ซุปเปอร์กระจุกไอนาสโต้

 

     ทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติที่นำโดยนักดาราศาสตร์จากหอสังเกตการณ์ตาร์ตู ของมหาวิทยาลัยตาร์ตู ได้พบซุปเปอร์กระจุกกาแลคซีหลายแห่งในเอกภพ โดยที่โดดเด่นที่สุดในกลุ่มซุปเปอร์กระจุก มีชื่อว่า ซุปเปอร์กระจุกไอนาสโต้ ซึ่งตั้งชื่อตาม ศาสตราจารย์ Jaan Einasto ผู้บุกเบิกดาราศาสตร์แขนงนี้ ที่เพิ่งฉลองวันเกิดปีที่ 95 ไปเมื่อวันที่ 23 กุมภาพันธ์

     ซุปเปอร์กระจุก(supercluster) ก็คล้ายกับมหานครในอวกาศ เป็นกลุ่มและกระจุกของกาแลคซีที่เป็นโครงสร้างขนาดใหญ่ที่สุดและกระจุกตัวแออัดมากที่สุดในเอกภพ การค้นพบของทีมไม่เพียงแต่ขยายความเข้าใจเกี่ยวกับโครงสร้างมหึมาเหล่านี้ แต่ยังแผ้วถางเส้นทางสู่การเปิดช่องสู่ปริศนาการก่อตัวของพวกมันที่ยังค้างคา

     ในงานศึกษา นักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจสอบมวลของซุปเปอร์กระจุกซึ่งโดยทั่วไปอยู่ที่ราว 6 พันล้านล้านเท่าดวงอาทิตย์ โดยมีขนาดเฉลี่ยที่ 2 ร้อยล้านปีแสง เพื่อที่จะตัวเปรียบเทียบ ซุปเปอร์กระจุกเหล่านี้มีความกว้างกว่าทางช้างเผือกของเราราว 2000 เท่า ลองนึกถึงเหรียญสิบบาทบนสนามฟุตบอล เป็นขนาดของทางช้างเผือก ความยาวของสนามฟุตบอลก็เทียบเท่ากับขนาดของซุปเปอร์กระจุก ส่วนในแง่ของมวล ถ้าดวงอาทิตย์เป็นลูกกอล์ฟ มวลของซุปเปอร์กระจุกก็เทียบเท่ากับภูเขาเอเวอร์เรสต์

     สำหรับไอนาสโต้ ซึ่งมีขนาดใหญ่ที่สุดในบรรดาพวกที่ค้นพบใหม่ อยู่ห่างจากโลกออกไปราว 3 พันล้านปีแสง โครงสร้างขนาดมโหฬารของมันมีมวลเทียบเท่ากับราว 26 พันล้านล้านเท่าดวงอาทิตย์ ขนาดที่ใหญ๋โตมากนี้ทำให้แสงเดินทางจากปลายด้านหนึ่งของไอนาสโต้ ไปที่อีกด้านใช้เวลา 360 ล้านปี ใหญ่กว่าซุปเปอร์กระจุกลาเนียคี(Laniakea supercluster) ซึ่งทางช้างเผือกเป็นส่วนหนึ่งด้วย มีความกว้าง 250 ล้านปีแสง

     ศาสตราจารย์ ไอนาสโต้เอง ซึ่งมีส่วนสำคัญในการผลักดันการศึกษาซุปเปอร์กระจุก ทำให้ชื่อนี้เหมาะสมกับการค้นพบที่พิเศษนี้ และตามประเพณีของนักดาราศาสตร์เอสโตเนีย ซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีในความเชี่ยวชาญการศึกษาซุปเปอร์กระจุก ทีมได้จำแนกซุปเปอร์กระจุกอื่นๆ รวม 662 แห่งและสำรวจคุณสมบัติของพวกมัน ยกตัวอย่างเช่น กระจุกกาแลคซีที่อยู่ภ่ายในซุปเปอร์กระจุกจะมีมวลสูงกว่ากระจุกที่อยู่นอกซุปเปอร์กระจุก นี่แสดงว่าวิวัฒนาการและการเจริญของกระจุกกาแลคซีในซุปเปอร์กระจุกนั้นแตกต่างจากกระจุกที่อยู่นอกสภาพแวดล้อมของซุปเปอร์กระจุก

Laniakea supercluster 

     แม้ว่าซุปเปอร์กระจุกจะมีมวลอยู่ไม่น้อย แต่มวลของมันก็กระจายอยู่ในปริมาตรที่ใหญ่ ซึ่งทำให้พวกมันมีความหนาแน่นต่ำกว่าในกาแลคซีเอง อย่างไรก็ตาม ความหนาแน่นของพวกมันนั้นเพียงพอที่แรงดน้มถ่วงจะส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของสสารภายในซุปเปอร์กระจุก ซึ่งรวมถึงสสารมืดด้วย

     การสำรวจได้แสดงว่าเอกภพของเรานั้นกำลังขยายตัวด้วยความเร่ง นี่บอกว่าห้วงอวกาศระหว่างกาแลคซีกำลังขยายกว้างขึ้น เป็นเหตุให้กาแลคซีทั้งหลายเคลื่อนที่ออกห่างกันมากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป นักดาราศาสตร์ที่หอสังเกตการณ์ตาร์ตูได้แสดงว่า กาแลคซีภายในซุปเปอร์กระจุกกลับมีความเร็วการขยายตัวที่ต่ำกว่า ความเร็วการขยายตัวโดยรวมของเอกภพ

      ซึ่งเกิดขึ้นจากแรงโน้มถ่วงภายในซุปเปอร์กระจุกเอง ซึ่งต้านทานการขยายตัวโดยรวมของเอกภพ โดยดึงกาแลคซีภายในกลับเข้ามา อย่างไรก็ตาม แรงโน้มถ่วงไม่ได้มากพอที่จะทำให้ซุปเปอร์กระจุกเป็นระบบที่เกาะกลุ่มด้วยแรงโน้มถ่วงอย่างเหนียวแน่น สุดท้ายแล้ว ผลจากพลังงานมืดในการทำให้ซุปเปอร์กระจุกขยายตัวออก ก็จะเอาชนะแรงโน้มถ่วงได้

     ยิ่งกว่านั้น นักวิจัยได้แสดงความสัมพันธ์ระหว่างความหนาแน่นกับขนาดของซุปเปอร์กระจุก เน้นให้เห็นความสัมพันธ์แบบผกผันยกกำลังสอง การศึกษายังบอกถึงความสำคัญของความร่วมมือในระดับนานาชาติเพื่อพัฒนาองค์ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ โดยผู้มีส่วนในงานวิจัยนี้มาจากเอสโตเนีย, อินเดีย, ญี่ปุ่น, สเปน และฟินแลนด์ การค้นพบเผยแพร่ใน Astrophysical Journal

 

แหล่งข่าว phys.org – Einasto supercluster: the new heavyweight contender in the universe
                space.com – scientists find galaxy supercluster as massive as 26 quadrillion suns
               sciencealert.com – astronomers discover the most massive supercluster ever found   

กล้องพบอัลกอฮอล์และกรดน้ำส้ม

  

เมฆโมเลกุลสีส้มที่มีวัตถุฟากฟ้าจำนวนหนึ่งอยู่ภายใน รวมถึงดาวฤกษ์ทารกสว่าง IRAS 23385 ซึ่งมีหกแฉก และมีดาวที่มืดกว่าอีกหลายดวงเป็นจุดแสงท่ามกลางเมฆ

    ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติที่ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ ได้พบโมเลกุลกลุ่มหนึ่งตั้งแต่ โมเลกุลที่ค่อนข้างเรียบง่ายอย่างมีเธน จนถึงสารประกอบเชิงซ้อนอย่าง กรดอะซิติก และเอธานอล ในดาวฤกษ์ทารกที่กำลังพัฒนาตัว เมื่อดาวเคราะห์ยังไม่ได้ก่อตัวขึ้น โมเลกุลเหล่านั้นเป็นองค์ประกอบสำคัญในการสร้างพิภพที่อาจจะเอื้ออาศัยได้

     เคยมีการทำนายจากการทดลองในห้องทดลอง ถึงการมีอยู่ของโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนในสถานะของแข็งในดาวฤกษ์ทารก(protostars) ตั้งแต่หลายทศวรรษก่อน และการตรวจจับร่องรอยโมเลกุลเหล่านี้โดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศอื่น ซึ่งรวมถึงโครงการ Early Release Science Ice Age ของเวบบ์เอง ซึ่งพบน้ำแข็งหลากหลายชนิดในพื้นที่ที่มืดที่สุดและเย็นที่สุดในเมฆโมเลกุลแห่งหนึ่ง 

     ขณะนี้ ด้วยความละเอียดสเปคตรัมและความไวที่น่าเหลือเชื่อของเครื่องมืออินฟราเรดกลาง(MIRI) ของเวบบ์ อันเป็นส่วนหนึ่งของ JOYS+(James Webb Observations of Young Protostars) จึงสามารถจำแนกและยืนยันโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนเหล่านั้นว่ามีอยู่ในน้ำแข็งในห้วงอวกาศ นี่รวมถึงการตรวจพบอะเซทัลดีไฮด์(acetaldehyde), เอธานอล(ethanol) อัลกอฮอล์, เมธิลฟอร์เมต(methyl formate) และอาจมีกรดน้ำส้ม(acetic acid) ในสภาพของแข็ง

     การค้นพบนี้ให้คำตอบกับคำถามที่มีมานานในแขนงดาราศาสตร์เคมี Will Rocha ผู้นำทีมจากมหาวิทยาลัยไลเดน ในเนเธอร์แลนด์ส กล่าว กำเนิดของโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนในอวกาศมาจากไหน และพวกมันอยู่ในสถานะก๊าซหรือในน้ำแข็ง การตรวจพบโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนในน้ำแข็งได้บอกว่าปฏิกริยาเคมีในสถานะของแข็งบนพื้นผิวเม็ดฝุ่นเย็น สามารถสร้างโมเลกุลเขิงซ้อนขึ้นมาได้ 

     มีโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนมากมายซึ่งรวมถึงที่พบในรูปของแข็งในงานวิจัยล่าสุดนี้ ที่เคยพบในสถานะก๊าซอุ่นมาก่อน ขณะนี้เชื่อว่าพวกมันมีกำเนิดจากการระเหิด(sublimation) ของน้ำแข็ง การระเหิดจะเปลี่ยนจากสถานะของแข็งไปเป็นก๊าซโดยตรง โดยไม่กลายเป็นของเหลว ดังนั้น การพบโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนในน้ำแข็งทำให้นักดาราศาสตร์หวังว่าจะได้พัฒนาความเข้าใจเกี่ยวกับกำเนิดของโมเลกุลอื่นๆ รวมถึงพวกที่มีขนาดใหญ่กว่านี้ในอวกาศได้ 

MIRI จำแนกโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนในน้ำแข็งรอบดาวฤกษ์ทารกสองดวง ในภาพกราฟฟิคแสดงสเปคตรัมรอบดาวฤกษ์ทารก NGC 1333 IRAS 2A

    Harold Linnartz ซึ่งนำห้องทดลองดาราศาสตร์ฟิสิกส์ในไลเดน มาหลายปี และร่วมประสานการตรวจสอบข้อมูลที่ใช้ในการศึกษางานนี้ Ewine van Dishoeck จากมหาวิทยาลัยไลเดน หนึ่งในผู้ประสานงานโครงการ JOYS+ กล่าวว่า ฮาโรลด์นั้นดีใจอย่างมาก ในฐานะที่ได้รับมอบหมายงานในห้องทดลองเกี่ยวกับโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อน มีบทบาทสำคัญอย่างมาก เราขออุทิศผลสรุปเหล่านี้ให้กับฮาโรลด์ ซึ่งเสียชีวิตอย่างกะทันหันในเดือนธันวาคม 2023 หลังจากที่รายงานฉบับนี้เตรียมเผยแพร่แล้ว 

     นักวิทยาศาสตร์ยังอยากจะสำรวจว่าโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนเหล่านั้นจะถูกขนส่งมาที่ดาวเคราะห์ในสถานะต่อๆ มาในวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ทารกดวงนี้ ได้แค่ไหน โมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนในน้ำแข็งจะถูกลำเลียงในดิสก์ที่กำลังก่อตัวดาวเคราะห์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าก๊าซจากเมฆ โมเลกุลน้ำแข็งเหล่านี้จึงอาจตกทอดถึงดาวหางและดาวเคราะห์น้อย ซึ่งก็อาจจะชนกับดาวเคราะห์ที่กำลังก่อตัวอยู่ ในลำดับเหตุการณ์ดังกล่าว โมเลกุลเชิงซ้อนอาจส่งต่อสู่ดาวเคราะห์ ซึ่งจะกลายเป็นองค์ประกอบที่ฟูมฟักชีวิตขึ้นมาได้ 

     ทีมวิทยาศาสตร์ยังตรวจพบโมเลกุลพื้นๆ กว่า ซึ้งรวมถึงมีเธน, กรดมด(formic acid), กำมะถันไดออกไซด์ และฟอร์มัลดีไฮด์(formaldehyde) โดยเฉพาะกำมะถันไดออกไซด์นั้นช่วยให้ทีมได้สำรวจปริมาณกำมะถันที่มีในดาวฤกษ์ทารกนี้ นอกจากนี้ มันยังมีความน่าสนใจในด้านก่อเกิดชีวภาพ(prebiotic) เนื่องจากงานวิจัยได้บอกว่าสารประกอบที่มีกำมะถัน จะมีบทบาทสำคัญในการขับเคลื่อนเมตาบอลิซึมบนโลกยุคโบราณ 

     นอกจากนี้ ยังพบไอออนลบด้วย ซึ่งน่าจะก่อตัวจากเกลือ ซึ่งก็จำเป็นต่อการพัฒนาความซับซ้อนในทางเคมีในอุณหภูมิที่สูงขึ้น นี่บ่งชี้ว่าน้ำแข็งอาจจะมีความซับซ้อนอย่างมาก และต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมต่อไป 

     ดาวฤกษ์ทารกทั้งสองคือ IRAS 2A และ IRAS 23385 ยังไม่ได้ก่อตัวดาวเคราะห์ขึ้น และที่น่าสนใจคือ IRAS 2A ซึ่งถูกจำแนกว่าเป็นดาวฤกษ์ทารกมวลต่ำ มันอาจมีความคล้ายคลึงกับสถานะในช่วงต้นของระบบสุริยะของเราเอง ซึ่งถ้าเป็นจริง ชนิดของสารเคมีที่พบในแหล่งนี้ก็น่าจะปรากฏในช่วงแรกๆ ของการพัฒนาของระบบสุริยะของเราด้วย และต่อมาก็นำส่งมาที่โลกในยุคโบราณ 

กราฟเปรียบเทียบระดับโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนในน้ำแข็งรอบดาวฤกษ์ทารกสองดวง รอบ iras23385 ไม่พบกรดน้ำส้ม(CH3COOH)

     โมเลกุลทั้งหมดเหล่านี้อาจเป็นส่วนหนึ่งของดาวหางและดาวเคราะห์น้อย และต่อมาก็เป็นระบบดาวเคราะห์แห่งใหม่ เมื่อวัสดุสารน้ำแข็งถูกนำส่งเข้ามาสู่ดิสก์ที่กำลังก่อตัวดาวเคราะห์ เมื่อระบบดาวฤกษ์ทารกพัฒนาไป van Dishoeck กล่าว เราเฝ้าคอยที่จะได้ติดตามเส้นทางดาราศาสตร์เคมีนี้ทีละก้าว ด้วยข้อมูลจากเวบบ์ที่มีมากขึ้นในอีกหลายปีข้างหน้า

     งานวิจัยล่าสุดอีกงานโดย Pooneh Nazari จากหอสังเกตการณ์ไลเดน ก็ช่วยเพิ่มความหวังให้แก่นักดาราศาสตร์ที่มองหาความซับซ้อนในน้ำแข็งที่มากขึ้น หลังจากพบร่องรอยเบื้องต้นของเมธิลไซยาไนด์ และเอธิล ไซยาไนด์ จากข้อมูล NIRSpec ของเวบบ์ Nazari บอกว่า เป็นที่น่าประทับใจว่าขณะนี้เวบบ์ช่วยให้เราตรวจสอบองค์ประกอบเคมีในน้ำแข็งได้จนถึงระดับของไซยาไนด์ ซึ่งเป็นองค์ประกอบพื้นฐานสำคัญของปฏิกิริยาเคมีก่อเกิดชีวภาพ

แหล่งข่าว esawebb.org : cheers! Webb finds ethanol and other icy ingredients for worlds
                iflscience.com : JWST spots the ingredients for a dirty martiny in space – but no olives! 

ดาวแคระน้ำตาลมีอายุมักจะอยู่โดดเดี่ยว

 

     ดาวแคระน้ำตาลนั้นอยู่ในช่วงรอยต่อ พวกมันไม่ได้เป็นทั้งดาวฤกษ์หรือดาวเคราะห์ กระทั่งสีน้ำตาลในชื่อของพวกมัน แท้จริงแล้วเป็นสีแดงจัด จะถูกต้องกว่า

     ดาวแคระน้ำตาลเป็นวัตถุฟากฟ้าที่มีขนาดใหญ่กว่าดาวพฤหัสฯ แต่ก็มีขนาดเล็กกว่าดาวฤกษ์ที่มีมวลต่ำที่สุด พวกมันก่อตัวเหมือนกับดาวฤกษ์โดยยุบตัวถือกำเนิดจากเมฆก๊าซและฝุ่น แต่ก็ไม่ได้มีมวลมากพอที่จะจุดระเบิดการหลอมไฮโดรเจน เหมือนที่เกิดในดาวฤกษ์ปกติ ในการสร้างวัตถุเหล่านี้ ธรรมชาติลังเลที่จะให้มันส่องสว่างเป็นดาวฤกษ์

     แต่ก็เช่นเดียวกับดาวฤกษ์ แคระน้ำตาลก็อาจก่อตัวขึ้นเป็นคู่และโคจรรอบกันและกัน แต่การสำรวจล่าสุดจากกล้องฮับเบิลได้พบว่ายิ่งแคระน้ำตาลที่เย็นที่สุดและมีมวลเบาที่สุดมีอายุมากขึ้นเท่าใด ก็ยิ่งมีโอกาสน้อยลงที่จะพบดาวข้างเคียงของแคระน้ำตาล ฮับเบิลสามารถตรวจสอบระบบคู่ที่อยู่ใกล้กันได้ถึงระยะ 4.8 ร้อยล้านกิโลเมตรพอๆ กับระยะทางจากโลกถึงแถบดาวเคราะห์น้อย(asteroid belt) แต่ก็ไม่พบระบบคู่ใดๆ ในตัวอย่างแคระน้ำตาลในละแวกใกล้เคียงกับดวงอาทิตย์เลย นี่บอกว่าระบบคู่แคระนั้นยึดโยงกันด้วยแรงโน้มถ่วงอย่างปวกเปียก จนพวกมันขยับออกห่างจากกันในเวลาไม่กี่ร้อยล้านปี อันเนื่องจากแรงดึงจากดาวอื่นที่ผ่านเข้ามาใกล้

     การสำรวจของเราได้ยืนยันว่าในกลุ่มของแคระน้ำตาลที่เย็นที่สุดและเบาที่สุด ก็พบดาวข้างเคียงแม้แต่ในระยะที่ห่างอย่างสุดขั้วได้ยากมากๆ แม้ว่าจะสำรวจพบคู่แคระน้ำตาลในอายุที่น้อยกว่าได้ทั่วไป นี่บอกว่า ระบบลักษณะนี้ไม่ได้ยืนยาวนานนัก Clemence Fontanive ผู้เขียนนำจากสถาบันทรอตติเยร์เพื่อการวิจัยดาวเคราะห์นอกระบบ มหาวิทยาลัยมอนทรีออล คานาดา

     ในการสำรวจคล้ายๆ กันที่ Fontanive ทำเมื่อไม่กี่ปีก่อนหน้านี้ ฮับเบิลได้ตรวจสอบแคระน้ำตาลที่มีอายุน้อยมากๆ และบางส่วนก็มีวัตถุข้างเคียงในระบบคู่ ได้ยืนยันว่ากลไกการก่อตัวดาวได้สร้างระบบคู่แคระน้ำตาลมวลต่ำ การขาดแคลนดาวข้างเคียงในระบบคู่สำหรับแคระน้ำตาลที่มีอายุมาก ได้บอกว่าบางส่วนอาจจะเริ่มต้นในฐานะระบบคู่ แต่ก็แยกจากกันเมื่อเวลาผ่านไป

     การค้นพบใหม่จากฮับเบิลเผยแพร่ใน Monthly Notices of the Royal Astronomical Society ยิ่งสนับสนุนทฤษฎีที่บอกว่าแคระน้ำตาลก่อตัวขึ้นแบบเดียวกับดาวฤกษ์ ผ่านการยุบตัวภายใต้แรงโน้มถ่วงภายในเมฆโมเลกุลก๊าซไฮโดรเจน ความแตกต่างอยู่ที่พวกมันไม่ได้มีมวลมากพอที่จะจุดระเบิดหลอมไฮโดรเจนเพื่อสร้างพลังงาน ในขณะที่ดาวฤกษ์ปกติทำได้

     ดาวในกาแลคซีของเรามากกว่าครึ่ง มีดาวข้างเคียงอยู่ซึ่งเป็นผลจากกระบวนการการก่อตัวเหล่านี้ โดยดาวยิ่งมีมวลสูงขึ้นก็มักพบในระบบคู่ได้มากขึ้น แรงขับดันในการศึกษานี้จริงๆ ก็คือ เพื่อดูว่าแนวโน้มการพบระบบพหุดาราจะเกิดขึ้นจนถึงระดับมวลที่ต่ำได้แค่ไหน Fontanive กล่าว การสำรวจฮับเบิลได้ให้หลักฐานโดยตรงว่าระบบคู่เหล่านี้เมื่อพวกมันยังอายุน้อย ไม่น่าจะอยู่รอดได้นาน พวกมันน่าจะถูกรบกวน เมื่อยังอายุน้อย พวกมันเป็นส่วนหนึ่งของเมฆโมเลกุล และจากนั้นเมื่ออายุมากขึ้น เมฆก็กระจายหายไป

      เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น สรรพสิ่งก็เริ่มเคลื่อนที่ไปรอบๆ และดาวก็ผ่านเข้าใกล้กันและกัน เนื่องจากแคระน้ำตาลนั้นมีมวลเบา แรงโน้มถ่วงที่ยึดเกาะระบบคู่ในระยะไกล ก็จะอ่อนแออย่างมาก และดาวฤกษ์ที่ผ่านเข้ามาใกล้ก็สะกิดคู่จนแตกออกจากกันได้โดยง่าย Fontanive กล่าว

     ทีมเลือกกลุ่มตัวอย่างแคระน้ำตาลที่ดาวเทียม WISE(Wide-Field Infrared Survey) ของนาซาเคยจำแนกไว้ มันตรวจสอบแคระน้ำตาลที่เย็นที่สุดและมีมวลต่ำที่สุดบางส่วนในละแวกใกล้ดวงอาทิตย์ แคระน้ำตาลอายุมากเหล่านี้จะเย็นมาก(ในกรณีเกือบทั้งหมด อุ่นกว่าดาวพฤหัสฯ เพียงไม่กี่ร้อยองศา) จนชั้นบรรยากาศของพวกมันซึ่งมีไอน้ำ ได้ควบแน่นออกมา

     เพื่อค้นหาดาวข้างเคียงที่เย็นที่สุด ทีมใช้ฟิลเตอร์อินฟราเรดใกล้ที่แตกต่างกัน 2 ชนิด ชนิดหนึ่งจะทำให้แคระน้ำตาลที่เย็นสว่างขึ้น และอีกชนิดหนึ่งจะครอบคลุมช่วงความยาวคลื่นจำเพาะที่พวกมันจะปรากฏขึ้นอย่างสลัวมาก อันเนื่องจากการดูดกลืนแสงของน้ำในชั้นบรรยากาศ นี่เป็นหลักฐานจากการสำรวจที่ดีที่สุดเท่าที่เคยมีว่าคู่แคระน้ำตาลจะเคลื่อนแยกห่างจากกัน Fontanive กล่าว เราคงไม่สามารถทำการสำรวจนี้ได้สำเร็จและยืนยันแบบจำลองก่อนหน้านี้ได้ถ้าไม่มีสายตาที่คมชัดและความไวของฮับเบิล

    

แหล่งข่าว hubblesite.org : NASA’s Hubble finds that aging brown dwarfs grow lonely   

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

รอยแผลโลหะบนดาวแคระขาว

 

     เมื่อดาวฤกษ์ที่คล้ายดวงอาทิตย์ของเรามีชีวิตถึงบั้นปลายชีวิตวิถีหลัก(main-sequence) หมดเชื้อเพลิงเพื่อหลอมในแกนกลาง ดาวเหล่านี้จะพองตัวออกเป็นดาวยักษ์แดง จะกลืนดาวเคราะห์และดาวเคราะห์น้อยที่อยู่รอบๆ ที่มันให้กำเนิดขึ้นมา ก่อนที่จะผลักเปลือกก๊าซส่วนนอกๆ ออกมา แกนกลางซึ่งปราศจากการหลอมนิวเคลียร์อีกต่อไป ก็จะยุบตัวภายใต้แรงโน้มถ่วง กลายเป็นวัตถุที่หนาแน่นสูงโดยบีบอัดมวลพอๆ กับดวงอาทิตย์ในทรงกลมที่มีขนาดพอๆ กับโลก ซึ่งเรียกว่า ดาวแคระขาว 

     ขณะนี้ ด้วยการใช้กล้องโทรทรรศน์ใหญ่มาก(VLT) นักวิจัยได้พบสัญญาณอันเป็นอัตลักษณ์จากกระบวนการนี้เป็นครั้งแรก เป็นรอยแผลที่พบอยู่บนพื้นผิวดาวแคระขาวดวงหนึ่ง เนื่องจากธาตุหนักควรจะจมลงสู่แกนกลางดาวอย่างรวดเร็ว ซึ่งจะเรียกวัตถุเหล่านี้ว่า ดาวแคระขาวมีมลทิน(polluted white dwarfs) ผลสรุปเผยแพร่ใน Astrophysical Journal Letters 

     เป็นที่ทราบกันดีว่าดาวแคระขาวบางดวง ซึ่งเป็นเถ้าถ่านจากดาวฤกษ์ที่คล้ายดวงอาทิตย์ ค่อยๆ เย็นตัวลงจากความร้อนที่เหลืออยู่ กำลังฉีกทึ้งกินซากระบบดาวเคราะห์ของพวกมัน ขณะนี้เราได้พบว่าสนามแม่เหล็กของดาวมีบทบาทสำคัญในกระบวนการนี้ เป็นผลให้เกิดรอยแผลเป็นบนพื้นผิวดาวแคระขาว Stefano Bagnulo นักดาราศาสตร์ที่หอสังเกตการณ์และท้องฟ้าจำลองอามา ในไอร์แลนด์เหนือ ผู้เขียนนำการศึกษานี้ กล่าว

     รอยแผลเป็นที่ทีมสำรวจพบเป็นกลุ่มของโลหะเช่น โซเดียม, มักนีเซียม, คัลเซียม, โครเมียม, มังกานีส, เหล็ก และนิกเกิล ที่ประทับอยู่บนพื้นผิวดาวแคระขาว WD 0816-310 ซากดาวที่มีขนาดพอๆ กับโลกดวงนี้ แต่น่าจะมีมวลสูงกว่าดวงอาทิตย์ เราได้แสดงว่าโลหะเหล่านี้มีกำเนิดมาจากชิ้นส่วนดาวเคราะห์ชิ้นหนึ่งที่มีขนาดใหญ่ หรือบางทีอาจจะใหญ่กว่าเวสตา(Vesta) ซึ่งมีความกว้าง 500 กิโลเมตร และเป็นดาวเคราะห์น้อยที่มีขนาดใหญ่ที่สุดเป็นอันดับสองในระบบของเรา Jay Farihi ศาสตราจารย์ที่ยูนิเวอร์ซิตี้ คอลเลจ ลอนดอน และผู้เขียนร่วมการศึกษานี้ กล่าว 

 

ภาพจากศิลปินแสดงดาวแคระขาว WD 0816-310 ที่มีเศษซากวัสดุสารล้อมรอบ

      การสำรวจยังให้เงื่อนงำว่าดาวได้รอยแผลเป็นโลหะนี้ได้อย่างไร ทีมสังเกตเห็นความแรงของสัญญาณโลหะเปลี่ยนแปลงไปเมื่อดาวหมุนรอบตัว ซึ่งบอกว่าโลหะนี้กระจุกอยู่บนพื้นผิวที่จำเพาะแห่งหนึ่งบนพื้นผิวดาวแคระขาว แทนที่จะกระจายไปทั่ว พวกเขายังพบว่าการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้พ้องกับการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กของดาวแคระขาว ซึ่งบ่งชี้ว่าแผลโลหะนี้อยู่ที่ขั้วแม่เหล็กขั้วหนึ่งของมัน เมื่อปะติดปะต่อทั้งหมดเข้าด้วยกัน เงื่อนงำก็บ่งชี้ว่าสนามแม่เหล็กฟั่นโลหะลงสู่ดาวแคระขาว สร้างเป็นรอยแผลเป็น

     ที่น่าประหลาดใจก็คือ วัสดุสารนี้ไม่ได้ผสมอย่างทั่วถึงไปทั่วพื้นผิวดาวแคระขาวอย่างที่เคยทำนายไว้ แต่แผลนี้กลับเป็นปื้นวัสดุสารจากดาวเคราะห์ที่กระจุกอยู่โดยสนามแม่เหล็กที่เป็นตัวชักนำชิ้นส่วนที่ตกลงมาให้อยู่กับที่ John Langstreet ผู้เขี่ยนร่วม ศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยเวสเทิร์น คานาดา ซึ่งร่วมงานกับหอสังเกตการณ์และท้องฟ้าจำลองอามา กล่าว ไม่เคยได้พบเห็นอะไรแบบนี้มาก่อนเลย 

      เหตุผลที่เพราะเหตุใด เราจึงไม่เคยพบมันมาก่อน ก็เนื่องจากโดยปกติแล้ว เราเก็บสเปคตรัมดาวแคระขาวเพียงครั้งเดียวเท่านั้น ถ้ามีการสำรวจหลายครั้งตลอดหลายปีก็จะเผยให้เห็นความแปรปรวนที่ไม่สามารถตรวจพบได้ในการสำรวจเพียงครั้งเดียว เพื่อให้บรรลุถึงข้อสรุปเหล่านี้ ทีมใช้เครื่องมืออเนกประสงค์บน VLT ที่เรียกว่า FORS2 ซึ่งช่วยให้ทีมได้ตรวจจับแผลเป็นโลหะและเชื่อมโยงมันกับสนามแม่เหล็กของดาว ทีมยังพึ่งพาข้อมูลในคลังจาก X-shooter ของ VLT เพื่อยืนยันการค้นพบนี้ด้วย 

      การสำรวจที่ทรงพลังเช่นนี้ ทำให้นักดาราศาสตร์ระบุองค์ประกอบโดยรวมของดาวเคราะห์นอกระบบได้ การศึกษาที่เป็นอัตลักษณ์งานนี้ยังแสดงว่าระบบดาวเคราะห์ยังคงเปี่ยมด้วยพลวัตได้อย่างไร แม้หลังจากที่ตายแล้ว 

ภาพจากศิลปินแสดงดาวแคระขาว WD 0816-310 ที่มีเศษซากวัสดุสารล้อมรอบ

แหล่งข่าว eso.int : metal scar found on cannibal star
                sciencealert.com : the metal scar of a devoured planet reveals a zombie star’s cannib

แคระนักผลิตแสง

      ด้วยการใช้ความสามารถอันเป็นเอกอุของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ ทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติได้ทำการสำรวจสเปคตรัมของกาแลคซีที่สลัวที่สุดในช่วงหนึ่งพันล้านปีแรกของเอกภพได้เป็นครั้งแรก การค้นพบเหล่านี้ช่วยตอบคำถามที่คงอยู่มานานว่า แหล่งแสงที่ทำให้เอกภพแตกตัวเป็นไอออนอีกครั้ง(reionized) มาจากไหน ผลสรุปใหม่เหล่านี้ได้แสดงให้เห็นว่า กาแลคซีแคระขนาดเล็กน่าจะเป็นผู้ผลิตแสงแรงกล้ารุนแรงเหล่านั้น

     งานวิจัยวิวัฒนาการของเอกภพยุคต้นเป็นหัวข้อที่สำคัญของดาราศาสตร์สมัยใหม่ ที่ยังคงไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ก็คือช่วงเวลาต้นๆ ในความเป็นมาของเอกภพ ส่วนที่เรียกว่า ยุคแห่งการรีไอออนไนซ์(era of reionization) เป็นช่วงเวลาแห่งความมืดมิดที่ปราศจากดาวหรือกาแลคซีใดๆ

     หลังจากการเริ่มต้นของเอกภพ ภายในไม่กี่นาทีหลังจากบิ๊กแบง อวกาศก็เต็มไปด้วยหมอกประจุไฟฟ้าหรือพลาสมา(plasma) หนาทึบที่ร้อนจัด แสงที่มีเพียงเล็กน้อยไม่สามารถเดินทางผ่านหมอกทึบได้ โฟตอนจะกระเจิงหลังจากชนกับอิเลคตรอนอิสระที่ล่องลอยอยู่ แต่เมื่อเอกภพเย็นตัวลงในอีกราว 3 แสนปีต่อมา โปรตอนและอิเลคตรอนเริ่มรวมตัวกลายเป็นไฮโดรเจนเป็นกลาง แสงก็สามารถผ่านตัวกลางที่เป็นกลางเหล่านี้ได้ แต่ก็ยังมีแหล่งแสงเพียงไม่กี่แห่งเท่านั้น ซึ่งเรียกช่วงเวลานี้ว่า ยุคมืดของเอกภพ(cosmic dark age)  

ความเป็นมาตลอด 13.8 พันล้านปีของเอกภพ

     เอกภพเต็มไปด้วยกลุ่มหมอกก๊าซไฮโดรเจนที่หนาทึบ กระทั่งดาวดวงแรกๆ สุดทำให้ก๊าซเป็นกลางรอบๆ พวกมันแตกตัวเป็นไอออน และแสงก็เริ่มเดินทางผ่านไปได้ นักดาราศาสตร์ใช้เวลาหลายทศวรรษในความพยายามเพื่อจำแนกแหล่งที่เปล่งรังสีที่ทรงพลังมากพอที่จะค่อยๆ แผ้วถางหมอกไฮโดรเจนที่ปกคลุมเอกภพยุคต้นทิ้งไป โดยแหล่งที่เป็นไปได้อาจเป็นหลุมดำขนาดยักษ์ที่การสะสมมวลสาร(accretion) ได้สร้างแสงที่แรงกล้าออกมา หรือกาแลคซีขนาดใหญ่ที่กำลังก่อตัวดาวอย่างคึกคักซึ่งดาวใหม่ๆ จะเปล่งรังสีอุลตราไวโอเลตรุนแรงออกมา เป็นต้น  

     โครงการ UNCOVER(Ultradeep NIRSpec and NIRCam Observations before the Epoch of Reionization) เป็นทั้งการสำรวจถ่ายภาพและเก็บสเปคตรัมกระจุกกาแลคซี Abell 2744 ที่ทำหน้าที่เป็นเลนส์ความโน้มถ่วงอยู่ห่างออกไป 4 พันล้านปีแสง เกิดจากกระจุกกาแลคซีสองแห่งกำลังชนกัน ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติใช้เลนส์ความโน้มถ่วงจากวัตถุนี้ ซึ่งก็เรียกอีกชื่อว่า กระจุกของแพนโดรา(Pandora’s cluster) เพื่อสำรวจแหล่งแสงในยุคแห่งการรีไอออนไนซ์เอกภพ

ขั้นตอนการรีไอออนไนซ์เอกภพ จากการศึกษาใหม่บอกว่า กาแลคซีแคระผลิตรังสีได้ในปริมาณสูง ทำให้หมอกก๊าซไฮโดรเจนทึบรอบๆ แตกตัวเป็นไอออน โฟตอนแสงเดินทางผ่านออกมาได้ สร้างฟอง ซึ่งขยายจนซ้อนทับกัน และในที่สุด ก็ทำให้เอกภพโปร่งแสงโดยสมบูรณ์ 

      เลนส์ความโน้มถ่วง(gravitational lensing) ขยายและบิดเบือนลักษณะปรากฏของกาแลคซีที่อยู่ห่างไกล ดังนั้น พวกมันจึงดูแตกต่างจากกาแลคซีที่พื้นหน้าอย่างมาก เลนส์กระจุกกาแลคซีนั้นมีมวลสูงมากจนมันบิดห้วงกาลอวกาศรุนแรงมากพอที่แสงจากกาแลคซีที่ห่างไกลที่ผ่านทะลุอวกาศที่บิดเบี้ยว ก็ยังลักษณะปรากฏบิดเบี้ยวไปด้วย

     พลังจากการขยายแสงยังช่วยให้ทีมได้ศึกษาแหล่งแสงที่ห่างไกลมากเลย Abell 2744 เผยให้เห็นกาแลคซีสลัวอย่างสุดขั้ว 8 แห่งที่ไม่ควรจะมองเห็นได้ แม้กระทั่งด้วยเวบบ์ ทีมพบว่ากาแลคซีสลัวมากเหล่านี้เป็นผู้ผลิตรังสีที่ทำให้อะตอมแตกตัวเป็นไอออนที่สำคัญมาก สร้างแสงในระดับที่มากกว่าที่เราเคยสันนิษฐานไว้ถึง 4 เท่า ก่อนหน้านี้เราเคยคิดว่าจะมีโฟตอนราว 20% จากโฟตอนไอออนไนซ์ทั้งหมดที่สามารถหนีออกจากแคระเหล่านี้ได้ถ้าพวกมันเป็นแหล่งรังสีหลักสำหรับการรีไอออนไนซ์ แต่ข้อมูลใหม่บอกว่าแม้จะหลุดมาแค่ 5% ก็เพียงพอ นี่หมายความว่าเรามั่นใจได้ว่าโฟตอนเกือบทั้งหมดที่ทำให้เอกภพรีไอออนไนซ์ ก็น่าจะมาจากกาแลคซีแคระเหล่านี้

     การค้นพบนี้เผยให้เห็นบทบาทที่สำคัญอย่างยิ่งของกาแลคซีที่สลัวมาก ในวิวัฒนาการของเอกภพยุคต้น Iryna Chemerynska สมาชิกทีมจากสถาบันดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งปารีส ฝรั่งเศส กล่าว พวกมันผลิตโฟตอนไอออนไนซ์ที่เปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นกลาง ให้กลายเป็นพลาสมาในระหว่างยุครีไอออนไนซ์ มันเน้นให้เห็นถึงความสำคัญในการเข้าใจกาแลคซีมวลต่ำในการส่งผลต่อความเป็นมาของเอกภพ

ภาพห้วงลึกมากโดยกล้องเวบบ์ พร้อมทั้งแหล่งแสงบางส่วนที่นักวิจัยจำแนกว่าเป็นผู้ขับดันกระบวนการรีไอออนไนซ์เอกภพ

     ประภาคารจิ๋วในเอกภพเหล่านี้โดยรวมแล้วเปล่งพลังงานมากเกินพอกว่างานที่ได้รับ Hakim Atek ผู้นำทีม จากสถาบันดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งปารีส มหาวิทยาลัยซอร์บอนน์ ฝรั่งเศส และผู้เขียนนำรายงาน กล่าวเสริม แม้ว่าพวกมันจะมีขนาดเล็กจิ๋ว แต่กาแลคซีมวลต่ำเหล่านี้ก็เป็นผู้ผลิตรังสีทรงพลังอย่างล้นเหลือ และปริมาณแสงในช่วงเวลาดังกล่าวก็สำคัญมากจนอิทธิพลรวมๆ ของพวกมัน สามารถพลิกผันสถานะของเอกภพได้โดยสิ้นเชิง

     กว่าจะมาถึงข้อสรุปนี้ ทีมเริ่มด้วยการรวมข้อมูลภาพถ่ายเวบบ์ห้วงลึกมาก กับภาพของ Abell 2744 จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล เพื่อที่จะรวบรวมว่าที่กาแลคซีที่สลัวสุดขั้ว ในยุคของการรีไอออนไนซ์ออกมา จากนั้นก็สำรวจติดตามผลด้วยการเก็บสเปคตรัมด้วย NIRSpec(Near-Infrared Spectrograph) ซึ่งมีมัลติชัตเตอร์เพื่อตรวจสอบพหุวัตถุได้ นี่เป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจสอบความหนาแน่นจำนวนของกาแลคซีสลัวเหล่านี้ด้วย และประสบความสำเร็จในการยืนยันว่าพวกมันเป็นประชากรที่มีอยู่ดาษดื่นที่สุดในยุคแห่งการรีไอออนไนซ์ โดยมีแคระอยู่มากกว่ากาแลคซีขนาดใหญ่ราว 100 เท่า  

     นี่ยังเป็นครั้งแรกที่มีการตรวจสอบพลังการรีไอออนไนซ์ของกาแลคซีเหล่านี้ด้วย ซึ่งช่วยให้นักดาราศาสตร์ตรวจสอบว่าพวกมันกำลังผลิตรังสีทรงพลังเพียงพอที่จะทำให้เอกภพยุคต้นแตกตัวเป็นไอออนได้ ความไวที่เหลือเชื่อของ NIRSpec รวมกับผลการขยายแสงจากแรงโน้มถ่วงของ Abell 2744 ช่วยให้เราจำแนกและศึกษากาแลคซีจากช่วงหนึ่งพันล้านปีแรกของเอกภพในรายละเอียดได้ แม้ว่าพวกมันจะสลัวกว่าทางช้างเผือกของเราร้อยกว่าเท่า Atek กล่าวต่อ

กระจุกกาแลคซี “กระจุกของแพนโดรา” หรือ Abell 2744 ในภาพที่ถ่ายโดยกล้องเวบบ์นี้ มีกาแลคซีที่พื้นหลัง 8 แห่งที่มาจากเอกภพช่วงต้นๆ

     ในโครงการสำรวจของเวบบ์ที่กำลังจะเกิดขึ้น ที่เรียกว่า GLIMPSE นักวิทยาศาสตร์จะทำการสำรวจท้องฟ้าห้วงลึกที่สุดเท่าที่จะทำได้ โดยการเล็งไปที่กระจุกกาแลคซีอีกแห่งที่เรียกว่า Abell S1063 ซึ่งอาจจำแนกกาแลคซีที่สลัวกว่านี้ในยุครีไอออนไนซ์ได้อีก เพื่อที่จะระบุให้แน่ชัดว่าประชากรแบบนี้เป็นประชากรหลักในยุคดังกล่าวจริง

     เมื่อผลสรุปใหม่เหล่านี้มีพื้นฐานจากการสำรวจที่ทำกับพื้นที่สำรวจแห่งเดียว ทีมบอกว่าคุณสมบัติไอออนไนซ์ของกาแลคซีสลัวก็อาจแตกต่างออกไปถ้าพวกมันอยู่ในพื้นที่ที่มีความแออัดสูงกว่าปกติ การสำรวจเพิ่มเติมในพื้นที่แห่งอื่นจึงน่าจะให้แง่มุมเพื่อปรับปรุงข้อสรุปเหล่านี้ได้ โครงการ GLIMPSE จะช่วยนักดาราศาสตร์ตรวจสอบช่วงเวลาที่เรียกว่า อรุณรุ่งแห่งเอกภพ(cosmic dawn) เมื่อเอกภพมีอายุเพียงไม่กี่ล้านปีเท่านั้น เพื่อพัฒนาความเข้าใจของเราเกี่ยวกับการอุบัติขึ้นของกาแลคซีแห่งแรกๆ สุด การค้นพบเผยแพร่ใน Nature

แหล่งข่าว esa_webb.org : Webb finds dwarf galaxies reionised the universe
                sciencealert.com : we finally know what turned the lights on at the dawn of time
                skyandtelescope.com : Webb telescope finds dwarf galaxies lit up the early universe
                phys.org : what ended the “dark ages” in the early universe? New Webb data just brought us closer to solving the mystery