“เจมส์ เว็บบ์” ไขปริศนา “กระจุกกาแล็กซีฟีนิกซ์” ให้กำเนิดดาวฤกษ์ได้อย่างไร

ในจักรวาลเต็มไปด้วยปริศนาที่นักวิทยาศาสตร์พยายามหาคำตอบ หนึ่งในนั้นคือเรื่องราวเกี่ยวกับ “กระจุกกาแล็กซีฟีนิกซ์” (Phoenix Cluster) ซึ่งอยู่ห่างจากโลก 5.8 พันล้านปีแสง

กระจุกกาแล็กซีฟีนิกซ์ มีคุณสมบัติพิเศษบางประการที่ชวนให้ประหลาดใจ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง “ก๊าซที่เย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว” และ “อัตราการก่อตัวของดาวฤกษ์ที่สูงมาก”

NASA, CXC, NRAO, ESA, Michael McDonald (MIT)

ที่ประหลาดเพราะกระจุกกาแล็กซีแห่งนี้มีหลุมดำมวลมหาศาลที่มีมวลประมาณ 1 หมื่นล้านเท่าของดวงอาทิตย์อยู่ที่แกนกลาง ซึ่งในกระจุกกาแล็กซีทั่วไปอื่น ๆ หลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางจะขับเคลื่อนอนุภาคพลังงานสูงและรังสีที่ป้องกันไม่ให้ก๊าซเย็นตัวลงเพียงพอที่จะก่อตัวเป็นดาวฤกษ์

ที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามหาคำตอบด้วยกล้องโทรทรรศน์จันทราและกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล รวมถึงหอสังเกตการณ์ภาคพื้นดินอีกหลายแห่ง แต่ยังไม่ได้รับคำตอบที่ชัดเจน

ล่าสุด นักวิจัยได้ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศ เจมส์ เว็บบ์ (JWST) ศึกษาการไหลของก๊าซภายในกระจุกกาแล็กซีฟีนิกซ์ เพื่อพยายามทำความเข้าใจว่า เหตุใดจึงมีการก่อตัวของดาวฤกษ์ที่รุนแรง

ไมเคิล แม็กโดนัลด์ จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) หัวหน้าทีมวิจัย กล่าวว่า “กระจุกกาแล็กซีฟีนิกซ์ ซึ่งมีอัตราการเย็นตัวต่างกันที่อุณหภูมิต่างกัน สามารถเปรียบเทียบได้กับลานสกี”

เขาอธิบายว่า “กระจุกดาวฟีนิกซ์มีแหล่งกักเก็บก๊าซร้อนที่กำลังเย็นตัวที่ใหญ่ที่สุดในบรรดากระจุกกาแล็กซีทั้งหมด ซึ่งเปรียบได้กับลิฟต์เก้าอี้ (Chairlift) ที่พลุกพล่านที่สุด ซึ่งนำนักสกีจำนวนมากที่สุดไปยังยอดเขา”

แม็กโดนัลด์เสริมว่า “อย่างไรก็ตาม นักสกีเหล่านั้นไม่ได้ลงมาจากภูเขาทั้งหมด ซึ่งหมายความว่า ก๊าซทั้งหมดไม่ได้เย็นตัวลงจนมีอุณหภูมิต่ำ”

ด้วย เจมส์ เว็บบ์ ทำให้นักวิทย์สามารถติดตามและทำแผนที่ก๊าซเย็นตัวที่หายไป ซึ่งในที่สุดจะหล่อเลี้ยงการก่อตัวของดาวฤกษ์ ที่สำคัญที่สุด ก๊าซที่กำลังเย็นตัวลงนี้ยังถูกพบในโพรงที่ติดตามก๊าซที่ร้อนจัด ซึ่งมีอุณหภูมิร้อนถึง 18 ล้านองศาฟาเรนไฮต์ และก๊าซที่เย็นลงแล้วซึ่งมีอุณหภูมิประมาณ 18,000 องศาฟาเรนไฮต์

ทีมวิจัยยังได้ศึกษาแกนของกระจุกกาแล็กซีอย่างละเอียดกว่าที่เคยด้วยเครื่องวัดสเปกตรัมความละเอียดปานกลางบนเครื่องมืออินฟราเรดระยะกลาง (MIRI) ของเว็บบ์

“การศึกษาครั้งก่อนวัดได้เฉพาะก๊าซที่จุดเย็นและร้อนจัดของการกระจายอุณหภูมิตลอดใจกลางกระจุกกาแล็กซีเท่านั้น เรามีข้อจำกัด นั่นคือไม่สามารถตรวจจับก๊าซอุ่นที่เรากำลังมองหาได้ แต่ด้วยเว็บบ์ เราทำสิ่งนี้ได้สำเร็จเป็นครั้งแรก” แม็กโดนัลด์บอก

ความสามารถของเว็บบ์ในการตรวจจับอุณหภูมิเฉพาะของก๊าซทำความเย็นนี้ ซึ่งอยู่ที่ประมาณ 540,000 องศาฟาเรนไฮต์ ส่วนหนึ่งเป็นผลมาจากความสามารถของเครื่องมือ อย่างไรก็ตาม นักวิจัยยังได้รับความช่วยเหลือจากธรรมชาติด้วยเช่นกัน

ความแปลกประหลาดนี้เกี่ยวข้องกับอะตอมที่แตกตัวเป็นไอออน 2 ชนิดที่แตกต่างกันมาก คือ นีออนและออกซิเจน ซึ่งเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่คล้ายคลึงกัน

ที่อุณหภูมิเหล่านี้ การแผ่รังสีของออกซิเจนจะสว่างกว่า 100 เท่า แต่สามารถมองเห็นได้เฉพาะในแสงอัลตราไวโอเลตเท่านั้น แม้ว่านีออนจะจางกว่ามาก แต่ก็เรืองแสงในแสงอินฟราเรด ซึ่งทำให้นักวิจัยสามารถใช้ประโยชน์จากเครื่องมือขั้นสูงของเว็บบ์ได้

ไมเคิล รีฟ จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ หนึ่งในทีมงิจัย บอกว่า “ในช่วงความยาวคลื่นอินฟราเรดกลางที่เว็บบ์ตรวจพบ ลายเซ็นของนีออนพุ่งสูงอย่างมาก แม้ว่าการแผ่รังสีนี้จะตรวจจับได้ยากกว่า แต่ความไวของเว็บบ์ในอินฟราเรดกลางสามารถตัดผ่านการรบกวนทั้งหมดได้”

ปัจจุบัน ทีมวิจัยหวังว่าจะใช้เทคนิคนี้เพื่อศึกษากระจุกกาแล็กซีทั่วไปมากขึ้น แม้ว่ากระจุกกาแล็กซีฟีนิกซ์จะมีเอกลักษณ์เฉพาะตัวในหลาย ๆ ด้าน แต่การพิสูจน์แนวคิดนี้ถือเป็นก้าวสำคัญในการเรียนรู้ว่ากระจุกกาแล็กซีอื่น ๆ ก่อดาวฤกษ์ได้อย่างไร

 

เรียบเรียงจาก NASA