หมอกทึบในเอกภพยุคต้นหายไปเร็วกว่าที่คิดไว้
ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติที่ใช้กล้องเวบบ์ได้เปิดหน้าต่างบานใหม่สู่เหตุการณ์ที่สำคัญที่สุดในประวัติความเป็นมาช่วงต้นของเอกภพของเรา จากการสำรวจกาแลคซีเล็กจิ๋วที่ห่างไกลมากแห่งหนึ่งในรายละเอียด ทีมบอกว่า ยุคแห่งการแตกตัวเป็นไอออนอีกครั้ง เริ่มต้นเร็วกว่าที่เคยคิดไว้อย่างมาก เพียง 330 ล้านปีหลังจากบิ๊กแบงเท่านั้น
ผลสรุปนี้เป็นเรื่องที่คาดไม่ถึงอย่างสิ้นเชิงจากทฤษฎีการก่อตัวกาแลคซีในยุคต้น และทำให้นักดาราศาสตร์ต้องประหลาดใจ Roberto Maiolino สมาชิกทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ สหราชอาณาจักร กล่าวในแถลงการณ์
เพียง 380,000 ปีหลังจากการเริ่มต้นอย่างร้อนแรง เอกภพที่ขยายตัวก็เปลี่ยนเป็นกลุ่มหมอกมืดของไฮโดรเจนและฮีเลียมที่เป็นกลาง เข้าสู่สิ่งที่เรียกว่า ยุคมืด(Dark ages)
ไทม์ไลน์คร่าวๆ ของเอกภพ แต่จากการค้นพบใหม่โดยเวบบ์ บอกว่าช่วงอรุณรุ่งของเอกภพเกิดเร็วกว่าที่คิดไว้
มีเพียงหลังจากที่ดาวมวลสูงดวงแรกๆ และกาแลคซีที่กำลังเจริญเติบโตก่อตัวขึ้นมาในช่วงเวลาที่เรียกว่า อรุณรุ่งแห่งเอกภพ(cosmic dawn) ที่จะมีการแผ่รังสีพลังงานสูงที่เริ่มเปิดม่านหมอกอย่างช้าๆ ผ่านกระบวนการทำให้ก๊าซทึบแตกตัวเป็นไอออน(ionized) โดยดึงอิเลคตรอนออกจากอะตอม กลายเป็นพลาสมาอนุภาคมีประจุ ช่วงเวลานี้เรียกว่า ยุคแห่งการรีไอออนไนซ์(Epoch of reionization) หมายเหตุ ที่เรียกว่า รีไอออนไนซ์ก็เพราะสสารในเอกภพเมื่อกำเนิดขึ้นมาก็อยู่ในสภาพพลาสมาร้อนทันทีหลังจากบิ๊กแบง
ในยุคแห่งการรีไอออนไนซ์ แนวคิดบอกว่าฟองพลาสมาขนาดมหึมาเริ่มต้นก่อตัวขึ้นรอบๆ กาแลคซีอายุน้อย เมื่อเวลาผ่านไป ฟองเหล่านี้จะขยายใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ และเริ่มซ้อนทับกันจนกระทั่งก๊าซในห้วงอวกาศแตกตัวเป็นไอออนทั้งหมด เพื่อให้เข้าใจฟิสิกส์ของเอกภพยุคต้นให้ดีขึ้นเช่นเดียวกับกำเนิดและวิวัฒนาการของกาแลคซีแห่งแรกๆ นักเอกภพวิทยาต้องการจะทราบว่ากระบวนการนี้เริ่มเกิดขึ้นที่ใดและเร็วแค่ไหน
ในรายงานที่เผยแพร่ใน Nature นักดาราศาสตร์ใช้เวบบ์สำรวจกาแลคซีขนาดเล็กมากแห่งหนึ่ง ซึ่งอยู่ห่างไกลมาก ในตอนแรกนักวิจัยใช้ความสว่างของกาแลคซีในฟิลเตอร์อินฟราเรดที่แตกต่างกันเพื่อประเมินระยะทาง NIRCam ให้เรดชิพท์ที่ 12.9 เพื่อยืนยันระยะทางที่ไกล ทีมจึงใช้ NIRSpec ซึ่งได้เรดชิพท์ที่ 13 เทียบเท่ากับว่าแสงของมันเปล่งออกมาเมื่อเอกภพมีอายุเพียง 330 ล้านปีเท่านั้น
JADES-GS-z13-1-LA ปรากฏเป็นจุดสีแดงจิ๋วแม้แต่ภายใต้สายตาที่คมกริบของเวบบ์
กระทั่งด้วยเวบบ์ มันก็ปรากฏเป็นจุดเล็กๆ Joris Witstok ผู้นำการศึกษา จากสถาบันนีล บอห์ร ที่เดนมาร์ก กล่าว แหล่งที่เป็นจุดบ่งชี้ว่ามันมีขนาดใหญ่ไม่เกิน 70 พาร์เซค หรือ 230 ปีแสง แต่กาแลคซี JADES-GS-z13-1-LA นี้ ก็แผ่รังสีพลังงานสูงมากๆ จนอะตอมไฮโดรเจนมากมายในก๊าซในอวกาศท้องถิ่นเริ่มแตกตัวเป็นไอออน ปรากฏเป็นหลักฐานให้เห็นในการตรวจสอบสเปคตรัมจากเวบบ์
ด้วยการใช้ NIRSpec ของเวบบ์รวม 19 ชั่วโมง ทีมได้สำรวจการเปล่งคลื่นไลมันอัลฟา(Lyman Alpha emission) แสงนี้เดิมทีเปล่งในช่วงความยาวคลื่นอุลตราไวโอเลตที่ 121.5 นาโนเมตร แต่เนื่องจากการเดินทาง 13.5 พันล้านปีผ่านห้วงอวกาศที่ขยายตัวเมื่อมาถึงโลก คลื่นแสงนี้จึงยืดยาวจนอยู่ในช่วงความยาวคลื่นอินฟราเรดใกล้ที่ 1.7 ไมครอน
การเปล่งคลื่นไลมันอัลฟาเกิดเมื่อนิวเคลียสไฮโดรเจนและอิเลคตรอนกลับมารวมตัว(recombination) กันเป็นอะตอมเป็นกลาง ซึ่งมักจะปรากฏในสภาพแวดล้อมที่มีก๊าซค่อนข้างหนาแน่นรอบกาแลคซี แต่สำหรับการรวมกลับนี้ ก๊าซต้องอยู่ในสภาพเป็นไอออนก่อน ดังนั้น การตรวจสอบไลมันอัลฟาที่รุนแรง ชี้ไปถึงการมีอยู่ของการแผ่รังสีจากไอออนที่มีพลังงานสูง การสำรวจจากเวบบ์ยังไม่เคยได้พบข้อสรุปว่าอะไรที่สร้างการแผ่รังสีนี้
JADES-GS-z13-1-LA
ดาวมวลสูงมากที่ร้อนแรงก็สร้างยูวีที่รุนแรงได้ แต่หลุมดำที่กลืนกินก๊าซในแกนกลางกาแลคซีขนาดจิ๋วก็สร้างยูวีได้ด้วย ในกรณีของดาวฤกษ์ น่าจะต้องมีมวลที่สูงกว่าที่แบบจำลองดาวปัจจุบันจะรับมือได้ Wistok บอก ฟองขนาดใหญ่รอบกาแลคซีนี้อาจจะสร้างโดยประชากรดาวกลุ่มที่แปลกพิสดาร โดยมีมวลสูงกว่า(100 ถึง 300 เท่ามวลดวงอาทิตย์), ร้อนแรงกว่า และมีกำลังสว่างสูงกว่าดาวที่ก่อตัวในยุคหลัง และบางทีอาจเป็นตัวแทนของประชากรดาวรุ่นแรกสุด(Population III star; ดาวฤกษ์รุ่นแรกสุดซึ่งมีไฮโดรเจนและฮีเลียมเท่านั้น)
ในกรณีของนิวเคลียสกัมมันต์(active nucleus) มันก็น่าจะเป็นหลุมดำมวลมหาศาล(supermassive black holes) ที่สะสมมวลสารแห่งแรกๆ สุดเท่าที่เคยพบ
แม้ว่าจะยังไม่ทราบแหล่งของการแผ่รังสีนี้ แต่ความจริงที่ว่าพบเห็นไลมันอัลฟาในตลอดในสเปคตรัมของ JADES-GS-z13-1-LA ก็บอกว่ายุคแห่งการรีไอออนไนซ์ ได้เริ่มต้นไปแล้วเมื่อเอกภพมีอายุ 330 ล้านปี ถ้าไม่มีฟองพลาสมาก๊าซรอบกาแลคซีแห่งนี้ โฟตอนไลมันอัลฟาก็น่าจะถูกดูดกลืนอีกครั้งโดยก๊าซเป็นกลางที่คั่นอยู่ ผู้เขียนประเมินว่าฟองจะต้องมีรัศมีอย่างน้อย 650,000 ปีแสง
การเปล่งคลื่นไลมันอัลฟาซึ่งโดยปกติเป็นการเปล่งคลื่นอุลตราไวโอเลตจาากดาวที่ร้อนและอายุน้อย แต่ไลมันอัลฟาของ JADES-GS-z13-1-LA ขยับมาถึงช่วงความยาวคลื่นอินฟราเรดใกล้ อันเนื่องจากการขยายตัวของเอกภพ ตรวจสอบเรดชิพท์ได้ที่ 13.05
Michele Trenti จากมหาวิทยาลัยเมลเบิร์น บอกว่าการสำรวจใหม่นั้นทั้งน่าประหลาดใขและน่าตื่นเต้นมาก จนกระทั่งบัดนี้ นักเอกภพวิทยาเกือบทุกคนก็เชื่อว่าการเริ่มต้นยุคแห่งการรีไอออนไนซ์ เกิดขึ้นช้ากว่านั้นมาก คือระหว่าง 500 ถึง 700 ล้านปีหลังบิ๊กแบง ผลสรุปใหม่บอกว่ากาแลคซีที่ก่อตัวขึ้นตั้งแต่ช่วงเริ่มแรกนั้นมีประสิทธิภาพในการทำให้เอกภพร้อนอีกครั้งมากกว่าที่เคยคิดไว้
Kevin Hainline สมาชิกทีมจากมหาวิทยาลัยอริโซนาก็เห็นด้วย ในการแถลงการณ์คู่เคียงกับรายงาน Nature เขากล่าวว่า จริงๆ แล้วเราไม่ควรจะพบกาแลคซีอย่างนี้ จากความเข้าใจของเราว่าเอกภพพัฒนาตัวอย่างไร เราอาจจะคิดว่าเอกภพยุคต้นนั้นปกคลุมไปด้วยหมอกทึบซึ่งน่าจะทำให้มันยากอย่างยิ่งที่จะได้พบประภาคารที่เจิดจ้าโผล่ออกมา แต่นี่เราได้เห็นลำแสงจากกาแลคซีนี้เจาะทะลุม่านหมอกออกไป เส้นการเปล่งคลื่นนี้มีนัยสำคัญอย่างยิ่งว่าเอกภพรีไอออนไนซ์อย่างไรและเมื่อใด
แน่นอนว่านี่ไม่ใช่ครั้งแรกที่กล้องเวบบ์เผยให้เห็นสิ่งใหม่ๆ ที่น่าประหลาดใจเกี่ยวกับเอกภพในช่วงเริ่มต้นมากๆ ในรายงานความเห็นหัวข้อนี้ใน Nature Trenti บอกว่าการตรวจพบไลมันอัลฟาได้ให้หลักฐานอีกชิ้นในปริศนา ย้ำความรู้สึกว่านักดาราศาสตร์กำลังพลาดส่วนสำคัญอย่างน้อยหนึ่งอย่างในการเข้าใจว่าก๊าซถูกเปลี่ยนเป็นดาวได้อย่างไร ในช่วงแรกสุด หรือมันสะสมตัวกลายเป็นเมล็ดพันธุ์ให้กับหลุมดำมวลมหาศาลในเวลาต่อมา ได้อย่างไร
ในขณะเดียวกัน Wistok และทีมก็ยังคงกลั่นกรองข้อมูลจากเวบบ์เพื่อหากาแลคซีที่เปล่งไลมันอัลฟาที่ห่างไกลออกไปมากขึ้น นี่จะเหมือนกับการงมเข็มในมหาสมุทร เขากล่าว แต่เราก็คาดว่าจะได้พบแห่งอื่นๆ ภายในอนาคตไม่กี่ปีข้างหน้า
แหล่งข่าว skyandtelescope.com : cosmic fog lifted earlier than expected
phys.org : Webb telescope sees galaxy in mysteriously clearing fog of early universe
sciencealert.com : galaxy caught turning on lights at cosmic dawn, stunning astronomers
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
