กล้องเจมส์ เวบบ์พบ "จุดแดงเล็ก" ในเอกภพยุคแรกเริ่ม อาจเป็นช่วงเติบโตของหลุมดำมวลยิ่งยวด

ในปี 2022 กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เว็บบ์ (James Webb Space Telescope หรือ JWST) ได้ค้นพบวัตถุ "จุดแดงเล็ก" (Little Red Dots หรือ LRDs) ที่อยู่ไกลออกไปในช่วงเวลากำเนิดของเอกภพ ซึ่งได้จุดกระแสความตื่นตัวขึ้นในวงการฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ล่าสุด ทีมนักวิจัยจากสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศ (STScI) ออกมาอธิบายว่าแท้จริงแล้วอาจไม่ใช่กาแล็กซีประเภทใหม่ แต่เป็นเพียงช่วงเวลาหนึ่งของการเติบโตของหลุมดำมวลยิ่งยวดที่ซ่อนตัวอยู่

โดยปกติการศึกษาวัตถุทางดาราศาสตร์ที่อยู่ห่างไกลไปจากโลกในระดับพันล้านปี นักวิทยาศาสตร์จะอาศัยการสังเกตปรากฏการณ์การเลื่อนไปทางสีแดง (redshift) ซึ่งเป็นตัวชี้วัดระยะห่างของวัตถุเทียบกับอายุของเอกภพ ยิ่งวัตถุมีค่าเลื่อนไปทางสีแดงสูงเท่าใด หมายความว่าแสงจากแหล่งกำเนิดต้องเดินทางข้ามเอกภพมาไกลมากขึ้นเท่านั้น

ข้อมูลจากกล้องเจมส์ เว็บบ์ระบุว่าพบวัตถุอวกาศที่มีลักษณะเป็น "จุดแดงเล็ก" จำนวนมหาศาลในเอกภพยุคแรกเริ่ม แต่เมื่อสังเกตกับห้วงอวกาศที่ใกล้กับช่วงเวลาของเรามากยิ่งขึ้น กลับพบว่าจำนวนจุดแดงเล็กลดลง ซึ่งสร้างความฉงนให้แก่นักดาราศาสตร์เป็นอย่างมาก ปรากฏการณ์ดังกล่าวก่อให้เกิดคำถามสำคัญต่อความเข้าใจเดิมของนักดาราศาสตร์ว่า เกิดอะไรขึ้นกับวัตถุเหล่านี้เมื่อกาลเวลาผ่านไป และวิวัฒนาการไปเป็นสิ่งใดในปัจจุบัน

ภาพตำแหน่งของกาแล็กซีซากัวโร ภาพจาก NASA

เพื่อตอบคำถามนี้ ทีมนักวิจัยได้ศึกษากาแล็กซีกังหัน (spiral galaxy) ชื่อ WISEA J123635.56+621424.2 ซึ่งนักดาราศาสตร์ตั้งชื่อเล่นว่า "ซากัวโร" (Saguaro) ตามลักษณะแขนกาแล็กซีที่คล้ายต้นกระบองเพชร

กาแล็กซีแห่งนี้มีการเลื่อนไปทางสีแดงที่ระดับสอง เทียบเท่ากับช่วงเวลาประมาณ 3.3 พันล้านปีหลังบิ๊กแบง และสิ่งที่ทำให้ซากัวโรถูกหยิบยกมาใช้ในการศึกษาครั้งนี้เพราะว่าแกนกลางมีลักษณะที่ตรงกับวัตถุจุดแดงเล็กทุกประการ แต่อายุกลับนน้อยกว่าและอยู่ใกล้โลกมากกว่า นักดาราศาสตร์จึงใช้ซากัวโรเป็นตัวอย่างศึกษาโครงสร้างโดยรอบของจุดแดงเล็กได้อย่างละเอียด ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำไม่ได้กับวัตถุที่อยู่ไกลออกไปถึงขอบเอกภพ

จากการวิเคราะห์ข้อมูลอย่างละเอียด ทีมวิจัยได้ข้อสรุปที่อธิบายปรากฏการณ์นี้ว่า จำนวนของจุดแดงเล็กที่ดูเหมือนจะลดลงนั้น แท้จริงแล้วเกิดจากอคติในการสังเกตการณ์ (observational bias)

หากเปรียบเทียบให้เห็นภาพ การมองจุดแดงเล็กในเอกภพยุคแรกเริ่ม คล้ายกับการมองเห็นเพียงแสงไฟหน้ารถที่สว่างจ้าในคืนที่มืดสนิท โดยที่ดวงตาของเราไม่สามารถมองเห็นตัวถังรถที่อยู่รอบ ๆ ได้

ทีมวิจัยอธิบายว่าจุดแดงเล็กแท้จริง ไม่ได้เป็นแค่จุด แต่เป็น นิวเคลียสดาราจักรกัมมันต์ (active galactic nucleus หรือ AGN) หรือหลุมดำมวลยิ่งยวดที่กำลังกลืนกินมวลสารอย่างรุนแรงและสว่างจ้า ซึ่งตั้งอยู่ใจกลางของกาแล็กซีแม่ (host galaxy) ทว่าในเอกภพยุคแรกเริ่ม กาแล็กซีแม่เหล่านี้อยู่ไกลและมีแสงจางเกินกว่าที่เทคโนโลยีปัจจุบันจะตรวจจับได้ กล้องโทรทรรศน์จึงจับภาพได้เพียงแกนกลางที่สว่างที่สุด ทำให้ปรากฏเป็นเพียงจุดสีแดงขนาดเล็กเท่านั้น

เมื่อทีมวิจัยนำข้อมูลของกาแล็กซีซากัวโรมาสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์โดยเลื่อนระยะทางให้ไกลออกไปเทียบเท่ากับเอกภพยุคแรกเริ่ม ผลลัพธ์ที่ได้ก็เป็นไปตามคาด แขนกาแล็กซีของซากัวโรเลือนหายไปจากภาพจำลอง เหลือเพียงจุดสีแดงสว่างตรงกลางที่มองเห็นได้

ภาพเปรียบเทียบระหว่างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์กับการนำข้อมูลจริงมาทำการปรับค่าความสว่างของกาแล็กซีซากัวโร ซึ่งผลลัพธ์ออกมาเหมือนกันตามสมมติฐาน ภาพจาก NASA

ซึ่งการศึกษากาแล็กซีซากัวโรนี้ อาศัยการส่องสำรวจโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศถึงสามตัวด้วยกันนั้นคือ กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ในย่านรังสีอินฟราเรด กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (Hubble Space Telescope) ในการตรวจวัดความสว่างในย่านของอัลตราไวโอเลตและอินฟราเรด และกล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทรา (Chandra X-ray Observatory) สำรวจการแผ่รังสีเอกซ์ที่อ่อนกำลังมาก ข้อมูลนี้เป็นจิ๊กซอว์ชิ้นสำคัญที่ยืนยันว่าใจกลางของซากัวโรคือหลุมดำมวลยิ่งยวดที่ถูกบดบังด้วยฝุ่นหนาแน่นอย่างมาก ซึ่งเป็นคำอธิบายที่สมเหตุสมผลว่าเหตุใดวัตถุที่อยู่ลึกเข้าไปในอดีตจึงเปล่งรังสีเอกซ์ออกมาอย่างเบาบาง

ผลการศึกษานี้บ่งชี้ว่าจุดแดงเล็กไม่น่าจะใช่กาแล็กซีชนิดใหม่อย่างที่เคยคาดการณ์ไว้ แต่เป็นเพียงลักษณะของหลุมดำมวลยิ่งยวดที่อยู่ในภาวะตื่นตัวสูง (highly active phase) ก่อนที่ระบบจะค่อย ๆ วิวัฒนาการและสงบลงเมื่อเวลาผ่านไป

หลังจากนี้ทีมนักวิทยาศาสตร์วางแผนที่จะใช้คลังข้อมูลอันมหาศาลของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์สำรวจสำมะโนประชากรจุดแดงเล็กอย่างเป็นระบบ การค้นหาและศึกษากาแล็กซีลักษณะเดียวกับซากัวโรเพิ่มเติมจะช่วยให้มนุษยชาติสามารถปะติดปะต่อแผนผังครอบครัว (family tree) ของวัตถุระยะไกลเหล่านี้ และทำความเข้าใจถึงต้นกำเนิดตลอดจนวิวัฒนาการของเอกภพได้อย่างสมบูรณ์แบบยิ่งขึ้นในอนาคต

เรียบเรียงโดย จิรสิน อัศวกุล
พิสูจน์อักษร ศุภกิจ พัฒนพิฑูรย์

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

ที่มาข้อมูล : NASA

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech