องเวบบ์สำรวจกระจุกกาแลคซี El Gordo

 

El Gordo ในช่วงตาเห็นโดย VLT

ภาพกระจุกกาแลคซีแห่งหนึ่งซึ่งเรียกในชื่อว่า El Gordo ภาพใหม่ได้เผยให้เห็นวัตถุห่างไกลที่คลุ้งด้วยฝุ่นซึ่งไม่เคยเห็นมาก่อน ภาพอินฟราเรดใหม่ถ่ายโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ ได้แสดงให้เห็นกาแลคซีพื้นหลังที่ไม่ปกติเป็นภาพบิดเบี้ยว ซึ่งเคยเผยตัวอย่างคร่าวๆ ในภาพก่อนหน้านี้จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล

El Gordo เป็นกระจุกที่มีกาแลคซีหลายร้อยแห่งที่ปรากฏอยู่เมื่อเอกภพมีอายุ 6.2 พันล้านปี ทำให้มันจัดเป็นวัยรุ่น มันเป็นกระจุกที่มีมวลสูงที่สุด(3 พันล้านล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์) ที่พบในช่วงเวลาดังกล่าว El Gordo เป็นภาษาสเปน แปลว่า เจ้าอ้วน ทีมได้เล็งไปที่เจ้าอ้วนเนื่องจากมันทำหน้าที่เป็นแว่นขยายตามธรรมชาติในอวกาศผ่านปรากฏการณ์ประหลาดที่เรียกว่า เลนส์ความโน้มถ่วง(gravitational lensing) เมื่อแรงโน้มถ่วงมหาศาลได้บิดและรบกวนแสงจากวัตถุที่อยู่เบื้องหลังมัน คล้ายกับเลนส์แว่นตา

การเกิดเลนส์จากเจ้าอ้วนได้เพิ่มความสว่างและขยายขนาดของกาแลคซีที่ห่างไกล ปรากฏการณ์เลนส์นี้เป็นหน้าต่างอันเป็นอัตลักษณ์สู่เอกภพที่ห่างไกล Brenda Frye จากมหาวิทยาลัยอริโซนา กล่าว เธอเป็นผู้นำร่วมส่วน PEARLS-Cluster ของทีม PEARLS(Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science) และเป็นผู้เขียนนำรายงานหนึ่งในสี่ฉบับที่วิเคราะห์การสำรวจเจ้าอ้วน

เบ็ดตกปลา(the Fishhook) 

     ในภาพของเจ้าอ้วน หนึ่งในรายละเอียดที่ตึงตาที่สุดเป็นวงโค้งสว่างแห่งหนึ่งที่ปรากฏเป็นสีแดงทางขวาบน มันมีชื่อเล่นว่า El Anzuelo หรือตะขอตกปลา ซึ่งตั้งโดยหนึ่งในนักเรียนของ Frye แสงจากกาแลคซีแห่งนี้ใช้เวลา 1.06 หมื่นล้านปีเพื่อเดินทางมาถึงโลก สีที่แดงจัดของมันเกิดขึ้นจากการแดงจากฝุ่นภายในกาแลคซีเอง ร่วมกับเรดชิพท์อันเนื่องจากระยะทางที่ห่างไกลมาก

ภาพใหญ่ด้านซ้ายแสดงพื้นที่กาแลคซีขนาดเล็กบนพื้นหลังสีมืด ใกล้ใจกลางภาพมีเส้นเรียวยาวเส้นหนึ่งที่มีกรอบสี่เหลี่ยมล้อมระบุเป็น A ทางขวาบนเป็นลูกน้ำสีแดงที่เกือบล้อมกาแลคซีสองแห่งไว้จนหมดสิ้นระบุเป็น B ภาพด้านขวาแสดงซูมรายละอียด ช่อง A เส้นบางแผ่จากด้านบนซ้ายไปล่างขวาฏกยมีวัตถุพื้นหลังจำนวนหนึ่ง ช่อง B ตวัดสีแดงจากซ้ายบนไปล่างขวาเกือบล้อมรอบกาแลคซี 2 แห่งที่ตำแหน่ง 1 และ 7 นาฬิกา

เมื่อปรับการบิดเบ้ยวจากปรากฏการณ์เลนส์แล้ว ทีมก็สามารถตรวจสอบได้ว่ากาแลคซีที่พื้นหลังมีรูปร่างดิสก์แบน แต่มีเส้นผ่าศูนย์กลางเพียง 26000 ปีแสง หรือราวหนึ่งในสี่ของทางช้างเผือก พวกเขายังสามารถศึกษาประวัติการก่อตัวดาวในกาแลคซีแห่งนี้ ได้พบว่าการก่อตัวดาวกำลังลดลงอย่างรวดเร็วที่ใจกลางกาแลคซี ในกระบวนการที่เรียกว่า quenching

เราได้แต่ค่อยๆ เฉือนฝุ่นที่ปกคลุมใจกลางกาแลคซีซึ่งกำลังก่อตัวดาวอย่างคึกคักออกอย่างระมัดระวัง Patrick Kamieneski จากมหาวิทยาลัยอริโซนาสเตท ผู้เขียนนำรายงานฉบับที่สอง กล่าว ขณะนี้ ด้วยเวบบ์ เราสามารถเจาะผ่านม่านฝุ่นหนานี้ได้โดยง่ายดาย ช่วยให้เราได้เห็นการก่อร่างสร้างตัวของกาแลคซี ซึ่งเกิดจากภายในออกนอกเป็นครั้งแรก

เจ้าผอมบาง

     รายละเอียดที่เด่นชัดอีกอย่างในภาพเวบบ์นี้เป็นเส้นยาวที่บางเหมือนกับดินสอทางซ้ายของใจกลางภาพ ซึ่งเรียกกันว่า La Flaca ก็เป็นกาแลคซีพื้นหลังที่ผ่านเลนส์อีกแห่ง ซึ่งแสงของมันใช้เวลาเกือบ 1.1 หมื่นล้านปีเพื่อเดินทางมาถึงโลก ไม่ไกลจากเจ้าผอมบาง เป็นกาแลคซีที่ผ่านเลนส์อีกแห่ง เมื่อนักวิจัยตรวจสอบกาแลคซีแห่งนี้อย่างละเอียดละออ พวกเขาก็ได้พบดาวฤกษ์ยักษ์แดงดวงหนึ่งซึ่งพวกเขาให้ชื่อเล่นว่า Quyllur ซึ่งแปลว่า ดาวในภาษาเกอร์ชู(Quechua)

ก่อนหน้านี้ ฮับเบิลเคยได้พบดาวที่ผ่านเลนส์ครั้งหนึ่ง(คือ เออาเรนเดล; Earendel) แต่พวกมันเป็นซุปเปอร์ยักษ์สีฟ้า แต่ Qullur เป็นดาวยักษ์แดงดวงเดี่ยวๆ ดวงแรกที่สำรวจพบไกลกว่า 1 พันล้านปีแสงจากโลก ดาวที่เรดชิพท์สูงเหล่านี้จะตรวจจับได้ก็เมื่อใช้ฟิลเตอร์อินฟราเรดและความไวของกล้องเวบบ์เท่านั้น

ภาพจากกล้องเวบบ์แสดงว่าที่ดาวยักษ์แดง Qullur ที่พบจากเลนส์ความโน้มถ่วงรอบ El Gordo

Jose Diego จากสถาบันฟิสิกส์แห่งคันตาเบรีย ในสเปน ผู้เขียนนำรายงานฉบับที่สามนี้ กล่าวว่า แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะได้เห็นยักษ์แดงที่ผ่านเลนส์ ยกเว้นแต่จะสำรวจในช่วงอินฟราเรด นี่เป็นดวงแรกที่เราพบด้วยกล้องเวบบ์ แต่เราคาดว่าจะได้พบเพิ่มเติมอีกมากหลังจากนี้

กลุ่มกาแลคซีและก้อนขมุกขมัว

     วัตถุอื่นๆ ในภาพเวบบ์ภาพนี้ ซึ่งโดดเด่นน้อยกว่าแต่ก็มีความสำคัญพอๆ กันในทางวิทยาศาสตร์ ยกตัวอย่างเช่น Frye และทีมซึ่งมีนักเรียนมัธยมปลายจนถึงนักศึกษาปริญญาตรี 9 คน ได้จำแนกกาแลคซีที่เกิดปรากฏการณ์เลนส์ให้พหุภาพ 5 แหล่ง ซึ่งดูเหมืฮนจะเป็นกระจุกกาแลคซีทารกที่กำลังก่อตัวเมื่อ 1.21 หมื่นล้านปีก่อน ยังมีว่าที่กาแลคซีอีกหลายสิบแห่งที่อาจจะเป็นส่วนหนึ่งของกระจุกทารกนี้ด้วย

ในขณะที่ยังต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเพื่อยืนยันว่ามีสมาชิก 17 แห่งในกระจุก

(ทารก) นี้ เราก็อาจจะกำลังได้เห็นกระจุกกาแลคซีแห่งใหม่กำลังก่อตัวขึ้นต่อหน้าต่อตาเรา ในช่วงเวลาเพียง 1 พันล้านปีเศษหลังจากบิ๊กแบง Frye กล่าว รายงานฉบับสุดท้ายตรวจสอบกาแลคซีที่สลัวมากที่ดูคล้ายก้อนขยุ้มซึ่งเรียกว่า ultra-diffuse galaxies

ตามที่ชื่อบอกไว้ วัตถุเหล่านี้กระจายอยู่ทั่วกระจุกเจ้าอ้วน มีดาวแผ่กระจายไปทั่วอวกาศ ทีมได้จำแนกกาแลคซีชนิดนี้ที่อยู่ห่างไกลที่สุดเท่าที่เคยพบ ซึ่งแสงของมันเดินทาง 7.2 พันล้านปีเพื่อมาที่โลก

ปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วง

เราตรวจสอบว่าคุณสมบัติของกาแลคซีเหล่านี้แตกต่างจาก ultra-diffuse ที่เราเห็นในเอกภพท้องถิ่นหรือไม่ แล้วเราก็ได้เห็นความต่างอยู่ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พวกมันมีสีฟ้ากว่า, อายุน้อยกว่า, กระจายกินพื้นที่มากกว่า และกระจัดกระจายสม่ำเสมอทัวกระจุกมากกว่า นี่บอกว่าการใช้ชีวิตในสภาพแวดล้อมภายในกระจุกเมื่อ 6 พันล้านปีก่อนมีผลอย่างมีนัยสำคัญต่อกาแลคซีเหล่านี้ Timothy Carleton จากอริโซนาสเตท ผู้เขียนนำรายงานฉบับที่สี่ อธิบาย

ปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วงถูกทำนายโดยอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ตั้งแต่ร้อยกว่าปีก่อน ในกระจุกเจ้าอ้วนนี้ เราได้เห็นพลังของเลนส์ความโน้มถ่วงกำลังทำงาน Rogier Windhorst จากอริโซนาสเตท ผู้นำโครงการ PEARLS กล่าวสรุป ภาพเจ้าอ้วนจาก PEARLS นั้นสวยหลุดโลกไปเลย และมันได้แสดงให้เราเห็นว่าเวบบ์จะไขหีบสมบัติของไอน์สไตน์ได้อย่างไร

รายงานโดย Frye et al. เผยแพร่ใน Astrophysical Journal รายงานโดย Kamieneski et al. จะเผยแพร่ใน Astrophysical Jounal รายงานโดย Diego et al. เผยแพร่ใน Astronomy & Astrophysics รายงานโดย Carleton et al. จะเผยแพร่ใน Astrophysical Journal

แหล่งข่าว nasa.gov : Webb spotlights gravitational arcs in “El Gordo” galaxy cluster  

                space.com : James Webb Space Telescope univeils the gravitationally warped galaxies of “El Gordo”