ดาราจักรโบราณกว่า 39 แห่งที่ Hubble มองไม่เห็น ถูกค้นพบโดยเทคนิคใหม่จากดาราศาสตร์อินฟราเรด

กล้องโทรทรรศน์อวกาศ Hubble เป็นหนึ่งในกล้องที่ช่วยให้เราสามารถค้นพบดาราจักรต่างๆ ในยุคแรกเริ่ม ซึ่งก็คือดาราจักรในรูปแบบที่เรียกว่า Massive Galaxy ซึ่งเกิดขึ้นเป็นจำนวนมากในช่วงแรกของการเริ่มต้นจักรวาล โดยข้อมูลจาก Hubble ที่เรามีนั้นได้มาจากการออกแบบทางวิศวกรรมที่ออกแบบให้กล้องนั้นสามารถจับคลื่นย่าน Ultra-Violet คลื่นแสงที่ตาของเราสามารถมองเห็นได้ (Visible Wave Length) และย่าน near-Infrared แม้ว่ากล้อง Hubble จะมีความสามารถในการตวรจจับ Infrared ได้บ้าง แต่มันก็ไม่สามารถที่จะมองเห็นวัตถุในเอกภพได้ดีเท่ากล้องที่ออกแบบมาเพื่อในการถ่ายภาพในย่าน Infrared

ภาพของ Massive Galaxy ที่ถ่ายในช่วงคลื่น Visible ที่ Hubble มองเห็น ที่มา – NASA/ESA

ต้องอธิบายก่อนว่าทำไม Hubble ถึงสามารถถ่าย Galaxy ในยุคแรกเริ่มได้ เหตุผลก็เพราะว่า ยิ่ง Galaxy อยู่ห่างออกไปเท่าไหร่ แสงก็จะยิ่งมีพลังงานน้อยลงเท่านั้น ดังนั้นตามหลักการถ่ายภาพธรรมดาทั่วไป ยิ่งคุณถ่ายภาพด้วย Speed-Shutter ที่สูงมากขึ้นเท่าไหร่ แสงที่คุณได้ภายในภาพก็จะยิ่งสว่างมากขึ้นเท่านั้น แต่ประเด็นคือภาพที่อยู่ไกลมาก ๆ ต่อให้มีสว่างแค่ไหนมันก็เป็นแค่จุดไม่สามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่างจุดแสงกับวัตถุได้ กล้อง Hubble ที่มีขนาดเลนส์ที่ใหญ่จึงเข้ามามีผลในการแยกแยะวัตถุภายในภาพ ว่าจุดแสงนั้นคือวัตถุอะไร ดังนั้นแนวคิดแบบนี้ทำให้เราสามารถถ่ายภาพพวก Hubble Deep Field หรือภาพถ่ายห้วงลึกของอวกาศได้ และทำให้นักดาราศาสตร์ทำความเข้าใจที่มาที่ไปของเอกภพและดาราจักรต่าง ๆ ได้

อย่างไรก็ตาม ความสงสัยของนักดาราศาสตร์ก็คือ แล้วในยุคแรกเริ่มดังกล่าวนั้น จำนวนของ Massive Galaxy เหล่านี้หายไปไหน หรือว่ามันอาจจะอยู่ในช่วงคลื่นที่ Hubble ไม่สามารถมองเห็นได้ ซึ่งคุณ Tao Wang และทีมนักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยโตเกียว ได้พยายามใช้เทคนิคใหม่ในการตรวจหา Galaxy เหล่านี้

ALMA หรือ Atacama Large Millimeter Array ที่ประเทศชิลี ที่มา – ESO

Wang ใช้อุปกรณ์หลัก ๆ 2 ตัว ได้แก่กล้องโทรทรรศน์อวกาศ Spitzer ซึ่งออกแบบให้รับคลื่นที่ต่ำกว่า Hubble แล้วสังเกตแหล่งที่มาของ Infared เป็นจุด ๆ ในอวกาศห้วงลึก จากนั้นก็ Plot จุดบนท้องฟ้าไว้ แล้วใช้ความสามารถของกล้อง ALMA หรือ Atacama Large Millimeter Array ซึ่งเป็นแนวกล้องหลายตัว ใช้เทคนิค Interferometry ซึ่งเป็นเทคนิคเดียวกับที่เพิ่งใช้ในการถ่ายภาพหลุมดำ (กล้อง ALMA เป็นหนึ่งในโครงข่ายของ Event Horizon Telescope) ในการถ่ายภาพความละเอียดสูงห้วงลึกจุดเหล่านั้น จนสามารถยืนยันได้ว่าบริเวณแหล่งที่มาของ Infared ดังกล่าวเป็น Massive Galaxy ที่ Hubble ไม่อาจตรวจเจอ

ภาพเปรียบเทียบแผนที่ท้องฟ้าของ Hubble กับที่ Wang และทีมถ่ายได้จากกล้อง ALMA

Wang นำจำนวนของ Massive Galaxy ที่หาเจอนั้นมาเปรียบเทียบกับแผนที่ท้องฟ้าในยุคอดีตที่ได้มาจาก Hubble พบว่าพวกเขาเจอ Galaxy โบราณเหล่านี้มากกว่า 39 แห่ง ซึ่งเป็นภาพในช่วงประมาณ 2 พันล้านปีหลังจากเกิด Big Bang (ณ เวลาที่เราอยู่คือ 13.8 พันล้านปีหลังจาก Big Bang)

ความฉลาดของวิธีการนี้ก็คือ แม้ว่ากล้อง ALMA จะมีความสามารถในการถ่ายภาพในย่านคลื่น infrared แต่ ALMA ไม่สามารถกวาดถ่ายทั่วท้องฟ้าได้ จำเป็นต้องรู้จุดที่ต้องการจะถ่าย ซึ่งการนำ Mapping จากกล้อง Spitzer มาใช้ร่วมกันนั้น ก็เป็นสิ่งที่ฉลาดมาก ๆ เพราะ Spitzer เองถูกออกแบบมาให้ถ่ายภาพในคลื่น infrared แต่ไม่กว้าง มีระยะการถ่ายไม่ต่างจาก Hubble มากนัก

กล้องโทรทรรศน์อวกาศ Splitzer ซึ่งมีความสามารถในการถ่ายภาพในย่าน Infared ที่มา – NASA/Caltech

การค้นพบครั้งนี้จึงเป็นเหมือนการใช้เทคนิคหลาย ๆ ตัวมารวมกัน เพื่อปลดล็อกขีดความสามารถในการสำรวจท้องฟ้าในยุคแรกเริ่ม ทั้งหมดถูกตีพิมพ์ไว้ใน Paper ชื่อ A dominant population of optically invisible massive galaxies in the early Universe

และสาเหตุที่ Galaxy เหล่านี้ อยู่ในย่านคลื่น Infared แทนที่จะเป็น Visible Light ก็เพราะว่าแสงนั้นถูกยืดออกด้วยอัตราการขยายตัวของจักรวาล ทำให้เกิดการ Shift ไปในย่านคลื่นที่ต่ำกว่า คล้ายกับเวลาที่รถวิ่งห่างไปจากเราแล้วเราจะได้ยินเสียงรถยนต์ที่มีความถี่น้อยลง (ทุ้มขึ้น) ก็เหมือนกับการเกิด Redshift ที่โดนยืดจาก Visible Light มาเป็น Infard นี่ก็เป็นเหตุผลให้กล้องโทรทรรศน์อวกาศในอนาคตเช่น James Webb Telescope จะเน้นไปที่การสำรวจในย่านคลื่น Infared

ซึ่งพออ่านมาถึงตรงนี้เราอาจจะสงสัยว่า แล้วการสำรวจ Galaxy ในยุคแรกเริ่มของเอกภพนั้นมีความสำคัญอย่างไร และการที่เจอ Massive Galaxy ใหม่ ๆ นั้นสำคัญอย่างไร คำตอบก็คือ เนื่องจากการขยายตัวของจักรวาลนั้น ไม่ได้เกิดจากการศึกษา Hubble Constant หรือค่าคงที่ของ Hubble อย่างเดียว แต่จะมีหลาย ๆ ตัวแปรมาประกอบมากขึ้นจากดาราศาสตร์สังเกตการณ์ยุคใหม่ อย่างเมื่อต้นปีที่ผ่านมา ก็เพิ่งมีการค้นพบอัตราการขยายตัวของเอกภพในค่าใหม่ ซึ่งเปิดทางไปสู่ฟิสิกส์ที่ล้ำไปกว่า Model Landa-CDM ที่ใช้ในอการอธิบายปรากฏการณ์ Big Bang

นั่นหมายความว่าฟิสิกส์หลังจากนี้ จะใช้การสังเกตการณ์ที่ละเอียดขึ้นบวกกับการพยายามทำความเข้าใจฟิสิกส์เกี่ยวกับ Dark Energy และ Dark Matter ซึ่งยังคงเป็นส่วนประกอบสำคัญของเอกภพที่เรายังทำความเข้าใจมันได้ไม่ดีนักด้วยความรู้ ณ ปัจจุบัน

เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co





Must Know Topics