นักวิทยาศาสตร์พบกาแล็กซีโบราณที่ผลิตดาวจำนวนมากอย่างน่าประหลาด

กล้องโทรทัศน์วิทยุขนาดยักษ์ Atacama Large Millimeter Array (ALMA) ตั้งอยู่ในประเทศชิลี

(ภาพจาก https://th.wikipedia.org/wiki/%E0%B9%84%E0%B8%9F%E0%B8%A5%E0%B9%8C:The_Atacama_Large_Millimeter_submillimeter_Array_(ALMA)_by_night_under_the_Magellanic_Clouds.jpg)


ในประวัติศาสตร์อันยาวนานนับตั้งแต่มีการปฎิวัติวิทยาศาสตร์ โดยส่วนใหญ่นับว่า เริ่มต้นตั้งแต่ปี ค.ศ. 1543 ปีที่โคเปอนิคัส ตีพิมพ์งานที่ชื่อแปลเป็นภาษาอังกฤษว่า On the Revolutions of the Heavenly Spheres เนื้อหาแสดงให้เห็นว่าโลกไม่ใช่เป็นศูนย์กลางแล้วมีดวงอาทิตย์และดาวดวงอื่นๆ โคจรรอบโลก แต่เป็นดวงอาทิตย์ต่างหากที่เป็นศูนย์กลาง และโลกก็โคจรรอบดวงอาทิตย์ ซึ่งเราถือกันว่าตรงนี้เองเป็นจุดเริ่มต้นของวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ หลังจากนั้นเราก็พยายามศึกษาทำความเข้าใจธรรมชาติอย่างเป็นระบบ โดยมีกระบวนการวิทยาศาสตร์เป็นเครื่องมือ แต่มันก็ไม่ใช่เรื่องง่ายเลย

ตลอดเวลาที่ผ่านมา ปริศนาในธรรมชาติหลายครั้งทำให้นักวิทยาศาสตร์เกิดความสับสน งุนงง บางอย่างก็สามารถเข้าใจได้ในเวลาต่อมา แต่ยังมีหลายปริศนาที่ยังคงไม่มีคำตอบจนถึงทุกวันนี้

ในทางดาราศาสตร์มีสิ่งที่เคยเป็นปริศนาเช่น สมัยก่อนเราเข้าใจกันว่าเอกภพหยุดนิ่ง ไม่ขยายตัวและก็ไม่ได้หดตัว เราเรียกทฤษฎีนี้ว่า Static Universe ทฤษฎีนี้ถูกนำเสนอคนแรกโดย Thomas Digges ต่อมา เอ็ดวิน ฮับเบิล นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันค้นพบว่า มีกาแล็กซีมากมายในเอกภพ และกาแล็กซีนั้นเคลื่อนที่ห่างออกไป ยิ่งกาแล็กซีห่างเรามากไปเท่าไหร่ก็ยิ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็วมากขึ้นเท่านั้นซึ่งมันขัดกับทฤษฎี  Static Universe เรื่องนี้ตอนแรกทำให้นักวิทยาศาสตร์พากันฉงน สงสัยกับปริศนา จนในที่สุดก็ค้นพบว่า ทฤษฎี  Static Universe นั้นผิด เอกภพกำลังขยายตัวด้วยความเร่ง และถ้าเอกภพกำลังขยายตัวนั่นก็แปลว่าอดีตเอกภพก็ต้องมีขนาดเล็กลงเรื่องๆ จนถึงเป็นจุด และเราทราบว่า ณ ช่วงเวลานี้เอง เอกภพได้เริ่มถือกำเนิดขึ้นจากจุดเล็กๆที่มีความหนาแน่นมหาศาล เราเรียกทฤษฎีการกำเนิดเอกภพนี้ว่า ทฤษฎีบิกแบง

งานวิจัยล่าสุดก็กำลังสร้างความฉงนสงสัย ให้แก่นักวิทยาศาสตร์อีกแล้ว นักวิทยาศาสตร์ประมาณว่าเอกภพของเราเริ่มมีขึ้นเมื่อประมาณ 15 000 ล้านปีที่แล้ว และเราพบกาแล็กซีหนึ่งที่เก่าแก่มากน่าจะเกิดขึ้นตอนเอกภพมีอายุน้อยกว่า 2 000ล้านปี เราเรียกกาแล็กซีนี้ว่า COSMOS-AzTEC-1 สิ่งที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์กำลังฉงนสงสัยก็คือกาแล็กซีนี้สร้างดาวฤกษ์ต่างๆในกาแล็กซีด้วยอัตราที่รวดเร็วมากผิดปรกติ ต่างจากกาแล็กซีอื่นๆที่เราทราบ ที่เร็วกว่าปรกตินี้เราหมายถึงระดับที่ว่ามันสร้างดาวฤกษ์ต่างๆได้เร็วกว่ากาแล็กซีทางช้างเผือกของเรานับพันเท่า 

ข้อมูลภาพใหม่ที่เราได้จากกล้องโทรทัศน์วิทยุขนาดยักษ์ชื่อภาษาอังกฤษว่า Atacama Large Millimeter Array หรือใช้ตัวย่อว่า ALMA ตั้งอยู่ในประเทศชิลี ทวีปอเมริกาใต้ บอกเราว่ากาแล็กซี  COSMOS-AzTEC-1 มันมีจำนวนโมเลกุลแก๊สมากมายมหาศาล ซึ่งมีโอกาสมากที่มันจะยุบตัวรวมกันเกิดเป็นดาวฤกษ์ใหม่ๆ

ก่อนอื่นเราต้องมารู้จักกับคำว่า Starburst galaxy กันก่อน คำนี้หมายถึงกาแล็กซีที่กำลังสร้างดาวฤกษ์ดวงใหม่ๆ ด้วยอัตราที่สูงมาก เทียบกับกาแล็กซีอื่นๆส่วนมาก โดย COSMOS-AzTEC-1 นี้เราถือว่เป็น Starburst galaxy และเป็นกาแล็กซีที่โบราณเก่าแก่มากโดยสร้างขึ้นเมื่อเอกภพมีอายุน้อยกว่า 2 000 ล้านปี เมื่อเทียบกับเอกภพที่ตอนนี้อายุ 15 000 ล้านปี มันสร้างความฉงนตรงที่กาแล็กซีที่โบราณเก่าแก่มากขนาดนี้ ไม่น่าจะสร้างดาวฤกษ์ใหม่ๆด้วยอัตราที่รวดเร็วแบบนี้ มันเกิดอะไรขึ้นกันแน่

โดยปรกติแล้ว ภายในกาแล็กซี อัตราการสร้างดาวฤกษ์ดวงใหม่ๆ จะอยู่ภายใต้สมดุลของ 2 แรงที่ตรงกันข้าม อันแรกจะเป็นแรงดันเหตุรังสี (Radiation pressure) เป็นแรงผลักออกสู่ด้านนอก แรงที่สองจะเป็นแรงดันเข้าไปรวมกันอันเกิดจากความโน้มถ่วงของมวลแก๊ส ทั้งสองแรงนี้ทำให้เกิดความสมดุล กาแล็กซีนั้นสามารถมองได้เป็นการสะสมรวมกันของ ดาวฤกษ์ ฝุ่น และแก๊สรวมตัวอยู่ด้วยกันจากความโน้มถ่วง ดาวฤกษ์จะเกิดสร้างใหม่เมื่อกลุ่มแก๊สยุบรวมตัวกันจากแรงโน้มถ่วง

ในกรณีของกาแล็กซี COSMOS-AzTEC-1 แรงโน้มถ่วงดึงเข้ามีมากชนะแรงดันเหตุรังสีที่พยายามดันออก ทำให้เกิดการสร้างดาวฤกษ์ใหม่ๆขึ้น ภาพจาก  ALMA เผยให้เห็นถึง กลุ่มแก๊สที่เป็นรูปทรงจานที่กำลังสร้างเป็นดาวฤกษ์ใหม่ๆ 2 อัน โดยมันกำลังยุบลงอันเป็นผลจากแรงโน้มถ่วงมันมันเองและกำลังจะเป็นดาวฤกษ์ดวงใหม่

อีกหนึ่งสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์งง สับสนก็คือ กาแล็กซี COSMOS-AzTEC-1 สะสมวัตถุดิบจำนวนมากในการสร้างดาวฤกษ์ วัตถุดิบเหล่ามาจากไหน หลังบิกแบงอาจจะเกิดบางอย่างขึ้นซึ่งทำให้เกิดการสะสมวัสดุเหล่านี้ บางทีการสำรวจในอนาคตอาจช่วยไขปริศนาต่างๆเหล่านี้ได้

กล่าวโดยสรุปกาแล็กซี COSMOS-AzTEC-1 กาแล็กซีอันเก่าแก่โบราณ กำลังสร้างความสงสัยแก่นักวิทยาศาสตร์ 2 ประเด็นหลักคือ กาแล็กซีนี้โบราณเก่ามากทำไมอัตราการเกิดดาวฤกษ์ถึงสูงมากแบบนี้ ทั้งที่มันไม่ควรจะเป็น และ มันสะสมวัตถุดิบจำนวนมากมายมหาศาลไว้สร้างเป็นดาวฤกษ์ต่างๆ วัตถุดิบเหล่านี้มาจากไหน นี่เป็นปริศนาที่รอการแก้ไขอยู่

ปริศนาทางวิทยาศาสตร์บางทีอาจจมองได้ว่าสนุก ท้าทายกว่าการแก้ปริศนาในนวนิยายสืบสวนเสียอีก อยากให้ทุกคนที่สนใจเรื่องราวทางวิทยาศาสตร์ มาช่วยกันแก้ปริศนาเหล่านี้กัน

เรียบเรียงโดย

ณัฐพล โชติศรีศุภรัตน์
ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ

• [1] https://www.nature.com/articles/s41586-018-0443-1
• [2] https://www.newsclick.in/ancient-galaxy-forms-stars-higher-normal-rate
• [3] https://www.forbes.com/sites/jesseshanahan/2018/08/30/astronomers-discover-mysterious-monster-galaxy-in-the-early-universe/#3cc5ef77fdfd