ปริศนาจักรวาลยุคแรก กาแล็กซีส่องแสงทะลุหมอก

กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ของนาซา ใช้ความสามารถในการตรวจจับอินฟราเรดอันโดดเด่นสำรวจกาแล็กซีโบราณ เพื่อไขความลับของจักรวาลยุคแรก ทีมดาราศาสตร์นานาชาติค้นพบการปล่อยแสงไฮโดรเจนที่สว่างจ้าจากกาแล็กซี ซึ่งเกิดขึ้นเร็วกว่าที่เคยคาดการณ์ไว้ในประวัติศาสตร์ของจักรวาล การค้นพบนี้ท้าทายนักวิจัยให้หาคำอธิบายว่าแสงดังกล่าวสามารถทะลุผ่านหมอกไฮโดรเจนหนาทึบที่ปกคลุมอวกาศในยุคนั้นได้อย่างไร

กล้องเจมส์ เว็บบ์ ค้นพบกาแล็กซี JADES-GS-z13-1 ซึ่งอยู่ห่างไกลและมีอายุเพียง 330 ล้านปีหลังการระเบิดครั้งใหญ่ หรือบิกแบง (big bang) กล้อง NIRCam (Near-Infrared Camera) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการสำรวจอวกาศลึกขั้นสูง JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey) ถ่ายภาพกาแล็กซีดังกล่าว นักวิจัยใช้ความสว่างของกาแล็กซีในตัวกรองอินฟราเรดที่แตกต่างกันเพื่อประมาณค่าเรดชิฟต์ (redshift) ซึ่งเป็นการวัดระยะห่างของกาแล็กซีจากโลกโดยพิจารณาจากว่าแสงของกาแล็กซียืดออกอย่างไรขณะเดินทางผ่านอวกาศที่กำลังขยายตัว

ในยุคแรกเริ่ม จักรวาลถูกปกคลุมด้วยหมอกไฮโดรเจนที่หนาทึบ หมอกส่วนใหญ่ถูกกำจัดออกไปในกระบวนการแตกตัวเป็นไอออน ซึ่งเสร็จสมบูรณ์เมื่อจักรวาลมีอายุประมาณ 1,000 ล้านปีหลังบิกแบง กาแล็กซี GS-z13-1 ซึ่งถูกสังเกตเมื่อจักรวาลมีอายุเพียง 330 ล้านปี กลับแสดงความยาวคลื่นแสงที่สว่างจ้าเป็นพิเศษ ซึ่งแผ่ออกมาจากอะตอมไฮโดรเจน หรือที่เรียกว่าการปล่อยแสงไลแมน-อัลฟา (Lyman-alpha emission) ที่ชัดเจนอย่างน่าประหลาดใจ ซึ่งปกติจะมองเห็นได้เมื่อหมอกโดยรอบถูกกำจัดออกไปเกือบหมดเท่านั้น ผลลัพธ์นี้ขัดแย้งกับทฤษฎีการก่อตัวของกาแล็กซีในยุคแรกเริ่ม และสร้างความประหลาดใจแก่นักดาราศาสตร์

ก่อนและระหว่างยุคการแตกตัวเป็นไอออน หมอกไฮโดรเจนที่เป็นกลางปริมาณมหาศาลที่ล้อมรอบกาแล็กซีจะปิดกั้นแสงอัลตราไวโอเลตพลังงานสูงที่ปล่อยออกมา เหมือนกับการกรองแสงของแก้วสี จนกว่าดาวฤกษ์จำนวนมากจะก่อตัวขึ้นและแตกตัวเป็นไอออนของก๊าซไฮโดรเจนได้ แสงดังกล่าว รวมถึงการปล่อยแสงไลแมน-อัลฟา จะไม่สามารถเล็ดลอดจากกาแล็กซีเกิดใหม่เหล่านี้มาถึงโลกได้ ดังนั้น การยืนยันการแผ่รังสีไลแมน-อัลฟาจากกาแล็กซีนี้จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความเข้าใจจักรวาลยุคแรกของเรา

แหล่งกำเนิดการแผ่รังสีไลแมน-อัลฟา จากกาแล็กซีนี้ยังไม่เป็นที่แน่ชัด แต่แหล่งที่มาที่เป็นไปได้ ได้แก่ แสงแรกจากดาวฤกษ์รุ่นแรกสุดที่ก่อตัวขึ้นในจักรวาล หรือฟองไฮโดรเจนไอออนขนาดใหญ่ที่ล้อมรอบกาแล็กซี ซึ่งอาจถูกสร้างขึ้นโดยกลุ่มดาวฤกษ์ที่แปลกประหลาด มีขนาดใหญ่ ร้อน และสว่างกว่าดาวฤกษ์ที่ก่อตัวขึ้นในยุคต่อมามาก และอาจเป็นตัวแทนของดาวฤกษ์รุ่นแรก หรือนิวเคลียสกาแล็กซีที่ทำงานอยู่ทรงพลัง ซึ่งขับเคลื่อนโดยหลุมดำมวลมหาศาลยุคแรก

แล้วคุณคิดว่าการค้นพบนี้จะเปลี่ยนแปลงความเข้าใจของเราเกี่ยวกับจักรวาลยุคแรกเริ่มอย่างไร? และแสงลึกลับนี้มาจากอะไร?

ข้อมูลอ้างอิง : NASA, ESA, CSA, JADES Collaboration
– NASA’s Webb Sees Galaxy Mysteriously Clearing Fog of Early Universe