“เจมส์ เว็บบ์” พบหนึ่งในดาวฤกษ์โบราณเก่าแก่ที่สุดในจักรวาล

กล้องโทรทรรศน์อวกาศ เจมส์ เว็บบ์ (JWST) พบหลักฐานการมีอยู่ของดาวฤกษ์รุ่นแรก ที่อาจจะมีอายุเก่าแก่ที่สุดในทั่วทั้งจักรวาล ตั้งอยู่ในกาแล็กซี “GN-z11” หนึ่งในกาแล็กซีที่อยู่ห่างไกลจากเราที่สุดเท่าที่มนุษย์รู้จัก

กาแล็กซี GN-z11 ถูกค้นพบโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลตั้งแต่ปี 2015 และก่อนที่จะมีการเปิดตัวกล้องโทรทรรศน์อวกาศ เจมส์ เว็บบ์ มันถือเป็นกาแล็กซีที่อยู่ไกลที่สุดเท่าที่รู้จัก

37 ปีเพิ่งรู้คำตอบ! ว่าอะไรซ่อนอยู่ในใจกลางซูเปอร์โนวา 1987A

NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Marcia Rieke (University of Arizona), Daniel Eisenstein (CfA)

ถ้าถามว่ารู้ได้อย่างไร ต้องพาทุกคนไปรู้จักกับสิ่งที่เรียกว่า “เรดชิฟต์” (Red Shift) กันก่อน

เรดชิฟต์ หรือการเลื่อนไปทางแดง คือหลักการที่นักฟิสิกส์และนักดาราศาสตร์ใช้ในการดูว่า วัตถุที่มีแสงในตัวใดบ้างในอวกาศที่กำลังเคลื่อนห่างออกไปจากโลก เช่น ดาวฤกษ์

โดยแสงที่ดาวฤกษ์ปล่อยออกมานั้น ก็เหมือนกับแสงทั่วไป คือสามารถแยกออกเป็น “สเปกตรัม” (Spectrum) หรือสีย่อย ๆ หลากสีได้ ซึ่งแต่ละสีก็จะมี ”ความยาวคลื่น” ที่แตกต่างกัน โดยสีแดงจะมีความยาวคลื่นมากที่สุด

ดังนั้น เมื่อวัตถุที่มีแสงหรือดาวฤกษ์เคลื่อนที่ห่างออกไปจากโลก แสงที่เรามองเห็นก็จะใช้ระยะทางมากขึ้นในการเดินทาง เท่ากับแสงมีความยาวคลื่นที่เพิ่มขึ้น และเราจะเห็นวัตถุนั้นเป็นสีแดงขึ้นเรื่อย ๆ

สรุปรวบรัดให้เข้าใจง่าย ๆ คือ ยิ่งวัตถุอยู่ไกล เราจะยิ่งเห็นมันเป็นสีแดง

และนักดาราศาสตร์ก็ได้กำหนดค่าที่เป็นตัวเลขของเรดชิฟต์ขึ้นมา เรียกว่า “ค่า z” เพื่อใช้ระบุว่าวัตถุนั้น ๆ อยู่ห่างจากเราออกไปเท่าไร และใช้เวลาเท่าไรในการที่แสงของวัตถุนั้นจะเดินทางมาถึงโลก

หากแสงใช้เวลา 1 ล้านปีเพื่อเดินทางมายังโลก ค่า z จะอยู่ที่ 0.0000715 หรือหากค่า z อยู่ที่ 1 แสงจะใช้เวลาเดินทางมา 7.731 พันล้านปี และถ้าอยู่ที่ 10 คือแปลว่าวัตถุนั้นใช้เวลา 1.3184 หมื่นล้านปีในการส่องแสงมายังโลก

และกาแล็กซี GN-z11 ที่เรากำลังพูดถึงอยู่นี้ มีค่า z อยู่ที่ 10.6!

นั่นหมายความว่า กาแล็กซีดังกล่าวใช้เวลามากกว่า 1.3184 หมื่นล้านปีในการเปลางแสงมาถึงโลก ดังนั้นจึงเท่ากับว่า อายุของมันก็มากกว่า 1.3184 หมื่นล้านปีเช่นกัน โดยตัวเลขอายุเกือบเป๊ะ ๆ ของมันคือประมาณ 1.337 หมื่นล้านปี

ในขณะเดียวกัน ทฤษฎีการกำเนิดจักรวาลที่เชื่อถือกันในปัจจุบันคือ ทฟษฎีบิ๊กแบง (Big Bang) หรือการระเบิดครั้งใหญ่ ซึ่งประเมินว่าเกิดขึ้นเมื่อ 1.38 หมื่นล้านปีก่อน เท่ากับว่าจักรรวาลของเรามีอายุมาแล้ว 1.38 พันล้าน

เมื่อหักลบกันแล้ว จึงคำนวณได้ว่า กาแล็กซี GN-z11 ถือกำเนิดมาตั้งแต่ช่วง 430 ปีแรกหลังบิ๊กแบง หรือก็คือเป็นหนึ่งในกาแล็กซีโบราณที่มีอายุมากที่สุดในจักรวาลนั่นเอง

เมื่อทุกคนเข้าใจแล้วว่า ทำไมเราถึงรู้อายุความเก่าแก่ของมัน เราก็ไปดูกันต่อว่า กล้อง เจมส์ เว็บบ์ ค้นพบหลักฐานอะไร

ทีมนักดาราศาสตร์ที่นำโดย โรเบอร์โต ไมโอลิโน จากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ได้ตรวจสอบ GN-z11 ด้วยกล้องอินฟราเรด 2 ตัวของเว็บบ์ ได้แก่ กล้องอินฟราเรดใกล้ (NIRCam) และสเปกโตรมิเตอร์อินฟราเรดใกล้ (NIRSpec)

นักวิจัยค้นพบหลักฐานเกี่ยวกับดาวฤกษ์รุ่นแรกของจักรวาลที่เรียกว่า “ดาวประชากร 3” (Population III) รวมถึงหลุมดำมวลมหาศาลที่กลืนกินสสารจำนวนมหาศาลและเติบโตในอัตราเร่งอันมหาศาล

นักวิทยาศาสตร์สามารถคำนวณอายุของดาวฤกษ์ในกาแล็กซี GN-z11 ได้ โดยพิจารณาจากธาตุหนักที่มีอยู่มากมายของมัน ซึ่งจะถูกสร้างขึ้นโดยดาวฤกษ์รุ่นก่อน ๆ ที่เกิดและตายไป และพ่นธาตุหนักเหล่านั้นออกสู่อวกาศ ซึ่งท้ายที่สุดแล้วพวกมันจะถูกรีไซเคิลแหล่งก่อเกิดดาวฤกษ์เพื่อก่อตัวเป็นดาวฤกษ์ดวงใหม่

ในการจำแนกปรระเภท ดาวฤกษ์อายุน้อยที่ก่อตัวในช่วง 5-6 พันล้านปีที่ผ่านมาเรียกว่าดาวประชากร 1 และมีธาตุหนักมากที่สุด ดวงอาทิตย์ของเราเป็นดาวประชากร 1 ส่วนดาวฤกษ์ที่มีอายุมากกว่า และมีองค์ประกอบธาตุหนักน้อยกว่า จะเป็นดาวประชากร 2 เหล่านี้

ส่วนดาวประชากร 3 นั้น คาดว่าเป็นดาวฤกษ์ที่ก่อตัวตั้งแต่ช่วงแรกของจักรวาล และเนื่องจากไม่มีดาวดวงอื่นเกิดขึ้นมาก่อน พวกมันจึงไม่มีธาตุหนักและถูกสร้างขึ้นจากไฮโดรเจนและฮีเลียมบริสุทธิ์ที่หล่อขึ้นในช่วงบิ๊กแบง เชื่อกันว่าดาวดวงแรก ๆ เหล่านี้มีความสว่างมาก โดยมีมวลเท่ากับดวงอาทิตย์รวมกันอย่างน้อยหลายร้อยดวง

ทีมของไมโอลิโนตรวจพบหลักฐานในกาแล็กซี GN-z11 โดย NIRSpec สังเกตเห็นกลุ่มฮีเลียมที่แตกตัวเป็นไอออนใกล้กับขอบของ GN-z11

“ความจริงที่ว่าเราไม่เห็นสิ่งอื่นใดนอกจากฮีเลียม บ่งบอกว่ากาแล็กซีนี้ต้องค่อนข้างบริสุทธิ์ ... นี่คือสิ่งที่เราคาดหวังว่าจะเกิดขึ้นตามทฤษฎีและการจำลองของกาแล็กซีมวลมากจากยุคโบราณเหล่านี้ ว่าน่าจะมีกลุ่มก๊าซบริสุทธิ์ที่ยังเหลืออยู่ และสิ่งเหล่านี้อาจพังทลายและก่อตัวเป็นดาวประชากร 3” ไมโอลิโนกล่าว

ก๊าซฮีเลียมนี้กำลังแตกตัวเป็นไอออนจากอะไรบางอย่างที่ผลิตแสงอัลตราไวโอเลตจำนวนมหาศาล นั่นก็คือดาวประชากร 3 และเป็นไปได้ว่า ฮีเลียมที่เห็นอาจเป็นวัสดุที่เหลือจากการก่อตัวของดาวฤกษ์เหล่านั้น

ทีมวิจัยประเมินว่า ปริมาณแสงอัลตราไวโอเลตที่จำเป็นในการทำให้ก๊าซทั้งหมดแตกตัวเป็นไอออน จะต้องใช้มวลดาวฤกษ์ทั้งหมดประมาณ 600,000 ดวง และต้องส่องสว่างกว่าดวงอาทิตย์ของเราถึง 20 ล้านล้านเท่า

ตัวเลขเหล่านี้บ่งชี้ว่า กาแล็กซีที่อยู่ไกลออกไป เช่น GN-z11 น่าจะมีการก่อตัวของดาวฤกษ์มวลมหาศาลมากกว่ากาแล็กซีในจักรวาลสมัยใหม่

ในขณะเดียวกัน ทีมของไมโอลิโนยังพบหลักฐานของหลุมดำมวลยิ่งยวดที่มีมวลเท่ากับดวงอาทิตย์ 2 ล้านดวงที่ใจกลางของ GN-z11 ด้วย

“เราพบก๊าซที่มีความหนาแน่นสูงมากซึ่งพบได้ทั่วไปในบริเวณใกล้กับหลุมดำมวลมหาศาลที่สะสมก๊าซไว้ ... สิ่งเหล่านี้เป็นสัญญาณแรกที่ชัดเจนว่า GN-z11 มีหลุมดำที่กำลังกลืนสสารอยู่” ไมโอลิโนกล่าว

ทีมงานยังได้ตรวจพบกลุ่มรังสีอันทรงพลังที่ไหลออกจากจานรวมมวล (Accretion Disk) ที่หมุนรอบหลุมดำ เช่นเดียวกับองค์ประกอบทางเคมีที่แตกตัวเป็นไอออนซึ่งมักพบใกล้กับหลุมดำที่สะสมพลังอยู่

ทีมวิจัยกล่าวว่า มันเป็นหลุมดำมวลมหาศาลที่อยู่ไกลที่สุดเท่าที่ค้นพบมา และความหิวโหยของมันทำให้จานรวมมวลของมันหนาแน่นและร้อน และส่องแสงเจิดจ้า เมื่อรวมกับดาวประชากร III แล้ว พวกมันคือสิ่งที่ทำให้กาแล็กซี GN-z11 ส่องแสงเจิดจ้าอย่างมาก

 

เรียบเรียงจาก Space.com

8 มีนาคม “วันสตรีสากล” รำลึกการเรียกร้องสิทธิ ความเท่าเทียมของผู้หญิง

แฟนการ์ตูนอาลัย “โทริยามะ อากิระ” ผู้สร้าง “ดราก้อนบอล” เสียชีวิตแล้ว

ประกาศเตือนพายุฤดูร้อน ฉบับที่ 7 ฝนจ่อถล่มไทยหลายพื้นที่