นักวิจัยไทยใช้ “เจมส์ เวบบ์” พบโครงสร้างแบบกังหันในกาแล็กซียุคก่อตัว

นักดาราศาสตร์ไทยนำทีมนักวิจัยนานาชาติ ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศ “เจมส์ เวบบ์” (JWST) และหอสังเกตการณ์ ALMA ศึกษาภายใต้ฝุ่นหนาทึบของกาแล็กซียุคก่อตัว เปิดเผยให้เห็นถึงโครงสร้างภายในที่ยังไม่มีใครเคยเห็นมาก่อน นำไปสู่กุญแจสำคัญของการเข้าใจต้นกำเนิดของกาแล็กซีที่เราอาศัยอยู่ ไปจนถึงหลุมดำมวลยิ่งยวด ณ ใจกลางกาแล็กซี

เอกภพประกอบด้วยกาแล็กซีหลากหลายชนิด ตั้งแต่กาแล็กซีกังหันแบบทางช้างเผือกของเรา มีลักษณะเป็นจานที่ประกอบด้วยดาวฤกษ์เกิดใหม่อย่างต่อเนื่องจำนวนมาก ไปจนถึงกาแล็กซีทรงรีที่มีขนาดใหญ่กว่ากาแล็กซีกังหันหลาย 10 เท่า ซึ่งประกอบไปด้วยประชากรดาวฤกษ์ที่มีอายุมาก

นักดาราศาสตร์ยังไม่เข้าใจแน่ชัดว่าประชากรกาแล็กซีที่มีความหลากหลายนี้ถือกำเนิดและวิวัฒนาการขึ้นมาอย่างไร นับตั้งแต่การกำเนิดของเอกภพในบิ๊กแบงเมื่อ 13,700 ล้านปีในอดีต ความพยายามที่จะอธิบายวิวัฒนาการของกาแล็กซี เพื่อเข้าใจความเป็นมาเกี่ยวกับเมืองของดวงดาวที่เราอาศัยอยู่ จึงเป็นคำถามปลายเปิดที่ได้รับความสนใจอย่างมากในวงการวิจัยดาราศาสตร์

หากเราต้องการจะศึกษาประวัติศาสตร์ของกาแล็กซี เราจะต้องบันทึกภาพของกาแล็กซีในอดีต โดยเฉพาะอย่างยิ่งในยุคที่กาแล็กซีมีอัตราการก่อตัวสูงสุด ซึ่งตรงกับยุคที่เอกภพมีอายุประมาณครึ่งหนึ่งของปัจจุบัน (ขณะเอกภพมีอายุประมาณ 6,000-8,000 ล้านปี)

ซึ่งทำได้โดยใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่เปิดหน้ากล้องเป็นเวลานาน เพื่อศึกษากาแล็กซีห่างไกล เช่น เมื่อเราถ่ายภาพกาแล็กซีที่อยู่ห่างออกไป 10,000 ล้านปีแสง ภาพของกาแล็กซีที่เราบันทึกได้จะเป็นภาพของแสงที่ออกเดินทางมาเมื่อ 10,000 ล้านปีมาแล้ว นั่น คือ ยิ่งเราส่องไปไกล เราก็จะยิ่งมองย้อนลึกกลับไปในกาลเวลา

การถ่ายภาพย้อนอดีตของเอกภพมีความท้าทายสองประการ

ประการแรก

• เอกภพได้ขยายตัวไปหลายเท่าในระหว่างที่แสงเดินทางจากกาแล็กซียุคก่อตัวมาถึงโลก
• การที่เอกภพขยายตัวไปหลายเท่า ทำให้ความยาวคลื่นแสงถูกยืดออกไปหลายเท่าด้วย เช่น แสงจากดาวฤกษ์ในช่วงคลื่นที่ตามองเห็นที่ 600 นาโนเมตร จากกาแล็กซียุคก่อตัว จะยืดออกไปอยูในช่วงคลื่น 2,000-5,000 นาโนเมตร
• ซึ่งสังเกตได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศขนาดใหญ่เช่นกล้องโทรทรรศน์อวกาศ “เจมส์ เวบบ์” (James Webb Space Telescope หรือ JWST)

ประการที่สอง

• บริเวณให้กำเนิดดาวฤกษ์ในกาแล็กซียุคก่อตัวมีฝุ่นปกคลุมหนาทึบ แม้แต่แสงในช่วงคลื่นอินฟราเรดก็ไม่สามารถส่องทะลุออกมาได้
• เราต้องใช้แสงในช่วงคลื่นไมโครเวฟหรือคลื่นวิทยุที่ความยาวคลื่นยาวออกไปอีกนับร้อยหรือพันเท่า เพื่อสังเกตบริเวณก่อตัวของกาแล็กซีในยุคนี้
• และด้วยเหตุที่คลื่นไมโครเวฟและวิทยุมีความยาวมาก จึงต้องใช้จานรับสัญญาณจำนวนมากทำงานร่วมกันด้วยเทคนิคอินเทอร์เฟอโรเมทรีให้เป็นเสมือนกล้องโทรทรรศน์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางนับสิบกิโลเมตร จึงจะสามารถบันทึกภาพให้ได้ความละเอียดสูงมาวิเคราะห์เปรียบเทียบกับภาพจากแสงในช่วงคลื่นอินฟราเรด (ที่เดิมทีแผ่ออกมาในช่วงคลื่นที่ตามองเห็นอีกต่อหนึ่ง!)

ดร. วิภู รุโจปการ รองผู้อำนวยการสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ และอาจารย์ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย นำทีมนักดาราศาสตร์จากสหรัฐอเมริกา ฝรั่งเศส เยอรมนี ญี่ปุ่น และจีน ใช้ “เจมส์เวบบ์” และหมู่หอสังเกตการณ์ความยาวคลื่นมิลิเมตรในทะเลทรายอาตากามา (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array หรือ ALMA) บันทึกภาพโครงสร้างกาแล็กซีดวงหนึ่งที่เรียกว่า UDF2 ใน “Hubble Ultra Deep Field”

ซึ่งเป็นบริเวณเล็ก ๆ บนท้องฟ้าขนาด 1 ใน 10 ของขนาดเชิงมุมของดวงจันทร์ ที่นักดาราศาสตร์ทั่วโลกใช้กล้องโทรทรรศน์ระดับแนวหน้าทั้งบนโลกและในอวกาศศึกษามาอย่างต่อเนื่องตลอด 2 ทศวรรษที่ผ่านมา