the Big Ring: โครงสร้างที่ใหญ่ยิ่งยวด

 

     การค้นพบโครงสร้างที่มีขนาดใหญ่ยิ่งยวดแห่งที่สองในเอกภพอันห่างไกล ยิ่งท้าทายข้อสันนิษฐานพื้นฐานที่สุดเกี่ยวกับเอกภพวิทยาไป

      บิ๊กริง(The Big Ring in the Sky) บนท้องฟ้าอยู่ห่างจากโลกออกไป 9.2 พันล้านปีแสง มันมีเส้นผ่าศูนย์กลางราว 1.3 พันล้านปีแสง และเส้นรอบวงราว 4 พันล้านปีแสง ถ้าเราสามารถมองเห็นมันได้ เส้นผ่าศูนย์กลางของบิ๊กริงน่าจะอยู่ที่ราว 15 เท่าจันทร์เต็มดวง

     มันเป็นโครงสร้างขนาดใหญ่ยิ่งยวดแห่งที่สองที่ถูกพบโดย Alexia Lopez นักศึกษาปริญญาเอก มหาวิทยาลัยแห่งเซนทรัลแลงคาสเตอร์(UCLan) ซึ่งเป็นคนเดียวกับเมื่อสองปีที่แล้ว ที่ก็พบ ไจแอนท์อาร์ค(Giant Arc in the Sky) ด้วยเช่นกัน ที่น่าสนใจคือ บิ๊กริง และไจแอนท์อาร์ค ซึ่งมีความกว้าง 3.3 พันล้านปีแสง ก็อยู่ในละแวกใกล้เคียงกันและกันในเอกภพ อยู่ที่ระยะทางใกล้เคียงกัน, ในอวกาศยุคเดียวกัน และอยู่ห่างจากกันเพียง 12 องศาบนท้องฟ้าในทิศทางกลุ่มดาวคนเลี้ยงสัตว์(Boötes)  

      การพบกาแลคซีในโครงสร้างที่ใหญ่โตยิ่งยวดเหล่านี้ไม่ได้เป็นเพราะกาแลคซีเหล่านั้นสว่าง แต่กลับเป็นเพราะพวกมันดูดกลืนแสงบางส่วนที่มาจากเควซาร์(quasars) ห่างไกลไว้ เควซาร์เป็นแกนกลางที่สว่างเจิดจ้าอย่างสุดขั้วของกาแลคซี ซึ่งได้รับพลังจากหลุมดำมวลมหาศาลที่กำลังกลืนกินก๊าซอย่างกระตือรือร้น

ภาพจากศิลปินแสดงขนาดและตำแหน่งของบิ๊กริง(สีฟ้า) และไจแอนท์อาร์ค(สีแดง) บนท้องฟ้า

     Lopez กล่าวว่า โครงสร้างขนาดใหญ่ยิ่งยวดทั้งสองนี้ไม่มีอันใดเลยที่อธิบายได้ง่ายด้วยความเข้าใจปัจจุบันเกี่ยวกับเอกภพ และจากขนาดที่ใหญ่ยิ่งยวด, รูปร่างที่ชัดเจน และความใกล้กัน จะต้องกำลังบอกอะไรเราถึงสิ่งที่สำคัญ แต่อะไรล่ะ ความเป็นไปได้อย่างหนึ่งก็คือ บิ๊กริงน่าจะมีความเกี่ยวข้องกับ BAOs(baryonic acoustic oscillations) ซึ่งเกิดขึ้นจากการสั่นในเอกภพยุคต้นและน่าจะปรากฏอยู่(ในทางทฤษฎี) เป็นเปลือกทรงกลมจากการเรียงตัวของกาแลคซี อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์บิ๊กริงในรายละเอียดได้เผยว่า จริงๆ แล้วมันไม่สอดคล้องกับ BAO เลย บิ๊กริงนั้นมีขนาดใหญ่เกินไป(ใหญ่กว่า 1.2 พันล้านปีแสงจาก BAOs) และไม่ได้เป็นทรงกลม เป็นเพียงวงโค้งหน่อยๆ เท่านั้น  

     ยังมีโครงสร้างขนาดใหญ่ยิ่งยวดอื่นๆ ในเอกภพอีก เช่น กำแพงสโลน(Sloan Great Wall) ซึ่งมีความกว้าง 1.37 พันล้านปีแสง และอยู่ห่างจากเราราว 1 พันล้านปีแสง กลุ่มของกาแลคซีตามแนวกำแพงขั้วใต้(South Pole Wall) ที่เพิ่งพบไม่นานนี้ ก็มีความยาว 1.4 พันล้านปีแสง จากนั้นก็ยังมี Clowes-Campusana LQG ซึ่งเป็นกลุ่มของเควซาร์ขนาดมหึมาที่แผ่ยาว 2 พันล้านปีแสง เราพบเควซาร์เหล่านี้ในสภาพที่เป็นเมื่อ 9.5 พันล้านปีก่อน

     ซุปเปอร์กระจุกลาเนียคี(Laniakea supercluster) ซึ่งทางช้างเผือกก็เป็นส่วนหนึ่งด้วย กลับดูเล็กจิ๋วด้วยความกว้างเพียง 520 ล้านปีแสงเท่านั้น และยังมีร่องรอยบอกใบ้ถึงโครงสร้างที่ใหญ่มโหฬารขึ้นไปอีก dark flow เป็นลักษณะการเคลื่อนที่ปรากฏของกาแลคซีหลายแห่งในเอกภพที่มองเห็นได้ การเคลื่อนที่ของพวกมันดูเหมือนจะไหลไปในทิศทางหนึ่ง ราวกับที่มีบางสิ่งที่ขอบเอกภพกำลังดึงกาแลคซีไปทางเดียว อย่างไรก็ตาม หลักฐานสำหรับดาร์กโฟลว์ยังเป็นที่ถกเถียง

ตำแหน่งของกาแลคซีต่างๆ แสดงบิ๊กริงซึ่งมีจุดศูนย์กลางคร่าวๆ ที่ตำแหน่ง 0 บนแกนนอน แผ่ออกตั้งแต่ -650 ถึง +650 บนแกนนอน เทียบเท่ากับความกว้าง 1.3 พันล้านปีแสง  

     ไม่ว่าอย่างไร โครงสร้างใหญ่ยิ่งยวดเหล่านั้นก็ยังมีขนาดใหญ่โตเกินไป ไม่เพียงแต่ยากที่จะอธิบายว่าพวกมันก่อตัวได้อย่างไร แต่ยังยากที่จะอธิบายว่าพวกมันฝ่ากฎทางเอกภพวิทยาได้อย่างไร ซึ่งเป็นหัวใจหลักของแบบจำลองเอกภพวิทยามาตรฐาน กฎนี้บอกว่า ในโครงสร้างขนาดใหญ่ การกระจายของสสารในเอกภพควรจะสม่ำเสมอและไม่ควรมีพื้นที่ใดที่ดูแตกต่างจากพื้นที่ส่วนอื่นๆ แต่เห็นได้ชัดว่า โครงสร้างใหญ่ยิ่งยวดและโดยเฉพาะอย่างยิ่ง บิ๊กริง และเกรทอาร์ค ปรากฏ

     และถ้า บิ๊กริงและไจแอนท์อาร์ค ร่วมกันก่อตัวโครงสร้างที่ใหญ่ขึ้นไปอีก ก็จะท้าทายกฏทางเอกภพวิทยาชัดเจนมากขึ้นอีก โครงสร้างขนาดใหญ่เช่นนั้น และที่อื่นๆ ที่ถูกพบโดยนักเอกภพวิทยาคนอื่นๆ ท้าทายแนวคิดที่ว่า พื้นที่อวกาศโดยเฉลี่ยจะมีสภาพอย่างไร พวกมันมีขนาดใหญ่กว่าขีดจำกัดที่ทฤษฎีจะแบกได้ จึงสร้างความท้าทายให้กับเอกภพวิทยามาตรฐาน

     Lopez กล่าวว่า เอกภพวิทยามาตรฐานสันนิษฐานว่าส่วนของเอกภพที่เรามองเห็นจะมีสภาพเหมือนๆ กับส่วนอื่นๆ ในเอกภพ เราคาดว่าสสารจะกระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วอวกาศเมื่อมองเอกภพในโครงสร้างขนาดใหญ่ ดังนั้นก็ไม่ควรจะมีความไม่ปกติที่สังเกตเห็นได้เหนือขนาดหนึ่งๆ ขึ้นมา

      ความเป็นไปได้ประการหนึ่งก็คือ โครงสร้างกำลังบอกใบ้ถึงฟิสิกส์ในรูปแบบที่น่าพิศวง หรือกระทั่งเป็นฟิสิกส์รูปแบบใหม่ ยกตัวอย่างเช่น เซอร์ Roger Penrose นักวิทยาศาสตร์รางวัลโนเบล ซึ่งเป็นศาสตราจารย์เกียรติคุณที่มหาวิทยาลัยออกฟอร์ด เคยเสนอแบบจำลองชนิดหนึ่งที่เรียกว่า Conformal Cyclic Cosmology(CCC) เพื่ออธิบายเอกภพที่เป็นวัฎจักร จากแบบจำลองนี้ หลักฐานคลื่นความโน้มถ่วงจากเอกภพวัฏจักรก่อนหน้านี้อาจจะปรากฏเป็นโครงสร้างรูปร่างคล้ายวงแหวนในไมโครเวฟพื้นหลัง แม้ CCC จะไม่เป็นที่ยอมรับในหมู่นักเอกภพวิทยา แต่บิ๊กริง และไจแอนท์อาร์ค จะเป็นหลักฐานได้หรือไม่

Dark Flow hypothesis

     ความเป็นไปได้อีกข้อก็คือ โครงสร้างใหญ่ยิ่งยวดเหล่านั้นเป็นหลักฐานของ เส้นคอสมิค(cosmic strings) ซึ่งเป็นรอยแผลมิติเดียวในทางทฤษฎีในห้วงกาลอวกาศ ซึ่งเชื่อว่าก่อตัวขึ้นในระหว่างบิ๊กแบง เส้นคอสมิคอาจจะยืดยาวออกได้หลายพันล้านปีแสง แต่กลับแคบกว่าความกว้างของโปรตอน ซึ่งถ้ามีเส้นสตริงอยู่ ก็อาจส่งผลต่อการกระจุกตัวของสสาร เราไม่ได้พบหลักฐานทางกายภาพของเส้นคอสมิคมากนัก แต่หลักฐานทางทฤษฎีก็ยังพอมี

      บิ๊กริงและไจแอนท์อาร์ค ไม่ว่าจะเดี่ยวๆ หรือทั้งคู่ ก็สร้างปริศนาทางเอกภพวิทยาข้อใหญ่เพื่อให้เราต้องทำงานต่อเพื่อเข้าใจเอกภพและการพัฒนาตัวของเอกภพ Lopez กล่าวสรุป เขานำเสนอการค้นพบในการประชุมสมาคมดาราศาสตร์อเมริกัน ครั้งที่ 243 วันที่ 10 มกราคม 2024

แหล่งข่าว space.com : an impossibly huge ring of galaxies might lead us to new physics. Here’s how
                sciencealert.com : giant structure found lurking in deep space challenges understanding of the universe