เครดิตรูปภาพ: PPARC
จนถึงขณะนี้นักดาราศาสตร์ยังไม่สามารถหาข้อมูลจำนวนมากเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นในช่วงแรกของการวิวัฒนาการของจักรวาลเมื่อมันคิดว่าดาวก่อตัวขึ้น แต่งานวิจัยใหม่ซึ่งดำเนินการโดยนักดาราศาสตร์ที่ใช้หอสังเกตการณ์ราศีเมถุนในชิลีได้เปิดเผยกาแลคซีหลายแห่งเมื่อ 8 ถึง 11 พันล้านปีก่อนซึ่งก่อตัวขึ้นอย่างเต็มที่มากกว่าที่คาดไว้ พวกเขาคิดว่าพวกเขาจะเห็นโปรโตกาลัสซีชนกัน แต่พวกเขากลับพบว่ามีกาแลกซี่ที่โตเต็มที่ ความเป็นไปได้ที่หลุมดำนั้นพบได้บ่อยกว่าในเอกภพยุคแรกและทำหน้าที่เป็นจุดยึดเพื่อสร้างกาแลคซีอย่างรวดเร็ว
จนถึงขณะนี้นักดาราศาสตร์เกือบตาบอดเมื่อมองย้อนเวลากลับไปสำรวจยุคที่คาดว่าดาวส่วนใหญ่ในจักรวาลจะก่อตัวขึ้น จุดบอดทางดาราศาสตร์ที่สำคัญนี้ถูกลบออกโดยทีมงานรวมถึงนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษโดยใช้กล้องโทรทรรศน์เฟรดเดอริกซีกิลเล็ตต์เมมินีเหนือแสดงให้เห็นว่ากาแลคซีจำนวนมากในเอกภพวัยเยาว์ไม่ได้ทำงานตามที่คาดไว้
ความประหลาดใจ: กาแลคซีเหล่านี้ดูเหมือนจะก่อตัวและเติบโตเต็มที่กว่าที่คาดไว้ในช่วงแรกนี้ในวิวัฒนาการของจักรวาล การค้นพบนี้คล้ายกับครูที่เดินเข้าไปในห้องเรียนโดยคาดว่าจะทักทายห้องที่เต็มไปด้วยวัยรุ่นที่ไม่เชื่อฟังและค้นหาคนหนุ่มสาวที่ได้รับการดูแลเป็นอย่างดี
“ ทฤษฎีบอกเราว่ายุคนี้น่าจะถูกครอบงำโดยกาแลคซีเล็ก ๆ ชนเข้าด้วยกัน” ดร. โรแบร์โตอับราฮัม (มหาวิทยาลัยโตรอนโต) กล่าวซึ่งเป็นผู้ร่วมวิจัยหลักของทีมที่ทำการสำรวจที่ราศีเมถุนกล่าว “ เราเห็นว่ามีดวงดาวจำนวนมากในจักรวาลอยู่แล้วเมื่อเอกภพยังเด็กมากซึ่งไม่น่าจะเป็นไปได้ เวลาย้อนหลังนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าเราต้องคิดใหม่ว่าเกิดอะไรขึ้นในช่วงยุคแรกของวิวัฒนาการกาแลคซี นักทฤษฎีจะมีบางอย่างที่ต้องแทะ!”
ผลการวิจัยได้ประกาศในที่ประชุม 203 ครั้งของสมาคมดาราศาสตร์อเมริกันในแอตแลนต้ารัฐจอร์เจีย ข้อมูลจะถูกปล่อยออกสู่ชุมชนทางดาราศาสตร์ทั้งหมดเพื่อการวิเคราะห์เพิ่มเติมและเอกสารสี่ฉบับใกล้จะเสร็จสมบูรณ์สำหรับการตีพิมพ์ในวารสาร Astrophysical และ The Astronomical Journal
Dr Isobel Hook ผู้นำกลุ่ม UK Gemini Support Group ซึ่งตั้งอยู่ที่ Oxford University เป็นสมาชิกของทีม Gemini Deep Deep Survey (GDDS) ข้ามชาติที่ดำเนินการสืบสวน เธออธิบายว่าเทคนิคนี้ทำงานอย่างไรทีมใช้เทคนิคพิเศษเพื่อจับแสงกาแล็กซี่ที่จางที่สุดที่เคยผ่าเข้าไปในรุ้งของสีที่เรียกว่าสเปกตรัม โดยรวมแล้วมีการรวบรวมสเปกตรัมจากกาแลคซีมากกว่า 300 แห่งซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในช่วงที่เรียกว่า“ Redshift Desert” ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่ยังไม่ได้สำรวจของเอกภพที่มองเห็นด้วยกล้องโทรทรรศน์มองย้อนกลับไปสู่ยุคที่จักรวาลมีอายุเพียง 3-6 พันล้านปี เก่า
เธอเสริมสเปกตรัมเหล่านี้เป็นตัวอย่างที่สมบูรณ์แบบที่สุดที่เคยได้รับจากกาแลคซีในทะเลทรายเรดชิฟต์ จากการได้รับข้อมูลจำนวนมากจากสี่สาขาที่แยกกันอย่างกว้างขวางการสำรวจครั้งนี้ให้พื้นฐานทางสถิติสำหรับการสรุปข้อสรุปที่น่าสงสัยจากการสำรวจในอดีตโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลหอสังเกตการณ์เคกกล้องโทรทรรศน์ซูบารุและกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มากในทศวรรษที่ผ่านมา
การศึกษากาแลคซีจาง ๆ ในยุคนี้เมื่อจักรวาลมีเพียง 20-40% ของอายุปัจจุบันแสดงให้เห็นถึงความท้าทายที่น่ากลัวสำหรับนักดาราศาสตร์แม้ว่าจะใช้ความสามารถในการรวบรวมแสงของกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มากอย่าง Gemini North ด้วยกระจกขนาด 8 เมตร การสำรวจกาแลคซีก่อนหน้าทั้งหมดในดินแดนนี้มุ่งเน้นไปที่กาแลคซีที่มีการก่อตัวดาวฤกษ์อย่างเข้มข้นซึ่งทำให้ง่ายต่อการได้รับสเป็คตรัม แต่สร้างตัวอย่างลำเอียง GDDS สามารถเลือกตัวอย่างที่เป็นตัวแทนได้มากขึ้นรวมถึงกาแลคซีที่มีดาวฤกษ์ปกติ, หรี่และกาแล็กซี่ขนาดใหญ่ที่สุดที่ต้องการเทคนิคพิเศษเพื่อเกลี้ยกล่อมสเปกตรัมจากแสงสลัวของพวกเขา
“ ข้อมูลของราศีเมถุนเป็นการสำรวจที่ครอบคลุมมากที่สุดเท่าที่เคยมีมาครอบคลุมกลุ่มกาแลคซีจำนวนมากซึ่งเป็นตัวแทนของสภาพในเอกภพยุคแรก ๆ นี่เป็นกาแลคซีขนาดใหญ่ที่ยากต่อการศึกษามากกว่าเนื่องจากไม่มีแสงสว่างจากการก่อตัวดาวฤกษ์ กาแลคซีที่พัฒนาขึ้นอย่างสูงเหล่านี้ซึ่งมีเยาวชนที่ก่อตัวดาวฤกษ์นั้นหายไปนานแล้ว แต่ไม่ควรจะอยู่ที่นั่น แต่ก็เป็นเช่นนั้น” Dr. Karl Glazebrook (Johns Hopkins University) ผู้ร่วมวิจัยหลัก
นักดาราศาสตร์ที่พยายามเข้าใจปัญหานี้อาจต้องวางทุกอย่างไว้บนโต๊ะ “ มันไม่ชัดเจนหากเราจำเป็นต้องปรับแต่งโมเดลที่มีอยู่หรือพัฒนาโมเดลใหม่เพื่อทำความเข้าใจกับการค้นพบนี้” ดร. Patrick McCarthy ผู้สำรวจร่วมคนที่สามของการสำรวจกล่าวว่า (หอสังเกตการณ์ของสถาบัน Carnegie) “ ค่อนข้างชัดเจนจากสเปกตรัมของราศีเมถุนว่ากาแลคซีเหล่านี้เป็นผู้ใหญ่มากและเราไม่เห็นผลของการบดบังฝุ่น เห็นได้ชัดว่ามีแง่มุมที่สำคัญบางประการเกี่ยวกับชีวิตช่วงแรกของกาแลคซีที่เราไม่เข้าใจ เป็นไปได้ว่าหลุมดำอาจแพร่หลายมากกว่าที่เราคิดในเอกภพยุคแรกและมีบทบาทมากขึ้นในการสร้างกาแลคซียุคแรก”
อะไรคือทฤษฎีวิวัฒนาการกาแลคซีที่เด่นชัดสมมุติฐานว่าประชากรของกาแลคซีในระยะแรกนี้ควรได้รับการครอบงำโดยกลุ่มอาคารวิวัฒนาการ มันเรียกว่าแบบจำลองลำดับชั้น (Hierarchical Model) มันทำนายว่ากาแลคซีธรรมดาถึงใหญ่เช่นที่ศึกษาในงานนี้จะยังไม่มีอยู่และจะเกิดขึ้นจากรังผึ้งของกิจกรรมที่กาแลคซีใหญ่โตขึ้นแทน GDDS เปิดเผยว่านี่อาจไม่เป็นเช่นนั้น
สเปคตรัมจากการสำรวจครั้งนี้ยังใช้เพื่อกำหนดมลพิษของก๊าซระหว่างดวงดาวด้วยธาตุหนัก (เรียกว่า“ โลหะ”) ที่ผลิตโดยดาว นี่เป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญของประวัติศาสตร์วิวัฒนาการของดาวฤกษ์ในกาแลคซี Sandra Savaglio (มหาวิทยาลัย Johns Hopkins) ผู้ศึกษาแง่มุมของการวิจัยกล่าวว่า“ การตีความจักรวาลของเราได้รับผลกระทบอย่างมากจากวิธีที่เราสังเกต เนื่องจาก GDDS ตรวจพบกาแลคซีที่อ่อนแอมากเราสามารถตรวจจับก๊าซระหว่างดวงดาวได้แม้ว่าจะถูกบดบังด้วยฝุ่น การศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของก๊าซระหว่างดวงดาวเราค้นพบว่ากาแลคซีในการสำรวจของเรานั้นอุดมด้วยโลหะมากกว่าที่คาดไว้”
ดร. ริชาร์ดเอลลิสนักดาราศาสตร์จากคาลเทคกล่าวว่า“ การสำรวจลึกของราศีเมถุนแสดงถึงความสำเร็จที่สำคัญมากทั้งในเชิงเทคนิคและเชิงวิทยาศาสตร์ การสำรวจได้จัดทำสำมะโนประชากรใหม่และมีค่าของกาแลคซีในช่วงเวลาสำคัญในประวัติศาสตร์จักรวาลซึ่งเป็นเรื่องยากที่จะศึกษาจนถึงปัจจุบันโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับองค์ประกอบที่เงียบสงบของประชากรกาแลคซี”
การสังเกตการณ์ใน Redshift Desert ทำให้นักดาราศาสตร์สมัยใหม่ผิดหวังในทศวรรษที่ผ่านมา ในขณะที่นักดาราศาสตร์รู้ว่ากาแลคซีจำนวนมากต้องอยู่ในทะเลทราย Redshift แต่เป็นเพียง“ ทะเลทราย” เพราะเราไม่สามารถรับสเปกตรัมที่ดีจากหลาย ๆ คน ปัญหาอยู่ที่ความจริงที่ว่าคุณสมบัติทางสเปกโทรสโกปีที่สำคัญที่ใช้ในการศึกษากาแลคซีเหล่านี้ได้รับการ redshifteddue เพื่อการขยายตัวของจักรวาลเป็นส่วนหนึ่งของสเปกตรัมแสงที่สอดคล้องกับแสงสลัวธรรมชาติในบรรยากาศยามค่ำคืนของโลก
เพื่อที่จะเอาชนะปัญหานี้ได้มีการใช้เทคนิคขั้นสูงที่เรียกว่า“ ผงกศีรษะและแบบสุ่ม” บนกล้องโทรทรรศน์ของราศีเมถุน “ เทคนิค Nod และ Shuffle ช่วยให้เราสามารถตัดแสงธรรมชาติที่จาง ๆ ของท้องฟ้ายามค่ำคืนออกมาเพื่อเผยให้เห็นสเปกตรัมของกาแลคซีที่อยู่ด้านล่าง กาแลคซีเหล่านี้มีความเงียบกว่า 300 เท่าของดวงอาทิตย์ส่องสว่าง” ดร. เคธีโรทนักดาราศาสตร์ของราศีเมถุนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของทีมและได้รับข้อมูลจำนวนมาก “ มันพิสูจน์แล้วว่าเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพอย่างมากในการลด“ เสียง” หรือระดับการปนเปื้อนที่พบในสัญญาณจากเครื่องตรวจจับแสงอิเล็กทรอนิกส์”
การสังเกตแต่ละครั้งใช้เวลาประมาณ 30 ชั่วโมงและสามารถผลิตสเปกตรัมได้เกือบ 100 ดวงในเวลาเดียวกัน โครงการทั้งหมดต้องใช้เวลากล้องโทรทรรศน์มากกว่า 120 ชั่วโมง “ นี่เป็นเวลาอันมีค่าจำนวนมากบนท้องฟ้า แต่เมื่อคุณคิดว่ามันช่วยให้เราสามารถเติมเต็มช่องว่างที่สำคัญ 20% ในการทำความเข้าใจจักรวาลของเรามันเป็นเวลาที่ใช้ไปอย่างคุ้มค่า” ดร. Glazebrook ผู้พัฒนา การใช้ Nod และ Shuffle ร่วมกับ Joss Hawthorn สำหรับการสังเกตกาแลคซีจาง ๆ ในขณะที่หอดูดาวแองโกล - ออสเตรเลียเมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา
การศึกษาก่อนหน้านี้ใน Redshift Desert มีสมาธิกับกาแลคซีซึ่งไม่จำเป็นต้องเป็นตัวแทนของระบบกระแสหลัก สำหรับการศึกษาครั้งนี้กาแลคซีได้รับการคัดเลือกอย่างระมัดระวังตามข้อมูลจากการสำรวจอินฟราเรดของ Las Campanas เพื่อให้มั่นใจว่ากาแลคซีที่เปล่งประกายรังสีอุลตราไวโอเลตที่แข็งแกร่งไม่ได้อยู่ในกลุ่มเดียวกัน “ การศึกษานี้มีความพิเศษในการที่เราสามารถศึกษาจุดจบของสเปกตรัมสีแดงและสิ่งนี้บอกเราเกี่ยวกับอายุของดาวฤกษ์อายุมาก” ดร. อับราฮัมกล่าว “ เรารับความเสี่ยงที่ยาวนานอย่างไม่น่าเชื่อกับ Geminiabout สิบเท่านานกว่าการเปิดรับทั่วไป สิ่งนี้ให้เราดูกาแลคซีที่แย่กว่าปกติและให้เรามุ่งเน้นไปที่กลุ่มดาวมากกว่าที่จะเป็นดาวฤกษ์อายุน้อยที่ฉูดฉาด สิ่งนี้ทำให้ง่ายขึ้นมากสำหรับเราที่จะหาว่ากาแลคซีพัฒนาขึ้นอย่างไร เราไม่ได้คาดเดาอีกต่อไปโดยการศึกษาวัตถุชิ้นเล็ก ๆ และสมมติว่าวัตถุเก่าไม่ได้มีส่วนช่วยเรื่องราววิวัฒนาการกาแลคซีมากนัก ปรากฎว่ามีกาแลคซีเก่าแก่จำนวนมากอยู่ที่นั่น แต่พวกมันหายากจริงๆ”
แหล่งต้นฉบับ: PPARC News Release
