กาแลคซีที่ตายแล้วเมื่อเอกภพยังอายุน้อย

     เมื่อกาแลคซีแห่งหนึ่งไม่เหลือก๊าซและฝุ่นอีก กระบวนการก่อตัวดาวก็หยุดลง แต่ต้องใช้เวลาหลายพันล้านปี แต่ก็มีกาแลคซีแห่งหนึ่งข้างนอกนั้นที่ได้ตายแล้วเมื่อเอกภพมีอายุเพียง 7 ร้อยล้านปีเท่านั้น เกิดอะไรขึ้นกับมัน เป็นสิ่งที่ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติอยากจะรู้สาเหตุ

    ช่วงไม่กี่ร้อยล้านปีแรกของเอกภพเป็นช่วงที่มีสภาพแอคทิฟอย่างมาก โดยมีเมฆก๊าซจำนวนมากมายที่ยุบตัวลงเพื่อก่อตัวดาวฤกษ์ใหม่ๆ Tobias Looser จากสถาบันคัฟลี่เพื่อเอกภพวิทยาที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์(KICC) กล่าว กาแลคซีต้องการแหล่งก๊าซอย่างอุดมสมบูรณ์เพื่อก่อตัวดาวฤกษ์ใหม่ๆ และเอกภพยุคต้นก็เหมือนเป็นบุฟเฟต์แบบกินได้เต็มที่ไม่อั้น

     ดังนั้น เมื่อกาแลคซี JADES-GS-z7-01-QU ปรากฏขึ้นในการสำรวจจากกล้องเวบบ์ มันก็ไม่ได้แสดงหลักฐานการก่อตัวดาวที่เกิดขึ้นมากนัก มันอยู่ในสถานะที่นักดาราศาสตร์เรียกว่า quenching และดูเหมือนการก่อตัวดาวเริ่มต้นและหยุดลงอย่างรวดเร็ว การระบุว่าเพราะเหตุใดสิ่งนี้จึงเกิดกับกาแลคซีอายุน้อยแห่งนี้ จึงเป็นย่างก้าวสำคัญในทางเอกภพวิทยา ทำไมมันจึงหยุดสร้างดาวแล้ว และปัจจัยที่ส่งผลต่อการก่อตัวดาวที่กาแลคซีแห่งนี้ เป็นปัจจัยเดียวกับที่หยุดการก่อตัวดาวในปัจจุบันหรือไม่  

     การยุติการก่อตัวดาว(star-formation quenching) เป็นสิ่งที่นักดาราศาสตร์คาดไว้ว่าไม่น่าจะเกิดขึ้นเร็ว เราจะพบกาแลคซีที่หยุดก่อตัวดาวเฉพาะเมื่อเอกภพในกาลต่อมาเมื่อเอกภพมีอายุราว 3 พันล้านปี ไม่ว่าจะเกิดขึ้นจากหลุมดำหรือสิ่งอื่นๆ Francesco D’Eugerio ซึ่งมาจากสถาบันคัฟลี่เพื่อเอกภพวิทยาเช่นกัน และเป็นผู้เขียนร่วมในรายงานที่เผยแพร่ใน Nature วันที่ 6 มีนาคมกับ Looser  

กาแลคซีในยุคต้นบางแห่งดูเหมือนจะสูญเสียก๊าซที่ใช้ก่อตัวดาวฤกษ์ของพวกมันให้กับการแผ่รังสีที่รุนแรงจากหลุมดำที่มีกิจกรรมสูงเกินไป เช่นที่เควซาร์ J2054-0005 ซึ่งพบเมื่อ 9 ร้อยล้านปีหลังจากบิ๊กแบงเท่านั้นในภาพจากศิลปินนี้

     การก่อตัวดาวมักจะเริ่มต้นเมื่อเมฆก๊าซเกาะกุมตัวเข้าด้วยกัน พื้นที่ที่อุดมด้วยก๊าซซึ่งรวมถึงกาแลคซี จึงเป็นแหล่งเพาะฟักดาวแหล่งหลักๆ ข้อมูลจากกล้องเวบบ์เกี่ยวกับ JADES-GS-z7-01-QU ได้แสดงว่ากาแลคซีแห่งนี้ได้พบกับช่วงเวลาการก่อตัวดาวอย่างคึกคักมากๆ หลังจากที่มันเริ่มก่อตัวขึ้น(หลังจากยุคแห่งการรีไอออนไนซ์) ได้ไม่นาน ในเวลาราว 30 ถึง 90 ล้านปี ที่มันก่อตัวดาวอย่างคร่ำเคร่ง จากนั้น ก็หยุดลงอย่างฉับพลันระหว่าง 10 ถึง 20 ล้านปีในเวลาก่อนที่เวบบ์จะสำรวจพบมัน  

     นี่ก็ไม่ใช่เรื่องน่าประหลาดใจ แม้ว่านักดาราศาสตร์จะยังไม่ทราบว่าเพราะเหตุใดมันจึงหยุดลง เห็นได้ชัดว่าเป็นเพราะมันขาดแคลนก๊าซ บางทีหลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางอาจจะกลืนวัตถุดิบจำนวนมหาศาลลงไป หรือเป็นกลไกย้อนกลับเมื่อลมและไอพ่นที่เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วจากหลุมดำยังอาจจะกวาดถางวัตถุดิบก่อตัวดาวจำนวนมากออกไปจากกาแลคซีแห่งนี้โดยสิ้นเชิง

      และยังเป็นไปได้ที่การก่อตัวดาวในอัตราที่สูงมากๆ ของ JADES-GS-z7-01-QU อาจจะใช้แหล่งวัตถุดิบไปจนหมด ก็เป็นไปได้ Looser กล่าว ในเอกภพยุคต้น ทุกๆ อย่างดูเหมือนจะเกิดขึ้นเร็วกว่าและรุนแรงกว่า และนี่อาจจะรวมถึงกาแลคซีที่ขยับจากสถานะก่อตัวดาวอย่างคึกคัก ไปเป็นจำศีลหรือยุติการก่อตัว เขากล่าว

     จากข้อมูลเวบบ์ที่มีในตอนนี้ ยังไม่แน่ชัดว่าเกิดอะไรขึ้นกับกาแลคซีขนาดเล็กในเอกภพยุคต้นแห่งนี้ นักดาราศาสตร์ยังคงตรวจสอบข้อมูลอยู่ Roberto Maiolino ผู้เขี่ยนร่วม รายงาน กล่าวว่า เราไม่แน่ใจว่าลำดับเหตุการณ์ข้างต้นอันใดจะสามารถอธิบายสิ่งที่เราพบด้วยเวบบ์ได้

     จนถึงตอนนี้ เพื่อให้เข้าใจเอกภพยุคต้น เรายังใช้แบบจำลองที่มีพื้นฐานจากเอกภพยุคปัจจุบัน แต่ตอนนี้เมื่อเราได้มองย้อนเวลาไปได้ไกลมากขึ้น และสำรวจพบว่าการก่อตัวดาวหยุดลงเร็วมากๆ ในกาแลคซีแห่งนี้ แบบจำลองจากเอกภพยุคปัจจุบันอาจจะต้องมีการปรับปรุง

ภาพสีเพี้ยนจากกล้องเวบบ์แสดงพื้นที่ขนาดเล็กแห่งหนึ่งในพื้นที่สำรวจส่วนใต้ของ GOODS โดยเน้น JADES-GS-z7-01-QU

      ยังต้องมีการสำรวจเพิ่มเติมโดยใช้เวบบ์ เราจะมองหากาแลคซีแห่งอื่นๆ ที่คล้ายแห่งนี้ในเอกภพยุคต้น ซึ่งจะช่วยเราให้ระบุได้ว่ากาแลคซีหยุดก่อตัวดาวใหม่ๆ ได้อย่างไรและเพราะเหตุใด D’Eugenio กล่าว ยังเป็นไปได้ที่กาแลคซีในเอกภพยุคต้นได้ตายลงและจากนั้นก็ฟื้นคืนชีวิตได้อีก เราต้องทำการสำรวจเพิ่มขึ้นเพื่อช่วยระบุให้แน่ชัด

     ยังมีความเป็นไปได้ทางอื่นอีกที่นักดาราศาสตร์อยากจะตรวจสอบ JADES-GS-z7-01-QU ที่กล้องเวบบ์เห็นว่าตายแล้วในช่วงที่สำรวจ แต่เป็นไปได้ที่การหยุดก่อตัวดาวอาจจะเกิดเพียงชั่วคราว บางทีอาจเป็นเพราะวัตถุดิบที่ไหลออกสู่ห้วงอวกาศอย่างเป็นคาบเวลา ซึ่งผลักดันโดยหลุมดำในใจกลาง เคยสำรวจพบกาแลคซีแห่งอื่นๆ ที่หยุดพักก่อตัวดาวชั่วคราว แต่พวกมันก็มีขนาดใหญ่กว่ากาแลคซีใหม่นี้ซึ่งมีขนาดพอๆ กับเมฆมาเจลลันเล็ก(Small Magellanic Cloud; SMC) เท่านั้น แต่กระนั้น SMC ก็ยังคงก่อตัวดาวฤกษ์ใหม่ๆ อยู่

     บางที JADES-GS-z7-01-QU จะเริ่มเปิดโรงงานก่อตัวดาวในเวลาต่อมา ในกรณีดังกล่าว มันอาจจะเจริญเติบโตจนมีขนาดใหญ่ขึ้นอย่างมากในช่วงหลังของความเป็นมา และนี่จะเป็นสิ่งที่น่าสนใจ บางทีกาแลคซีที่หยุดก่อตัวดาว ก็หยุดพักก่อตัวแค่ชั่วคราว จากนั้นเมื่อมีก๊าซใหม่ๆ เติมเข้ามา อาจจะจากการชนกับกาแลคซีอื่นๆ ก็จะสร้างดาวรุ่นหลังๆ ขึ้นมา  

     การสำรวจด้วยกล้องเวบบ์ในอนาคตน่าจะได้พบกาแลคซีเหล่านี้ได้มากขึ้น รวมถึงกาแลคซีที่มีขนาดเล็กกว่าและสลัวกว่านี้ และน่าจะช่วยให้นักดาราศาสตร์ได้ศึกษาสถานะหยุดก่อตัวดาวในรายละเอียดเพิ่มเติมขึ้น

แหล่งข่าว sciencealert.com : mysterious galaxy was already dead when the universe was young
                scitechdaily.com : rewinding cosmic time with Webb’s discovery of a 13-billion-year-old dead galaxy   
                livescience.com : James Webb telescope detects oldest “dead” galaxy in the known universe – and its death could challenge cosmology