เอกภพอุ่นขึ้นก่อนที่จะเรืองสว่าง
นักดาราศาสตร์ตามล่าหาหลักฐานของแสงจากดาวฤกษ์และกาแลคซีแห่งแรกๆ ได้พบว่าเอกภพนั้นอบอุ่น แทนที่จะเย็นเฉียบก่อนที่มันจะ “เรืองสว่าง” ขึ้นมา
ทีมจากศูนย์การวิจัยดาราศาสตร์วิทยุนานาชาติ(ICRAR) ที่นำโดยมหาวิทยาลัยเคอร์ติน กำลังสำรวจหาร่องรอยของ “ยุคแห่งการรีไอออนไนซ์”(Epoch of reionization) โดยใช้กล้องโทรทรรศน์เครือข่ายพื้นที่กว้างเมอร์ชิสัน(MWA) ในออสเตรเลียตะวันตก ดร Ridhima Nunhokee ผู้เขียนนำช่วงแรกจาก ICRAR กล่าวว่า งานวิจัยของเราทำเป็นสองช่วง ในงานช่วงแรก เราได้หลักฐานแรกของก๊าซที่ร้อนขึ้นอยู่ระหว่างกาแลคซีเมื่อเกือบ 8 ร้อยล้านปีหลังจากบิ๊กแบง
ยุคแห่งการรีไอออนไนซ์ เป็นช่วงเวลาต้นๆ ในความเป็นมาของเอกภพซึ่งถูกทำนายโดยทฤษฎี แต่ยังไม่เคยได้ตรวจพบโดยใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุเลย มันบอกถึงการสิ้นสุดของยุคมืดของเอกภพ(Cosmic dark ages) ราว 1 พันล้านปีหลังจากบิ๊กแบง เมื่อเอกภพยังอยู่ในวัยเยาว์ ก่อนที่ดาวและกาแลคซีจะก่อตัวขึ้น ไม่มีแหล่งแสงใดๆ อยู่เลย มีเพียงกลุ่มเมฆโมเลกุลไฮโดรเจนเป็นกลางที่ลอยอ้อยอิ่งอยู่ ค่อยๆ เกาะกลุ่มตลอดช่วงหลายแสนปี
ไทม์ไลน์ของเอกภพตั้งแต่บิ๊กแบงจนถึงปัจจุบัน
สุดท้าย ก้อนก๊าซยุบตัวกลายเป็นดาวฤกษ์รุ่นแรกสุดซึ่งเผาไหม้รุนแรงกว่าดาวในพบในปัจจุบัน ความรุนแรงเปล่งพลังงานที่ทำให้ไฮโดรเจนเป็นกลางแตกตัวเป็นไอออน(ionized) สร้างยุคของการรีไออนไนซ์ขึ้นมา เมื่อก๊าซเป็นไอออนจะเปลี่ยนสภาพจากขุ่นทึบกลายเป็นโปร่งแสง ยอมให้แสงเดินทางไปทั่วเอกภพได้ แต่ในทางตรงกันข้ามก็ยังหมายความว่ายากที่จะได้เห็นว่าเอกภพมีสภาพอย่างไรในระหว่างหรือก่อนยุครีไอออนไนซ์
นักดาราศาสตร์จึงถูกบังคับให้ต้องพึ่งพาการสำรวจสัญญาณวิทยุที่เรียกว่า เส้นไฮโดรเจน(hydrogen line) เป็นการเปล่งคลื่นที่ 21 เซนติเมตรซึ่งทำนายกันว่าจะวิ่งผ่านกลุ่มเมฆก๊าซได้ ซึ่งจะทำให้แสงช่วงตาเห็นซึ่งมีความยาวคลื่นน้อยกว่ากระเจิงออก นำพาข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับยุคมืด
Nunhokee อธิบายว่าเพื่อศึกษาช่วงเวลาต้นๆ ในเอกภพ นักดาราศาสตร์จะต้องแยกสัญญาณสลัวที่มาจากยุคแห่งการรีไอออนไนซ์, จำแนกและกำจัดแหล่งคลื่นวิทยุอื่นๆ ในเอกภพออกจากการสำรวจ นี่รวมถึงการเปล่งคลื่นจากดาวและกาแลคซีที่อยู่ใกล้ๆ, การรบกวนจากชั้นบรรยากาศโลก และแม้แต่สัญญาณรบกวนที่เกิดจากตัวกล้องเอง มีเพียงหลังจากลบสัญญาณพื้นหน้าเหล่านี้ออกไปเท่านั้นที่จะเป็นข้อมูลที่เผยให้เห็นสัญญาณจากยุคแห่งการรีไอออนไนซ์
จากงานวิจัยนี้ เราได้พัฒนาวิธีการเพื่อจัดการกับการปนเปื้อนที่พื้นหน้า และขจัดสัญญาณที่เราไม่ต้องการออกไป แต่ก็ช่วยให้เข้าใจกล้องโทรทรรศน์ของเราได้ดีขึ้นด้วย และก็ได้สัญญาณที่ชัดเจนออกมา เรายังสามารถรวมข้อมูล MWA ตลอดสิบปีเข้าด้วยกันได้เพื่อสำรวจท้องฟ้าได้มากกว่าที่เคยทำมา นี่เป็นอีกเหตุผลที่เราขยับเข้าใกล้การตรวจจับสัญญาณนี้ได้มากขึ้น
ทั้งคุณภาพและปริมาณของชุดข้อมูลใหม่นี้ทำให้การค้นพบเป็นไปได้ เอกภพที่เย็นเฉียบน่าจะสร้างสัญญาณที่น่าจะมองเห็นได้จากความสามารถอันเหลือเฟือของ MWA แต่การไม่พบสัญญาณนี้ก็ตัดตัวเลือกว่า “ดาวฤกษ์เย็น” ทำให้เอกภพรีไอออนไนซ์ออกไปได้ และหมายความว่าเอกภพจะต้องถูก “อุ่น” ขึ้นก่อนที่รีไอออนไนซ์จะเกิดขึ้น
ศ Cathryn Trott ซึ่งนำโครงการ Epoch of Reionization ที่ ICRAR เป็นผู้เขียนนำงานวิจัยส่วนที่สอง กล่าวว่า เมื่อเอกภพพัฒนาไป ก๊าซที่คั่นอยู่ระหว่างกาแลคซีจะขยายตัวและเย็นลง ดังนั้นเราจึงคาดว่ามันจะต้องเย็นจัดมากๆ การตรวจสอบของเราแสดงว่าอย่างน้อยมันก็อุ่นขึ้นในระดับหนึ่ง ไม่ได้มากอะไร แต่มันก็บอกเราว่ารีไอออนไนซ์แบบเย็นเฉียบนั้นตัดไปได้เลย นี่สิที่น่าสนใจ งานวิจัยบอกว่าการอุ่นขึ้นน่าจะผลักดันโดยพลังงานจากแหล่งรังสีเอกซ์ในยุคต้น จากหลุมดำยุคต้นและซากดาวที่กระจายอยู่ทั่วเอกภพ
MWA
บทเรียนนี้ได้จากการประมวลข้อมูลจะช่วยให้เกิดการเริ่มต้นแบบก้าวกระโดดในการสำรวจหายุคแห่งการรีไอออนไนซ์ด้วยกล้องโทรทรรรศน์ SKA ซึ่งขณะนี้กำลังก่อสร้างในออสเตรเลียตะวันตกและ นอร์ธเทิร์นเคป ของอาฟริกาใต้ เทคนิคที่มีอยู่ทั้งหมดเหล่านี้จะช่วยเราให้ค้นหาสิ่งที่หายไปได้ Numhokee กล่าว แน่นอนว่าสัญญาณที่ต้องการก็ฝังอยู่ในนั้น มันแค่ปรับปรุงข้อมูลของเราให้ดีขึ้น และการได้ข้อมูลที่เพิ่มมากขึ้น สะอาดขึ้น ก็จะบรรลุถึงสัญญาณได้
รายงานการวิจัยช่วงต้น "Limits on the 21cm power spectrum from MWA observations" และงานวิจัยช่วงที่สอง "Improved limits with the MWA using Gaussian information," เผยแพร่ใน The Astrophysical Journal
แหล่งข่าว phys.org : faint radio signals suggest early universe was heated, not cold, before it “lit up”
sciencealert.com : first stars appeared in a “pre-heated” universe, says surprising study
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
