ความลับใน GN-z11: ร่องรอยดาวฤกษ์รุ่นแรกสุด และหลุมดำมีกิจกรรมที่ไกลที่สุด
เมื่อตรวจสอบลึกเข้าไปในห้วงอวกาศและเวลา ทีมนักวิจัยสองทีมที่ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ ได้ศึกษากาแลคซีที่มีกำลังสว่างเป็นพิเศษ GN-z11 ซึ่งปรากฏอยู่เมื่อเอกภพมีอายุเพียง 430 ล้านปี จากอายุ 13.7 พันล้านปีของเอกภพในปัจจุบัน
กล้องเวบบ์ซึ่งมีภารกิจในการเปลี่ยนความเข้าใจของเราที่มีต่อเอกภพยุคต้น กำลังตรวจสอบกาแลคซีในช่วงใกล้อรุณรุ่งแห่งเอกภพ หนึ่งในกาแลคซีเหล่านี้เป็นกาแลคซีทีเรืองสว่าง(luminous galaxy) เป็นพิเศษ GN-z11 ซึ่งปรากฏอยู่เมื่อเอกภพมีอายุเพียงเสี้ยวเล็กๆ ของอายุปัจจุบัน ซึ่งถูกพบครั้งแรกโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล มันเป็นหนึ่งในกาแลคซีที่ห่างไกลที่สุดและมีอายุน้อยที่สุดเท่าทึ่เคยสำรวจ และมันยังเป็นกาแลคซีแห่งหนึ่งที่มีความน่าพิศวงมากมาย ทำไมมันจึงสว่างเจิดจ้ามาก เวบบ์ดูเหมือนจะพบคำตอบแล้ว
ทีมที่ศึกษา GN-z11 ด้วยเวบบ์ได้พบหลักฐานที่ชัดเจนเป็นครั้งแรกว่า กาแลคซีแห่งนี้มีหลุมดำมวลมหาศาลที่กำลังสะสมมวลสารอย่างรวดเร็ว การค้นพบนี้ทำให้หลุมดำนี้เป็นหลุมดำมวลมหาศาลที่มีกิจกรรม(active supermassive black holes) ที่ห่างไกลที่สุดเท่าที่เคยพบมา
เราได้พบก๊าซที่หนาทึบอย่างสุดขั้วซึ่งโดยปกติจะพบในละแวกไม่ห่างจากหลุมดำมวลมหาศาลที่กำลังสะสมมวลสาร Roberto Maiolino ผู้นำทีมจากห้องทดลองคาเวนดิช และสถาบันเอกภพวิทยาคัฟลี ที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ สหราชอาณาจักร กล่าว มีหลักฐานอย่างชัดเจนที่แสดงว่า GN-z11 มีหลุมดำที่กำลังกลืนวัสดุสารอย่างตะกละ
GN-z11 ถูกพบในพื้นที่สำรวจที่ศึกษาโดยโครงการ GOODS ในกลุ่มดาวหมีใหญ่ ในภาพจาก NIRCam ทางล่างขวา เป็นภาพขยายเน้นกาแลคซี GN-z11 ซึ่งถูกพบเมื่อ 430 ล้านปีหลังจากบิ๊กแบง ภาพเผยให้เห็นองค์ประกอบที่แผ่ขยายออกมาโดยตามรอยย้อนกลับไปที่ GN-z11 และแหล่งในใจกลางที่มีสีสอดคล้องกับสีของดิสก์สะสมมวลสารรอบหลุมดำ
ก๊าซรอบๆ กาแลคซีเรืองสว่างจากรังสีของสิ่งที่อาจเป็นประชากรดาวกลุ่ม 3
ด้วยการใช้เวบบ์ ทีมยังพบข้อบ่งชี้ธาตุทางเคมีที่แตกต่างเป็นไอออน ที่โดยปกติจะสำรวจพบใกล้กับหลุมดำมวลมหาศาลที่สะสมมวลสาร นอกจากนี้ พวกเขายังพบว่ากาแลคซีกำลังผลักลมที่รุนแรงออกมา ด้วยลมความเร็วสูงลักษณะนี้มักจะถูกผลักดันโดยกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับหลุมดำมวลมหาศาลที่สะสมมวลอย่างเกรี้ยวกราด
NIRCam ของเวบบ์ได้เผยให้เห็นองค์ประกอบที่แผ่ขยายออกไป ตามรอยกลับมาได้ถึงกาแลคซีต้นสังกัด และแหล่งขนาดกะทัดรัดที่ใจกลางวัตถุที่สอดคล้องกับดิสก์สะสมมวลสารที่ล้อมรอบหลุมดำแห่งหนึ่ง Hannah Übler สมาชิกทีมซึ่งมาจากห้องทดลองคาเวนดิช และสถาบันคัฟลี่ เช่นกัน รวมๆ แล้วหลักฐานนี้ได้แสดงว่า GN-z11 มีหลุมดำมวลมหาศาลขนาด 2 ล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์ในสภาพที่มีกิจกรรมการกลืนกินวัสดุสารแบบหิวโซ ซึ่งเป็นเหตุผลที่ทำให้มันมีเรืองสว่างมาก
ทีมวิจัยที่สองที่ก็นำโดย Maiolino ได้ใช้ NIRSpec ของเวบบ์ เพื่อค้นหาก้อนก๊าซฮีเลียมในกลด(halo) รอบๆ GN-z11 ความจริงที่เรามองไม่เห็นอะไรอื่นอีกนอกจากฮีเลียม ได้บอกว่าก้อนก๊าซนี้จะต้องมีสภาพค่อนข้างดั้งเดิม Maiolino กล่าว นี่เป็นสิ่งทีทฤษฎีและแบบจำลองเสมือนจริงได้คาดไว้ในละแวกใกล้กับกาแลคซีมวลสูงเป็นพิเศษที่พบในยุคต้นๆ ดังกล่าว ว่า ควรจะมีก้อนก๊าซดั้งเดิมหลงเหลืออยู่ในกล และก้อนเหล่านี้ก็อาจจะยุบตัวก่อตัวเป็นกระจุกของดาวฤกษ์ที่เรียกว่าประชากรดาวกลุ่ม 3(Population III star)
Population I, Ii and III stars
การพบประชากรดาวกลุ่ม 3 ที่ไม่เคยเห็นมาก่อน ซึ่งเป็นประชากรดาวรุ่นแรกสุดที่ก่อตัวขึ้นจากธาตุไฮโดรเจนและฮีเลียมล้วนๆ เป็นหนึ่งในเป้าหมายที่สำคัญที่สุดในทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ยุคใหม่ ดาวเหล่านี้เป็นที่คาดว่าจะมีมวลสูงมาก, กำลังสว่างสูงมาก และร้อนจัดมาก สัญญาณที่คาดไว้ของพวกมัน ก็คือ การมีอยู่ของฮีเลียมไอออน(He II) และการขาดแคลนของธาตุเคมีที่หนักกว่าฮีเลียม
ก๊าซฮีเลียมแตกตัวเป็นไอออนอย่างรุนแรง โดยสิ่งที่กำลังสร้างรังสีอุลตราไวโอเลตอย่างมหาศาล บางที ฮีเลียมที่ได้พบอาจเป็นวัสดุสารที่หลงเหลืออยู่หลังจากกระจุกประชากรดาวรุ่น 3 ก่อตัวขึ้นมา ปริมาณของยูวีที่ต้องใช้เพื่อทำให้ฮีเลียมที่มีแตกตัวทั้งหมดมีมวลราว 6 แสนเท่าดวงอาทิตย์โดยรวม ซึ่งจะส่องสว่างโดยมีกำลังสว่างรวม 20 ล้านล้านเท่าของดวงอาทิตย์ นี่บอกว่า GN-z11 น่าจะก่อตัวดาวมวลสูงได้มากกว่ากาแลคซีในยุคปัจจุบัน ถ้าการแปลผลถูก GN-z11 อาจจะก่อตัวดาวที่หนักได้ถึงอย่างน้อย 500 เท่าดวงอาทิตย์
การก่อตัวของดาวและกาแลคซีแห่งแรกๆ สุด สร้างการเปลี่ยนแปลงรากฐานให้กับความเป็นมาของเอกภพ โดยเอกภพพัฒนาจากสภาพที่มืดและมีสถานะที่ค่อนข้างเรียบง่าย ไปเป็นสภาพแวดล้อมที่มีโครงสร้างสลับซับซ้อนอย่างที่เราพบเห็นทุกวันนี้ ในอนาคต การสำรวจด้วยเวบบ์ Maiolino, Übler และทีมของพวกเขาจะสำรวจ GN-z11 ให้ลึกมากขึ้น และหวังว่าจะหาหลักฐานว่ามี ประชากรดาวกลุ่ม 3 อาจจะกำลังก่อตัวในกลดของมัน ให้หนักแน่นมากขึ้น
สเปคตรัมของก้อนก๊าซฮีเลียมไอออนดั้งเดิมที่อาจเป็นหลักฐานของดาวฤกษ์รุ่นแรกสุด
งานวิจัยก้อนก๊าซดั้งเดิมในกลด GN-z11 จะเผยแพร่ใน Astronomy & Astrophysics ผลสรุปของการศึกษาหลุมดำของ GN-z11 เผยแพร่แล้วในวารสาร Nature วันที่ 17 มกราคม 2024 ข้อมูลที่ได้เป็นส่วนหนึ่งจากโครงการ JADES(JWST Advanced Deep Extragalactic Survey) ซึ่งเป็นโครงการร่วมระหว่างทีม NIRCam กับ NIRSpec
แหล่งข่าว webbtelescope.org : Webb unlock secrets of one of the most distant galaxies ever seen
iflscience.com : gas spotted by the JWST could be lit up by the first stars
space.com : the James Webb Space Telescope may have found some of the very first stars
scitechdaily.com – Webb’s historic discovery: the farthest active supermassive black hole ever found
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
