กาแลคซียุคต้นอาจจะไม่ได้ใหญ่กว่าที่คิดไว้แต่มีจำนวนมากกว่าที่เคยคิด
เมื่อนักดาราศาสตร์ได้แง้มหน้าต่างสู่กาแลคซีในเอกภพยุคต้นจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ พวกเขาเคยคาดว่าจะพบกาแลคซีตัวเล็กจ้อย แต่พวกเขากลับได้พบสิ่งที่ดูเหมือนนักเพาะกายตัวล่ำ กาแลคซีบางส่วนยังดูใหญ่โตมากอย่างรวดเร็วมากจนกระทั่งแบบจำลองเสมือนจริงก็ให้คำตอบไม่ได้
นักวิจัยบางส่วนบอกว่านี่หมายถึงว่าอาจมีบางสิ่งที่ผิดพลาดกับทฤษฎีที่อธิบายว่า เอกภพมีองค์ประกอบอย่างไร และมันพัฒนาไปอย่างไรตั้งแต่บิ๊กแบงเป็นต้นมา ซึ่งเรียกกันว่า แบบจำลองเอกภพวิทยามาตรฐาน
แต่จากการศึกษาใหม่ที่เผยแพร่ใน Astrophysical Journal ซึ่งนำโดย Katherine Chworowsky นักศึกษาปริญญาโทที่มหาวิทยาลัยเทกซัส ออสติน บอกว่ากาแลคซียุคต้นเหล่านี้บางส่วน แท้ที่จริงแล้วมีขนาดเล็กกว่าที่ปรากฏ เนื่องจากหลุมดำในกาแลคซีเหล่านี้บางส่วนทำให้พวกมันดูสว่างกว่าและใหญ่กว่าที่เป็นจริง เราก็ยังได้เห็นกาแลคซีมากกว่าที่เคยทำนายไว้ แม้ว่าจะไม่มีแห่งไหนเลยที่มีขนาดใหญ่เกินจนแหกทฤษฎี เธอกล่าว
หลักฐานนี้มาจากโครงการสำรวจ CEERS(Cosmic Evolution Early Release Science) โดยเวบบ์ ซึ่งนำโดย Steve Finkelstein ศาสตราจารย์สาขาดาราศาสตร์ ที่เทกซัส ออสติน และผู้เขียนร่วมการศึกษา จากการศึกษาล่าสุด กาแลคซีที่ดูเหมือนจะมีขนาดใหญ่เกินไป อาจเป็นเพราะมีหลุมดำที่กลืนกินก๊าซอย่างตะกละตะกลามอยู่ แรงเสียดทานในก๊าซที่มีความเร็วสูงจะเปล่งความร้อนและแสงออกมา ทำให้กาแลคซีดูสว่างกว่าที่ควรจะเป็นจากแสงของดาวไปอย่างมาก
แสงส่วนเกินนี้ทำให้มันดูเหมือนว่ากาแลคซีมีดาวอยู่มากมาย และมีขนาดใหญ่กว่าที่เราเคยประเมินไว้ก่อนหน้านี้
เมื่อนักวิทยาศาสตร์กำจัดสิ่งที่เรียกว่า จุดสีแดงขนาดเล็ก(little red dots) ในกาแลคซีเหล่านี้จากการวิเคราะห์ กาแลคซียุคต้นที่เหลืออยู่ก็ไม่ได้มีขนาดใหญ่เกินกว่าที่ทำนายไว้จากแบบจำลองมาตรฐาน ดังนั้นแล้ว ก็คือไมสร้างวิกฤติให้กับแบบจำลองเอกภพวิทยามาตรฐาน Finkelstein กล่าว ทุกๆ ครั้งที่คุณมีทฤษฎีที่ผงาดผ่านการทดสอบได้มายาวนาน คุณก็จะมีหลักฐานมากมายที่จะปล่อยออกไป แน่นอนว่านี่ก็ไม่ต่างกัน
แม้ว่าจะจัดการปัญหาใหญ่ได้ แต่ก็ยังมีเสี้ยนตำเหลืออยู่ นั้นคือ ข้อมูลจากเวบบ์ก็ยังมีกาแลคซีมวลสูงในเอกภพยุคต้นมากเป็น 2 เท่าของที่คาดไว้จากแบบจำลองมาตรฐาน เหตุผลที่เป็นไปได้อย่างหนึ่งอาจจะเป็นเพราะดาวก่อตัวในเอกภพยุคต้นได้เร็วกว่าที่เป็นในปัจจุบัน บางทีในเอกภพยุคต้น กาแลคซีอาจจะเปลี่ยนก๊าซเป็นดาวได้ดีกว่า Chworosky กล่าว
ส่วนเล็กๆ ในพื้นที่สำรวจ CEERS โดย NIRCam ของกล้องเวบบ์ซึ่งเต็มไปด้วยกาแลคซี แสงจากกาแลคซีบางแห่งก็เดินทางมามากกว่า 1.3 หมื่นล้านปีเพื่อมาถึงเวบบ์
การก่อตัวดาวเกิดขึ้นเมื่อก๊าซร้อนเย็นตัวลงมากพอที่จะเกาะกลุ่มกันด้วยแรงโน้มถ่วงและควบแน่นกลายเป็นดาว แต่เมื่อก๊าซหดตัวลง มันจะร้อนขึ้น สร้างแรงดันที่ผลักออกในพื้นที่ละแวกท้องถิ่นของเรา สมดุลของแรงดันที่ผลักออกมานี้ดูจะทำให้กระบวนการก่อตัวดาวช้ามากๆ แต่บางที เนื่องจากเอกภพยุคต้นนั้นหนาแน่นกว่าที่เป็นในปัจจุบัน จึงยากกว่าที่จะเป่าก๊าซให้กระจายในระหว่างที่ก่อตัวดาว ช่วยให้กระบวนการก่อตัวเกิดขึ้นได้เร็วกว่า
ในวาระเดียวกัน นักดาราศาสตร์ได้วิเคราะห์สเปคตรัมจาก “จุดแดงขนาดเล็ก” ที่เวบบ์ได้พบ โดยนักวิจัยจากทั้งทีม CEERS และทีมอื่นๆ ได้พบหลักฐานก๊าซไฮโดรเจนที่เคลื่อนที่เร็ว ซึ่งเป็นสัญญาณของดิสก์สะสมมวลสาร(accretion disk) ของหลุมดำ นี่สนับสนุนแนวคิดว่า อย่างน้อยแสงบางส่วนจากวัตถุสีแดงขนาดเล็กนั้น มาจากก๊าซที่หมุนวนไปรอบๆ หลุมดำ แทนที่จะเป็นแสงจากดาว ตอกย้ำข้อสรุปของทีมว่าบางทีดาวอาจจะไม่ได้มีมากอย่างที่เคยคิดไว้ในตอนแรก
อย่างไรก็ตาม การสำรวจวัตถุที่น่าสนใจเหล่านี้ต่อไป ก็น่าจะช่วยไขปริศนาว่ามีแสงจากดาวมากแค่ไหน เมื่อเทียบกับแสงจากก๊าซรอบๆ หลุมดำ และเป็นเรื่องปกติในทางวิทยาศาสตร์ ที่เมื่อคุณตอบคำถามหนึ่งได้ ก็จะมีคำถามใหม่โผล่มา แม้ว่านักวิจัยจะแสดงว่าแบบจำลองมาตรฐานอาจจะไม่ได้ล่มสลาย แต่ก็ยังต้องมีการปรับปรุงเกี่ยวกับการก่อตัวดาว
โดยรวมแล้ว ก็ยังคงมีเรื่องน่าสนใจ Chworosky กล่าว เมื่อยังไม่ได้เข้าใจทุกอย่างอย่างแจ่มแจ้ง นี่เป็นความสนุกของวิทยาศาสตร์ เพราะฉันคงเฉาแน่ถ้ารายงานฉบับเดียวก็แก้ปัญหาทุกอย่างได้ในตูมเดียว หรือไม่เหลือคำถามใดๆ ให้หาคำตอบอีก
สเปคตรัมของ JADES-GS-z14-0 จาก NIRSpec ภาพใหญ่แสดงสเปคตรัมในมิติเดียว ภาพล่างแสดงสเปคตรัมสองมิติจากอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณกวน(signal-to-noise ratio) เพื่อเน้นให้เห็นความเปรียบต่างอย่างชัดเจนที่จุดหักเห(break) ที่ราว 1.8 ไมโครเมตร
นอกจากนี้ การศึกษาข้อมูลและภาพจากกล้องเวบบ์โดยทีมนานาชาติก็พบว่าแสงจากกาแลคซีที่เก่าแก่ที่สุดแห่งหนึ่งที่เคยพบมานั้น เกิดจากการก่อตัวดาวอย่างรุนแรงเป็นระลอก ในรายงานที่เผยแพร่ใน Nature ทีมอธิบายว่าพวกเขายืนยันโดยใช้การตรวจสอบเรดชิพท์ว่าแสงจากกาแลคซี JADES-GS-z14.0 นั้นไม่ได้มาจากหลุมดำ แต่เกิดจากดาวอายุน้อยจำนวนมากที่ก่อตัวเพียงไม่กี่ร้อยล้านปีหลังจากบิ๊กแบงเท่านั้น
เป้าหมายหลักประการหนึ่งของปฏิบัติการกล้องเวบบ์ก็คือ ค้นหาและศึกษากาแลคซีที่เก่าแก่ที่สุดเท่าที่จะทำได้ ในความพยายามส่วนหนึ่ง ทีมวิจัยในโครงการ JADES(JWST Advanced Deep Extragalactic Survey) ได้ตรวจสอบกาแลคซี 2 แห่งที่พบและจำแนกก่อนหน้านี้ว่าเป็นเก่าแก่ที่สุดเท่าที่เคยพบ โดยเชื่อว่าปรากฏอยู่เมื่อเอกภพมีอายุเพียง 3 ร้อยล้านปีเท่านั้น
กาแลคซีทั้งสองคือ JADES-GS-z14-1 และ JADES-GS-z14-0 ถูกตรวจสอบโดยหลายทีม ซึ่งแต่ละทีมก็อยากจะเรียนรู้ว่าพวกมันปรากฏขึ้นได้อย่างไรในช่วงเวลาอันสั้นอย่างนั้น ในการศึกษาใหม่ นักวิจัยพบว่าเพราะเหตุใด JADES-GS-z14-0 จึงเปล่งแสงจำนวนมาก พวกเขาศึกษาข้อมูลสเปคตรัมในช่วงอินฟราเรดใกล้จากการสำรวจ 10 ชั่วโมงของกล้องเวบบ์ โดยตรวจสอบเรดชิพท์และสามารถยืนยันว่ากาแลคซีนี้ห่างไกลที่สุดเท่าที่เคยพบมา
ข้อมูลใหม่บอกว่ากาแลคซีในยุคต้นก่อตัวดาวด้วยอัตราที่สูงกว่าและเร็วกว่าที่เคยคาดไว้อย่างมาก ดังในภาพจากศิลปินนี้
ข้อมูลยังแสดงว่าแสงที่สว่างมากจากกาแลคซี ไม่ได้มาจากหลุมดำที่ใจกลาง แต่มาจากกลดของดาวอายุน้อยวงหนึ่งที่ล้อมรอบแกนกลาง การค้นพบนี้บอกว่าแสงถูกสร้างขึ้นผ่านการสร้างดาวใหม่ๆ จำนวนมาก ซึ่งคำนวณพบว่าก่อตัวขึ้นตั้งแต่เมื่อ 2 ร้อยล้านปีหลังจากบิ๊กแบงเท่านั้น กาแลคซีมีขนาดใหญ่จริงๆ แต่ที่น่าประหลาดใจก็คือ มันมีฝุ่นและออกซิเจนมากกว่าที่เคยคาดไว้ ซึ่งบอกว่ากาแลคซีนี้มีดาวเกิดขึ้นและตายลงแล้ว
แหล่งข่าว phys.org : early galaxies not as massive as initially thought, study finds
webbtelescope.org : Webb finds early galaxies weren’t too big for their britches after all
iflscience.com : JWST’s anomalously large early galaxies may just be acting big
phys.org : JWST imagery shows light from one of the earliest galaxies is due to continuing bursts from star formations
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
