ปริศนาแสงเรืองลึกลับจากเอกภพยุคต้น
เอกภพในยุคแรกเริ่มเป็นที่ที่มืด เต็มไปด้วยก๊าซไฮโดรเจนเป็นกลางที่ปิดกั้นแสง มีแต่เพียงเมื่อดาวฤกษ์ดวงแรกๆ เริ่มผลิตแสงและอาบไล้สภาพรอบข้างของพวกมันด้วยการแผ่รังสีอุลตราไวโอเลต จึงทำให้แสงเริ่มปรากฏขึ้น ซึ่งเรียกช่วงเวลานี้ว่า ยุคแห่งการรีไอออนไนซ์(Epoch of Reionization)
แต่ก่อนที่เอกภพจะสว่างไสวจนทั่ว กาแลคซีแห่งแรกๆ สุดซึ่งมีการก่อตัวดาวอย่างบ้าคลั่ง จะเป็นแหล่งของแสงชนิดพิเศษ เป็นการเปล่งแสงที่เรียกว่า ไลแมนอัลฟา(Lyman-alpha emission) อย่างไรก็ตาม ในยุคแห่งการรีไอออนไนซ์ เอกภพยุคต้นยังเต็มไปด้วยก๊าซเป็นกลางที่ทึบแสง และในห้วงอวกาศก็ยังเต็มไปด้วยก๊าซเป็นกลางมากกว่าที่เป็นในทุกวันนี้ ซึ่งควรจะดูดกลืนและกระเจิงการเปล่งไลแมนอัลฟานี้ไว้จนหมด แต่นักดาราศาสตร์ก็ยังคงพบไลแมนอัลฟาบางส่วนหลุดออกมาให้เห็น แล้วแหล่งเหล่านั้นมาจากไหน เป็นคำถามสำคัญที่ยังไม่มีคำตอบ
ตัวอย่างสเปคตรัมจากไฮโดรเจนเป็นกลาง ในรายละเอียดที่เรียกว่า ป่าไลแมนอัลฟา ภาพปก การเปล่งรังีอุลตราไวโอเลตจากกาแลคซีในเอกภพยุคต้นทำให้หมอกไฮโดรเจนเป็นกลาง แตกตัวเป็นไอออน ช่วยให้แสงเดินทางข้ามอวกาศได้
การเปล่งคลื่นไลแมนอัลฟา ปรากฏในช่วงอุลตราไวโอเลต และมาจากอะตอมไฮโดรเจนเมื่ออิเลคตรอนเปลี่ยนสถานะสู่สถานะพลังงานพิเศษ เส้นสเปคตรัมไลแมนอัลฟาเป็นส่วนหนึ่งของสิ่งที่นักดาราศาสตร์เรียกว่า ป่าไลแมนอัลฟา(Lyman-alpha forest) ป่าชนิดนี้เป็นชุดของเส้นดูดกลืนคลื่นที่ผุดขึ้นจากไฮโดรเจนในวัตถุทางดาราศาสตร์ที่อยู่ห่างไกล เมื่อแสงของพวกมันผ่านทะลุเมฆก๊าซที่มีเรดชิพท์แตกต่างกัน มันจะสร้างป่าของเส้นไลแมนอัลฟา ขึ้นมา ในเส้นทางอันเนิ่นนานเพื่อมาถึงโลก
การหาคำอธิบายให้กับการพบไลแมนอัลฟาในกาแลคซียุคต้นเหล่านี้ เป็นความท้าทายอย่างมากสำหรับการสำรวจ ผู้เขียนในการวิจัยใหม่ เขียนไว้ งานวิจัยเผยแพร่ใน Nature Astronomy และอาจจะพบคำตอบ ผู้เขียนนำคือ Callum Witten นักวิจัยที่สถาบันคัฟลี่เพื่อเอกภพวิทยา ที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ สหราชอาณาจักร
หนึ่งในเรื่องที่สร้างความงงงันที่การสำรวจก่อนหน้านี้ได้พบ ก็คือ การตรวจพบแสงจากอะตอมไฮโดรเจนในเอกภพยุคต้นๆ ซึ่งควรจะถูกปิดกั้นไว้ทั้งหมดโดยก๊าซไฮโดรเจนเป็นกลางที่ก่อตัวขึ้นหลังจากบิ๊กแบง Witten กล่าวในแถลงการณ์ มีสมมุติฐานมากมายที่ได้พยายามอธิบายการหลบหนีของการเปล่งคลื่นที่อธิบายไม่ได้นี้ไว้ แต่ขณะนี้ก็มีนักสืบคนใหม่คือ กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์
Lyman-alpha emitter(LAEs) EGSY8p7 ในพื้นที่การสำรวจ CEERS(ภาพบน) โดยกล้องอินฟราเรดใกล้ของเวบบ์ ภาพล่างซ้าย ขยายกาแลคซีไกลโพ้นแห่งนี้พร้อมกับเปิดตัวาแลคซีเพื่อนบ้านอีกสองแห่ง ซึ่งการสำรวจจากฮับเบิลพบเพียงกาแลคซีขนาดใหญ่เท่านั้น
กล้องเวบบ์ถูกสร้างขึ้นมาพร้อมกับความสามารถที่จะมองย้อนเวลาไปสู่ช่วงวันแรกๆ ของเอกภพได้ ซึ่งเป็นเป้าหมายหลักประการหนึ่งของปฏิบัติการนี้ ความสามารถของกล้องเวบบ์เพื่อตรวจจับโฟตอนที่ปล่อยออกจากดาวในกาแลคซีแห่งแรกๆ สุดในเอกภพ ได้เปิดหน้าต่างบานใหม่สู่เอกภพยุคต้น และกำลังนำเราไปสู่การตอบคำถามที่คงอยู่มานานหลายข้อ กล้องเวบบ์มีทั้งความไวและความละเอียดเชิงมุมที่จะตามรอยแสงย้อนไปถึงแหล่งที่มาของมันได้
ตรงนี้เองที่เราใช้ความได้เปรียบเทียบอันเป็นอัตลักษณ์ทั้งความละเอียดที่สูงและความไวที่สูงของกล้องอินฟราเรดใกล้ของเวบบ์ เพื่อแสดงว่ากาแลคซีทั้งหมดในกลุ่มตัวอย่างนักเปล่งไลแมนอัลฟา(Lyman-alpha emitter; LAEs) ทั้งหมดที่มีเรดชิพท์มากกว่า 7 ล้วนมีเพื่อนบ้านในระยะใกล้ นี่เป็นจุดที่สำคัญที่สร้างนัยยะอย่างมหาศาล
ภาพ LAE EGSY 8p68 จากเวบบ์เผยให้เห็นรายละเอียดมากกว่าการสำรวจก่อนหน้านี้โดยฮับเบิล พลังความไวของเวบบ์เผยให้เห็นกลุ่มก้อนกาแลคซีขนาดเล็กกว่าที่มืดกว่า รอบๆ กาแลคซีสว่างใน LAE EGSY 8p68 ที่ฮับเบิลมองไม่เห็น ในพื้นที่ที่มีความวุ่นวายและแออัด มีพื้นที่ก่อตัวดาวอย่างคึกคักจำนวนมาก
ภาพซูม EGSY8p7 แสดงกาแลคซีสามแห่ง ปรากฏเป็นก้อนสีเปรอะที่มีแกนกลางที่สว่างอย่างชัดเจน
ที่ที่ฮับเบิลได้เห็นว่าเป็นเพียงกาแลคซีขนาดใหญ่แห่งหนึ่ง แต่เวบบ์ได้เห็นกระจุกของกาแลคซีขนาดเล็กที่กำลังมีปฏิสัมพันธ์กัน และความสัมพันธ์นี้ก็ส่งผลอย่างใหญ่หลวงต่อความเข้าใจของเราเกี่ยวกับการเปล่งคลื่นไฮโดรเจนนี้จากกาแลคซีแห่งแรกๆ สุดบางส่วนในเอกภพ Sergio Martin-Alvarez ผู้เขียนร่วมการศึกษา จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด กล่าว
ผู้เขียนใช้แบบจำลองเสมือนจริงแสดงการควบรวมกาแลคซีเพื่อศึกษากระบวนการทางกายภาพที่อาจอธิบายผลนี้ ซึ่งได้สร้างภาพจากเวบบ์ขึ้นมาใหม่อีกครั้ง ซึ่งดูเหมือนกับภาพจริงจากเวบบ์ที่แสดงกาแลคซีที่กำลังมีปฏิสัมพันธ์กัน นักวิจัยใช้แบบจำลองเสมือนจริงการควบรวมและปฏิสัมพันธ์ของกาแลคซีที่เรียกว่า Azahar เพื่อทดสอบ
Azahar ได้แสดงว่าเมื่อมวลดาวที่สะสมและมีดาวก่อตัวในกาแลคซียุคต้นเหล่านี้ จะมีสองสิ่งเกิดขึ้น ดาวจะเปล่งไลแมนอัลฟาออกมา และพวกมันจะสร้างฟองและแขนงของไฮโดรเจนที่แตกตัวเป็นไอออน(ionized hydrogen) ในก้อนไฮโดรเจนเป็นกลางที่กั้นแสง ฟองและแขนงจะยอมให้ไลแมนอัลฟา หนีผ่านไปได้ งานวิจัยนี้ได้แสดงว่า มีการควบรวมกาแลคซีเกิดขึ้นเอกภพยุคต้นมากกว่าที่เราจะเห็นได้ ก่อนการมีกล้องเวบบ์
การควบรวมและปฏิสัมพันธ์เหล่านี้ และการก่อตัวดาวจำนวนมากที่ปฏิสัมพันธ์เหนี่ยวนำให้เกิด เป็นตัวการทั้งสร้างการเปล่งไลแมนอัลฟา และสร้างช่องทางให้การเปล่งคลื่นหลุดออกจากไฮโดรเจนเป็นกลางที่ทึบแสง ที่มีอยู่ทั่วเอกภพอายุน้อย พูดให้สั้นๆ คือ อัตราการควบรวมกาแลคซีในเอกภพอายุน้อยที่สูง เป็นตัวการที่สร้างการเปล่งไลแมนอัลฟา
แต่นักวิจัยก็ยังไม่หยุดแค่คำตอบนี้ พวกเขากำลังวางแผนที่จะทำการสำรวจกาแลคซีในช่วงต่างๆ ของการควบรวมเพื่อพัฒนาความเข้าใจว่าการเปล่งคลื่นจากไฮโดรเจนถูกผลักอกจากระบบที่กำลังเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ได้อย่างไร และสุดท้าย จะช่วยพัฒนาความเข้าใจเกี่ยวกับวิวัฒนาการกาแลคซีได้
แหล่งข่าว sciencealert.com : hidden source of mysterious glow in the early universe finally revealed
esawebb.org : Webb reveals that galaxy mergers are the solution to early universe mystery
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
