ทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติจาก NASA ESA และ CSA ได้ใช้ความสามารถที่ไม่เคยถูกใช้งานมาก่อนของ “กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์” ในการสังเกตการณ์ “กาแล็กซี” ที่จางที่สุดในช่วงพันล้านปีแรกของ “จักรวาล” เพื่อศึกษาวิวัฒนาการและต้นกำเนิดของกาแล็กซีภายใน “เอกภพ”

ความรู้ของเราเกี่ยวกับช่วงเวลาต้นกำเนิดของเอกภพยังมีอยู่น้อยมาก ในช่วงเวลาภายหลังจากการเกิดบิกแบง (Big Bang) ราว 1 ล้านปี ช่วงเวลานั้นเรียกว่าช่วงเวลาที่มืดมิดของเอกภพ เนื่องจากยังไม่มีดาวฤกษ์ถือกำเนิดขึ้นแม้แต่ดวงเดียว ในช่วงเวลานั้นอะไรที่ทำให้กลุ่มก๊าซภายในเอกภพรวมตัวกันจนทำให้เกิดเป็นดาวฤกษ์ดวงแรกขึ้นมาได้ แล้วเหตุใดช่วงระยะเวลาหนึ่งไม่สามารถมองเห็นแสงอะไรได้เลย แต่จู่ ๆ เอกภพของเราก็โปร่งใสและเห็นสิ่งต่าง ๆ มากมายได้ สิ่งนี้ยังคงเป็นคำถามใหญ่ที่ยังคงเป็นปริศนาคงอยู่จนทุกวันนี้

ภาพถ่ายกระจุกกาแลกซี่แพนดอร่า (Abell 2744) ที่นำมาใช้ประยุกต์เป็นเลนส์ความโน้มถ่วงเพื่อศึกษากาแลกซี่ที่ห่างไกลจากยุคแรกเริ่มของเอกภพ ภาพจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บ

โครงการ The Ultradeep NIRSpec and NIRCam ObserVations before the Epoch of Reionization (UNCOVER) เป็นโครงการสำรวจกาแล็กซีในช่วงยุคแรกเริ่มของเอกภพโดยใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ในการถ่ายภาพที่ลึกที่สุด ในช่วงเวลาแรกที่แสงจากกาแล็กซียุคแรกเริ่มส่องแสงสว่างออกมา แต่เพียงแค่ศักยภาพของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์เพียงอย่างเดียวไม่สามารถขยายภาพของกาแล็กซีที่ทั้งเล็ก จาง และห่างไกลได้ด้วยตัวของมันเอง นักดาราศาสตร์จึงใช้เลนส์ความโน้มถ่วง (Gravitational Lens) ซึ่งเกิดจากการบิดโค้งของกาล-อวกาศ (Space-Time) โดยวัตถุขนาดใหญ่จนคล้ายเป็นเลนส์ขนาดมหึมาช่วยรวมแสงจากกาแล็กซีที่อยู่ห่างไกล มาเป็นตัวช่วยในการถ่ายภาพด้วย

การใช้เลนส์ความโน้มถ่วงมีมานานตั้งแต่สมัยของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลแล้ว เพียงแต่การที่จะเลือกกาแล็กซีที่จะนำมาใช้เป็นเลนส์ความโน้มถ่วงเป็นสิ่งที่ยากเนื่องจากว่าการตีความรายละเอียดสิ่งที่อยู่ในภาพ บางครั้งรายละเอียดของวัตถุที่อยู่ด้านหลังกาแล็กซีสามารถปรากฏได้มากกว่าหนึ่งตำแหน่ง อีกทั้งยังยากต่อการประเมินข้อมูลอีก ดังนั้นการเลือกกาแล็กซีที่จะใช้งานเป็นเลนส์ความโน้มถ่วงจึงเป็นโจทย์ยาก ในโครงการ UNCOVER นี้ นักดาราศาสตร์ได้เลือกกระจุกกาแล็กซีแพนดอรา (Pandora’s Cluster หรือ Abell 2744) เพื่อขยายภาพของกาแล็กซีที่อยู่ด้านหลังของกระจุกกาแล็กซีดาวนี้

ภาพวาดเพื่ออธิบายการเกิดภาพของเควซาร์สี่ตำแหน่งที่มีผลมาจากปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วงที่บิดภาพจากจุดด้านหลังที่ห่างไกล ภาพจาก NASA_ESA

แต่ด้วยกระจุกกาแล็กซีแพนดอรามีขนาดใหญ่และมีความโน้มถ่วงที่สูงมากจนทำให้กาล-อวกาศบิดโค้งเป็นเลนส์รวมแสงขนาดใหญ่ ร่วมกับความไวของอุปกรณ์ถ่ายภาพภายในกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ เราจึงสามารถเห็นภาพกาแล็กซีที่ห่างไกลและจางมากที่อยู่ด้านหลังจากกระจุกกาแล็กซีแพนดอราได้ถึงแปดกาแล็กซี เมื่อเทียบกับกาแล็กซีทางช้างเผือกของเราแสงจากกาแล็กซีเหล่านี้จางกว่า 100 เท่า นับว่ามีความสว่างน้อยและให้รายละเอียดได้ต่ำมาก

การศึกษากาแล็กซีที่ห่างไกลและจางแสงเหล่านี้ทำให้เราพบว่าพวกมันเป็นกาแลกซี่แคระ ซึ่งผลิตรังสีอัลตราไวโอเลตออกมาในระดับที่มหาศาล มากกว่าเราคาดการณ์ไว้แต่แรกถึง 4 เท่า รังสีอัลตราไวโอเลตที่ปล่อยออกมามีบทบาทสำคัญในช่วงเวลายุคแรกเริ่มของเอกภพที่มีเพียงหมอกของไฮโดรเจน ทำให้ไฮโดรเจนที่ลอยอยู่เต็มเอกภพเกิดประจุขึ้นเป็นพลาสมาไอออน และเปลี่ยนทั้งเอกภพให้เป็นสภาพเหมือนดังเอกภพที่เราเห็นในปัจจุบันได้

ภาพถ่าย LRG 3-757 กาแล็กซีสีแดงบิดกาแล็กซีสีฟ้าด้านหลังจนมีรูปร่างโค้งงอบิดเบี้ยวคล้ายเกือกม้า ภาพถ่ายจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล

ผลจากการศึกษาในครั้งนี้ตรงกับทฤษฎีของเราว่า ในช่วงเวลาที่เอกภพยังเต็มไปด้วยกลุ่มหมอกของไฮโดรเจนซึ่งคอยดูดซับแสง กาแล็กซีแคระปลดปล่อยรังสีพลังงานสูงจนสามารถเปลี่ยนไฮโดรเจนอะตอมในเอกภพเป็นไฮโดรเจนไอออน ทำให้แสงสามารถเดินทางผ่านห้วงอวกาศได้เหมือนดังทุกวันนี้

นับเป็นครั้งแรกที่เราสามารถวัดปริมาณไอออนของกาแล็กซีแคระในช่วงยุคแรกเริ่มของเอกภพสามารถสร้างขึ้นมาได้ ซึ่งช่วยให้เราทำความเข้าใจเกี่ยวกับการกลายสภาพเป็นไอออน (Ionization) ของจักรวาลได้ดีมากยิ่งขึ้น และยังสามารถช่วยในการศึกษาเพิ่มเติมว่าการกระจายตัวของกาแล็กซีแคระในอดีตนั้นสัมพันธ์กับกาแล็กซีขนาดใหญ่ในปัจจุบันอย่างไรได้บ้าง

การศึกษาข้อมูลที่ลึกและห่างไกลเหล่านี้นับว่าประสบความสำเร็จ และเป็นใบเบิกทางให้กับโครงการสำรวจกาแล็กซีห่างไกลอีกในอนาคตอย่างโครงการ GLIMPSE โครงการนี้นักดาราศาสตร์จะสำรวจกระจุกกาแล็กซีที่ห่างไกลในช่วงเวลาที่เรียกว่า “รุ่งอรุณของจักรวาล” ในช่วงเวลาที่เอกภพนั้นมีอายุเพียงไม่กี่ล้านปี ซึ่งจะเพิ่มความเข้าใจเกี่ยวกับเอกภพวิทยาของเราเพิ่มขึ้นอีกเป็นอย่างมาก

เรียบเรียงโดย : จิรสิน อัศวกุล

🎧 อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

ที่มาข้อมูล: ESA

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

“กล้องฯ เจมส์ เว็บบ์” ตรวจจับประจุไฟฟ้าที่ปลดปล่อยออกมาจากกาแล็กซีแคระ ในช่วงยุคแรกเริ่มของเอกภพ