กาแลคซีในเอกภพยุคต้นที่มักเรียวยาว

 

ตัวอย่างรูปร่างกาแลคซีห่างไกลที่จำแนกได้ในการสำรวจ CEERS ทางซ้ายสุดเป็นกาแลคซีสองแห่งที่ถูกขยาย กาแลคซีบนซ้ายดูเป็นวงกลมและมีแสงสีชมพูอ่อน โดยมีพื้นที่ใจกลางสีขาว ส่วนกาแลคซีด้านล่างเรียวยาว มีเส้นสีขาวที่ใจกลางซึ่งมีขอบออกชมพูซึ่งเปลี่ยนเป็นสีฟ้าที่ขอบริมด้านขวาและซ้ายสุด

     นักวิจัยได้วิเคราะห์ภาพจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ได้พบว่ากาแลคซีในเอกภพยุคต้นนั้นมักจะแบนและเรียวยาว เหมือนกับกระดานโต้คลื่น(surfboards) และโฟมเส้นว่ายน้ำ-pool noodles และพบรูปร่างกลม ที่คล้ายลูกวอลเลย์บอล หรือ จานร่อนฟริสบี้(Frisbee) ได้ยาก

     การศึกษาเผยแพร่ใน Astrophysical Journal เผยให้เห็นว่ากาแลคซีในยุคต้นมักจะมีรูปร่างยาวอย่างน่าประหลาดใจ บางส่วนก็ ยาวและมนเหมือนกับแตงกวาดอง บางส่วนก็ยาวและแบนเหมือนกระดานโต้คลื่น และกาแลคซีห่างไกลและมีขนาดเล็กเหล่านี้ก็จะกลายเป็นกาแลคซีขนาดใหญ่ที่คล้ายทางช้างเผือกในทุกวันนี้

     Viraj Pandya นักวิจัยฮับเบิลที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบีย ในนิวยอร์ก ผู้เขียนนำรายงาน อธิบายว่า มีกาแลคซีที่เราศึกษาราว 50 ถึง 80% ที่มีลักษณะแบนในสองมิติ กาแลคซีที่ดูคล้ายพูลนูดเดิลหรือกระดานโต้คลื่น ดูจะพบได้ทั่วไปอย่างมากในเอกภพยุคต้น ซึ่งเป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจเนื่องจากในเอกภพใกล้เรา กลับไม่พบบ่อยนัก หมายเหตุ ลูกวอลเลย์บอล-กลมทุกด้านใกล้เคียงกัน(spheroid); ฟริสบี้-กลมสองด้าน แบนในอีกมิติ(disk); พูลนูดเดิลหรือแตงกวาดอง-กลมสองด้าน อีกด้านเรียวยาว(prolate); กระดาษโต้คลื่น-เรียวยาว และอีกมิติก็แบน(oval disk)  

     ทีมเล็งไปที่พื้นที่สำรวจขนาดใหญ่บนภาพอินฟราเรดใกล้ที่ได้จากกล้องเวบบ์ที่เรียกว่า CEERS(Cosmic Evolution Early Release Science) Survey ค้นหากาแลคซี่มีเมื่อเอกภพมีอายุระหว่าง 6 ร้อยล้านจนถึง 6 พันล้านปี แน่นอนว่ารูปร่างของกาแลคซีขึ้นอยู่กับมุมที่เรามองเห็นพวกมัน สำหรับกาแลคซีที่ไกลโพ้นเราจึงได้เห็นมุมทุกแบบ ตั้งแต่หันข้าง(edge-on) จนถึงหันหน้า(face-on) และยังมีรูปร่างที่แตกต่างกันอีก

     ทีมจึงใช้วิธีที่ต่างไป โดยนักวิจัยตรวจสอบว่ารูปร่างทรงกลม 1 ล้านชนิด แต่ละชนิดจะมีลักษณะปรากฏอย่างไรจากมุมการมองสุ่ม 1 แสนแบบ จากนั้นก็เปรียบเทียบการกระจายของรูปร่างที่แตกต่าง กับการกระจายรูปร่างกาแลคซี ซึ่งพบว่า ในขณะที่กาแลคซีที่อยู่ห่างไกลที่สุดจะดูเหมือนเป็นกระดานโต้คลื่นและพูลนูดเดิล ก็มีส่วนอื่นที่เป็นฟริสบี้และลูกวอลเลย์บอล

การสำรวจของกล้องเวบบ์แสดงการจำแนกรูปร่างซึ่งพบได้ยากในเอกภพยุคต้น แต่พบได้ทั่วไปในทุกวันนี้ก็คือ กาแลคซีที่มีรูปร่างคล้ายทรงกลมหรือลูกวอลเลย์บอล ทางบนขวาเป็นดิสก์กลมที่แบนลงหรือจานฟริสบี้ ซึ่งพบได้ค่อนข้างบ่อยกว่า รูปร่างกาแลคซีที่พบได้บ่อยในเอกภพยุคต้นจะดูแบนและยาว เหมือนกับกระดานโต้คลื่น(surfboards) ด้านล่างซ้าย หรือ พูลนูดเดิล(pool noodles) ด้านล่างขวา

     พวกลูกวอลเลย์บอลหรือกาแลคซีรูปร่างกลม ปรากฏเป็นพวกที่มีรูปร่างกะทัดรัดที่สุดใน “มหาสมุทร” และก็ยังเป็นกลุ่มที่พบได้น้อยที่สุดด้วย ส่วนจานฟริสบี้ ก็มีขนาดใหญ่พอๆ กับกาแลคซีรูปร่างคล้ายกระดานโต้คลื่นและพูลนูดเดิลตามแนวนอน แต่ก็พบได้บ่อยมากขึ้นในเอกภพใกล้เคียงนี้

     แล้วทางช้างเผือกของเราล่ะจัดเป็นพวกไหน ถ้าเราสามารถย้อนเวลากลับไปได้หลายพันล้านปีก่อน การคาดเดาที่ดีที่สุดก็คือ มันน่าจะคล้ายกระดานโต้คลื่น Haowen Zhang ผู้เขียนร่วม ว่าที่ดอกเตอร์จากมหาวิทยาลัยอริโซนา ที่ทุคซอน กล่าว สมมุติฐานนี้มีพื้นฐานส่วนหนึ่งจากหลักฐานใหม่ที่ได้จากเวบบ์ เมื่อนักทฤษฎีได้ย้อนเวลากลับไปเมื่อประเมินมวลของทางช้างเผือกเมื่อหลายพันล้านปีก่อน ซึ่งน่าจะบอกถึงรูปร่างในเวลาดังกล่าวได้

     กาแลคซีที่ห่างไกลเหล่านั้นยังมีขนาดเล็กกว่าพวกกังหันและทรงรีที่พบใกล้ๆ อย่างมาก ซึ่งพวกมันเป็นตัวตั้งต้นให้กับกาแลคซีที่มีมวลสูงกว่าอย่างทางช้างเผือกของเรา ในเอกภพช่วงต้น กาแลคซีมีเวลาให้เจริญเติบโตน้อยกว่า Katheik Iyer ผู้เขียนร่วม และนักวิจัยฮับเบิลจากมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย เช่นกัน กล่าว การจำแนกกลุ่มให้กับกาแลคซียุคต้นเป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นซึ่งยังต้องทำการวิเคราะห์อีกมาก ขณะนี้เราแค่ศึกษารูปร่างกาแลคซีเทียบกับสภาพที่มันเป็น และน่าจะบอกได้ว่าพวกมันก่อตัวอย่างไรในรายละเอียด

     ภาพที่มีความไวและความละเอียดสูงของเวบบ์ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงแสงอินฟราเรดช่วยให้ทีมได้แจกแจงกาแลคซี CEERS จำนวนมากได้เร็วขึ้น และทำแบบจำลองเรขาคณิตรูปร่างสามมิติ Pandya ยังบอกว่างานของพวกเขาไม่น่าจะเป็นไปได้ถ้าปราศจากงานวิจัยอย่างเข้มข้นจากนักดาราศาสตร์ที่ใช้กล้องฮับเบิล

     เป็นเวลาหลายสิบปีที่ฮับเบิลทำให้เราต้องร้องว้าวด้วยภาพกาแลคซีรุ่นแรกๆ สุดบางส่วน เริ่มต้นด้วยภาพ “ห้วงลึก” ภาพแรกในปี 1995 และตามมาด้วยการสำรวจที่เรียกว่า Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey การสำรวจท้องฟ้าห้วงลึกลักษณะนี้นำไปสู่ผลสรุปทางสถิติที่ดีขึ้นมาก ชักนำให้นักดาราศาสตร์ได้ทำแบบจำลองกาแลคซีไกลโพ้นในสามมิติตลอดความเป็นมาของเอกภพ ทุกวันนี้ เวบบ์กำลังช่วยเพิ่มความพยายามเหล่านั้น โดยเพิ่มจำนวนกาแลคซีไกลโพ้นที่เกินจากฮับเบิลจะเอื้อมถึง และเปิดโปงเอกภพยุคต้นในรายละเอียดที่สูงกว่าที่เคยทำได้

ตัวอย่างกาแลคซี 6 แห่ง ไล่จากบนซ้ายไปถึงล่างขวา กาแลคซีสามแห่งแถวบนระบุรูปร่างเรียวยาวคล้ายเส้นบางๆ แถวล่าง กาแลคซีช่องซ้ายและกลาง ระบุเป็นรูปร่างคล้ายดิสก์ มีแขนกังหันฝ้าสองแห่ง และกาแลคซีขวาระบุเป็นทรงกลม ดูเหมือนเป็นจุดสว่างกลางเฟรม

     ภาพเอกภพยุคต้นจากเวบบ์ เป็นเหมือนมหาสมุทร ซัดส่งคลื่นหลักฐานใหม่ๆ มาให้ Marc Heurtas-Company ผู้เขียนร่วม นักวิทยาศาสตร์ที่สถาบันดาราศาสตร์ฟสิกส์บนหมู่เกาะคานารี่ กล่าวว่า ฮับเบิลเผยให้เห็นกาแลคซีเรียวยาวจำนวนมากมานานแล้วย้อนไปได้ถึงเมื่อเอกภพมีอายุ 2 พันล้านปี แต่นักวิจัยก็ยังสงสัยว่าในช่วงอินฟราเรดจะมีรายละเอียดอื่นปรากฏขึ้นมาเพิ่มเติมหรือไม่ เวบบ์ได้ยืนยันว่าฮับเบิลไม่ได้พลาดรายละเอียดเพิ่มเติมใดๆ ในกาแลคซีที่พวกมันทั้งคู่สำรวจ แต่เวบบ์ได้เปิดตัวกาแลคซีที่อยู่ห่างไกลออกไปอีกซึ่งก็มีรูปร่างคล้ายกัน

     ยังคงมีช่องว่างในองค์ความรู้ของเรา นักวิจัยไม่เพียงแต่ต้องการกลุ่มตัวอย่างจากเวบบ์ที่มีจำนวนมากขึ้นเพื่อปรับคุณสมบัติและตำแหน่งของกาแลคซีห่างไกลเหล่านั้นให้แม่นยำ พวกเขายังต้องใช้เวลาตกผลึกและอัพเดทแบบจำลองเพื่อสะท้อนถึงเรขาคณิตของกาแลคซีไกลโพ้นให้ถูกต้องมากขึ้น นี่ยังเป็นแค่ผลสรุปช่วงแรก Elizabeth McGrath ผู้เขียนร่วม รองศาตราจารย์ที่วิทยาลัยคอลบี้ ในเมน กล่าว เราต้องเจาะข้อมูลให้ลึกขึ้นเพื่อจะระบุว่าเกิดอะไรขึ้น แต่เราก็ตื่นเต้นกับผลสรุปช่วงแรกเหล่านี้แล้ว

    เป้าหมายต่อไปของทีมจะขยายชุดข้อมูลกาแลคซี โดยรวม CEERS กับชุดข้อมูลอื่นๆ จากเวบบ์ เพื่อที่จะขยายฐานข้อมูลกาแลคซียุคต้น ด้วยข้อมูลเหล่านั้น นักวิจัยจะสามารถเข้าใจบทบาทของสสารมืด, การควบรวม, การไหลของก๊าซ, ฝุ่น และปัจจัยอื่นๆ อีกมากมายที่มีผลต่อรูปร่างของกาแลคซี

แหล่งข่าว webbtelescope.org : Webb shows many early galaxies looked like pool noodles, surfboards
                skyandtelescope.com : the Milky Way might have started out shaped like a pickle