จักรวาลเคยเป็นสีน้ำเงินมากขึ้น

เครดิตรูปภาพ: ESO

ถึงแม้ว่าในปัจจุบันจักรวาลจะมีสีเบจโดยรวม แต่ก็เคยเป็นสีน้ำเงินมากขึ้นตามที่นักดาราศาสตร์จากหอดูดาวยุโรปใต้ นักดาราศาสตร์หาระยะทางและสีให้กับกาแลคซี 300 แห่งซึ่งอยู่ในการสำรวจฮับเบิลสกายสกายซึ่งสำรวจพื้นที่ของท้องฟ้าในกลุ่มดาวทัสคานาตอนใต้

ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติ [1] ได้กำหนดสีของจักรวาลเมื่อยังเด็กมาก ในขณะที่จักรวาลตอนนี้เป็นสีเบจมันเป็นสีฟ้าในอดีตอันไกลโพ้นในเวลาที่มีอายุเพียง 2,500 ล้านปีเท่านั้น

นี่คือผลลัพธ์ของการวิเคราะห์อย่างละเอียดและครอบคลุมของกาแลคซีมากกว่า 300 แห่งที่พบเห็นในพื้นที่ภาคใต้ของท้องฟ้าขนาดเล็กที่เรียกว่าฮับเบิลฟิลด์ใต้ เป้าหมายหลักของการศึกษาขั้นสูงนี้คือการเข้าใจว่าเนื้อหาตัวเอกของจักรวาลได้รวมตัวกันและเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลาอย่างไร

นักดาราศาสตร์ชาวดัตช์ Marijn Franx สมาชิกในทีมจาก Leiden Observatory (เนเธอร์แลนด์) อธิบายว่า: "สีฟ้าของเอกภพยุคแรกเกิดจากแสงสีน้ำเงินส่วนใหญ่จากดาวฤกษ์อายุน้อยในกาแลคซี สีแดงของนิตยสารอวกาศเกิดจากดาวฤกษ์ที่มีอายุมากกว่าและมีสีแดงมากกว่า

Gregory Rudnick หัวหน้าทีมจาก Max-Planck Institut f? r Astrophysics (Garching, Germany) กล่าวเพิ่มเติม:“ เนื่องจากปริมาณแสงทั้งหมดในจักรวาลในอดีตนั้นใกล้เคียงกับวันนี้และดาวสีน้ำเงินดวงเล็ก ๆ เปล่งออกมามากกว่านี้ แสงน้อยกว่าดาวแดงเก่า ๆ มันน่าจะมีดาวน้อยกว่าในเอกภพอายุน้อยกว่าที่มีอยู่ในขณะนี้ การค้นพบใหม่ของเราบ่งบอกว่าดวงดาวส่วนใหญ่ในเอกภพก่อตัวค่อนข้างช้าไม่นานก่อนที่ดวงอาทิตย์ของเราจะเกิดในขณะที่เอกภพมีอายุประมาณ 7,000 ล้านปี”

ผลลัพธ์ใหม่เหล่านี้ขึ้นอยู่กับข้อมูลที่ไม่ซ้ำกันซึ่งเก็บรวบรวมในระหว่างการสังเกตมากกว่า 100 ชั่วโมงด้วยเครื่องมือมัลติโหมด ISAAC ที่ Very Large Telescope (VLT) ของ ESO ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการวิจัยที่สำคัญการสำรวจ Extragalactic Faint InfraRed (FIRES) ระยะทางถึงกาแลคซีนั้นประเมินจากความสว่างของพวกมันในแถบแสงที่มีความยาวคลื่นแสงใกล้อินฟราเรดหลายแบบ

สำรวจเอกภพยุคแรก
ตอนนี้เป็นที่ทราบกันดีว่าดวงอาทิตย์ก่อตัวขึ้นเมื่อ 4.5 พันล้านปีก่อน แต่ดาวดวงอื่นส่วนใหญ่ในกาแลคซีบ้านของเราเมื่อไหร่ แล้วดาราจักรในกาแลคซีอื่น ๆ ล่ะ? นี่คือคำถามสำคัญบางส่วนในดาราศาสตร์ในปัจจุบัน แต่สามารถตอบได้ด้วยการสำรวจด้วยกล้องโทรทรรศน์ที่ใหญ่ที่สุดในโลกเท่านั้น

วิธีหนึ่งในการแก้ไขปัญหาเหล่านี้คือการสังเกตจักรวาลที่อายุน้อยมากโดยตรงโดยมองย้อนกลับไปในอดีต สำหรับเรื่องนี้นักดาราศาสตร์ใช้ประโยชน์จากความจริงที่ว่าแสงที่ปล่อยออกมาจากกาแลคซีไกลมากเดินทางเป็นเวลานานก่อนที่จะถึงเรา ดังนั้นเมื่อนักดาราศาสตร์มองดูวัตถุระยะไกลพวกเขาเห็นพวกมันตามที่ปรากฏมานานแล้ว

อย่างไรก็ตามกาแลคซีระยะไกลเหล่านั้นสลัวมากและการสำรวจเหล่านี้จึงยากทางเทคนิค ภาวะแทรกซ้อนอีกอย่างหนึ่งก็คือเนื่องจากการขยายตัวของเอกภพแสงจากกาแลคซีเหล่านี้จะเปลี่ยนไปทางความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น [2] ซึ่งอยู่นอกขอบเขตความยาวคลื่นแสงและเข้าสู่บริเวณอินฟราเรด

เพื่อศึกษากาแลคซียุคแรกเหล่านั้นในรายละเอียดบางอย่างนักดาราศาสตร์จึงต้องใช้กล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินที่ใหญ่ที่สุดในการเก็บรวบรวมแสงจาง ๆ ของพวกเขาในระหว่างการเปิดรับแสงนานมาก นอกจากนี้พวกเขาจะต้องใช้เครื่องตรวจจับที่ไวต่อแสงอินฟราเรด

กล้องดูดาวยักษ์
“ Hubble Deep Field South (HDF-S)” เป็นส่วนเล็ก ๆ ของท้องฟ้าในกลุ่มดาว Tucanae ทางตอนใต้ (“ the Toucan”) มันถูกเลือกสำหรับการศึกษาอย่างละเอียดด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (HST) และกล้องโทรทรรศน์ทรงพลังอื่น ๆ ภาพออปติคัลของฟิลด์นี้ที่ได้รับจาก HST แสดงเวลาการเปิดรับแสงรวม 140 ชั่วโมง กล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินหลายแห่งยังได้รับภาพและสเปกตรัมของวัตถุในพื้นที่ท้องฟ้านี้โดยเฉพาะกล้องโทรทรรศน์ ESO ในชิลี

พื้นที่ท้องฟ้าที่ 2.5 x 2.5 arcmin2 ในทิศทางของ HDF-S ถูกสังเกตในบริบทของการศึกษาอย่างละเอียด (การสำรวจ Extragalactic Faint InfraRed; FIRES ดู ESO PR 23/02) มันใหญ่กว่าสนามที่ปกคลุมด้วยกล้อง WFPC2 บน HST เล็กน้อย แต่ก็ยังมีขนาดเล็กกว่าพื้นที่ 100 เท่าที่เต็มไปด้วยพระจันทร์เต็มดวง

เมื่อใดก็ตามที่เขตข้อมูลนี้สามารถมองเห็นได้จาก ESO Paranal Observatory และสภาพบรรยากาศเหมาะสมที่สุดนักดาราศาสตร์ ESO ชี้กล้องโทรทรรศน์ VLT ANTU ขนาด 8.2 ม. ในทิศทางนี้ถ่ายภาพอินฟราเรดใกล้ด้วยอุปกรณ์ ISAAC หลายโหมด โดยรวมแล้วสนามได้รับการสังเกตมานานกว่า 100 ชั่วโมงและภาพที่ได้ (ดู ESO PR 23/02) เป็นมุมมองพื้นดินที่ลึกที่สุดในแถบ Js- และ H-infrared ใกล้อินฟราเรด ภาพ Ks-band นั้นลึกที่สุดเท่าที่เคยมีมาในสนามฟ้าในแถบสเปกตรัมนี้ไม่ว่าจากพื้นดินหรือจากอวกาศ

ข้อมูลเฉพาะเหล่านี้ให้มุมมองที่ยอดเยี่ยมและตอนนี้ได้อนุญาตให้มีการศึกษาประชากรกาแลคซีอย่างไม่เคยปรากฏมาก่อนในจักรวาลเล็ก อันที่จริงเนื่องจากเงื่อนไขการดูที่ Paranal ที่ยอดเยี่ยมข้อมูลที่ได้จาก VLT มีความคมชัดของภาพที่ยอดเยี่ยม (“ การมองเห็น” ที่ 0.48 อาร์คเซค) และสามารถนำมารวมกับข้อมูลออปติคัล HST ที่แทบไม่มีการสูญเสียคุณภาพ

สีฟ้าอ่อน
นักดาราศาสตร์สามารถตรวจจับกาแลคซี 300 ภาพได้อย่างไม่น่าเชื่อ สำหรับแต่ละของพวกเขาพวกเขาวัดระยะทางโดยกำหนด redshift [2] สิ่งนี้ทำโดยวิธีการที่เพิ่งปรับปรุงใหม่ซึ่งอิงจากการเปรียบเทียบความสว่างของวัตถุแต่ละชิ้นในแถบสเปกตรัมแต่ละเส้นกับชุดของกาแลคซีใกล้เคียง

ด้วยวิธีนี้กาแลคซีถูกพบในพื้นที่ที่มีการเปลี่ยนสีแดงสูงถึง z = 3.2 ซึ่งสอดคล้องกับระยะทางประมาณ 11,500 ล้านปีแสง ในคำอื่น ๆ นักดาราศาสตร์ได้เห็นแสงของกาแลคซีที่ห่างไกลเหล่านี้เหมือนที่เคยเป็นเมื่อเอกภพมีอายุเพียงประมาณ 2.2 พันล้านปีเท่านั้น

นักดาราศาสตร์ต่อไปกำหนดปริมาณของแสงที่ปล่อยออกมาจากกาแลคซีแต่ละแห่งในลักษณะที่ผลของการเปลี่ยนสีแดงถูก“ ลบ” นั่นคือพวกเขาวัดปริมาณของแสงที่ความยาวคลื่น (สี) ที่แตกต่างกันซึ่งมันจะถูกบันทึกโดยผู้สังเกตการณ์ใกล้กับกาแลคซีนั้น แน่นอนว่านี่หมายถึงแสงจากดวงดาวที่ไม่ถูกบดบังด้วยฝุ่น

เมื่อรวมกับแสงที่ปล่อยออกมาในช่วงความยาวคลื่นที่แตกต่างกันของกาแลคซีทั้งหมดในยุคอวกาศที่กำหนดนักดาราศาสตร์ก็สามารถกำหนดสีเฉลี่ยของจักรวาล ("สีจักรวาล") ในยุคนั้นได้ ยิ่งไปกว่านั้นพวกเขาสามารถวัดได้ว่าสีนั้นเปลี่ยนไปอย่างไรเมื่อเอกภพมีอายุมากขึ้น

พวกเขาสรุปว่าสีของจักรวาลกำลังจะจางลงตามกาลเวลา โดยเฉพาะอย่างยิ่งมันเป็นสีฟ้าในอดีต; ตอนนี้มีอายุเกือบ 14,000 ล้านปีจักรวาลมีสีเบจ

ดาวก่อตัวเมื่อใด
การเปลี่ยนสีของจักรวาลเมื่อเวลาผ่านไปอาจน่าสนใจในตัวมันเอง แต่มันก็เป็นเครื่องมือสำคัญในการพิจารณาว่าดาวฤกษ์รวมตัวกันอย่างรวดเร็วในจักรวาลได้อย่างไร

อันที่จริงในขณะที่การก่อตัวดาวฤกษ์ในกาแลคซีแต่ละแห่งอาจมีประวัติที่ซับซ้อนบางครั้งก็เร่งให้กลายเป็น“ การปะทุของดาว” ที่แท้จริงการสำรวจใหม่ซึ่งขณะนี้อยู่บนพื้นฐานของกาแลคซีหลายแห่ง - แสดงให้เห็นว่า ง่ายกว่ามาก เรื่องนี้เห็นได้ชัดจากการสังเกตการเปลี่ยนแปลงสีของจักรวาลอย่างราบรื่นเมื่อเอกภพมีอายุมากขึ้น

การใช้สีของจักรวาลนักดาราศาสตร์ก็สามารถที่จะกำหนดอายุเฉลี่ยของดาวฤกษ์ที่ไม่ได้รับการปกป้องในเอกภพที่เปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา เนื่องจากจักรวาลมีสีฟ้ามากในอดีตมากกว่าตอนนี้พวกเขาจึงสรุปว่าจักรวาลไม่ได้ผลิตดาวสีฟ้า (มวลสูงอายุสั้น) มากเท่าที่เคยเป็นมาก่อนในขณะเดียวกันก็มีสีแดง (มวลต่ำ) ดาวที่มีอายุยาวนาน) จากการก่อตัวดาวฤกษ์รุ่นก่อน ๆ ยังคงปรากฏอยู่ ดาวมวลสูงสีฟ้าจะตายเร็วกว่าดาวมวลต่ำสีแดงและดังนั้นเมื่ออายุของกลุ่มดาวเพิ่มขึ้นดาวอายุสั้นสีน้ำเงินก็จะตายและสีเฉลี่ยของกลุ่มจะกลายเป็นสีแดง จักรวาลทั้งหมดก็เช่นกัน

พฤติกรรมนี้มีความคล้ายคลึงกับแนวโน้มความชราในประเทศตะวันตกสมัยใหม่ที่มีเด็กเกิดน้อยกว่าในอดีตและผู้คนมีอายุยืนยาวกว่าในอดีตโดยมีผลกระทบโดยรวมที่อายุเฉลี่ยของประชากรเพิ่มขึ้น

นักดาราศาสตร์พิจารณาว่ามีดาวฤกษ์เกิดขึ้นกี่ดวงแล้วเมื่อเอกภพมีอายุเพียง 3,000 ล้านปีเท่านั้น ดาวฤกษ์อายุน้อย (สีน้ำเงิน) เปล่งแสงมากกว่าดวงดาวที่มีอายุมากกว่า (แดง) อย่างไรก็ตามเนื่องจากมีแสงสว่างในจักรวาลน้อยเกือบทุกวันนี้ - แม้ว่ากาแลคซีในปัจจุบันจะมีสีแดงมากขึ้น - นี่ก็หมายความว่ามีดาวในเอกภพยุคแรกน้อยลงกว่าทุกวันนี้ การศึกษาปัจจุบันแสดงให้เห็นว่ามีดาวน้อยกว่าสิบเท่าในเวลานั้นเร็วกว่าตอนนี้

ในที่สุดนักดาราศาสตร์พบว่าประมาณครึ่งหนึ่งของดวงดาวในกาแลคซีที่สำรวจเกิดขึ้นหลังจากเวลาที่เอกภพมีอายุประมาณครึ่งหนึ่ง (ประมาณ 7,000 ล้านปีหลังจากบิ๊กแบง) เหมือนในปัจจุบัน (14,000 ล้านปี)

แม้ว่าผลลัพธ์นี้ได้มาจากการศึกษาเกี่ยวกับทุ่งหญ้าขนาดเล็กมากและดังนั้นจึงอาจไม่ได้เป็นตัวแทนของจักรวาลโดยรวม แต่ผลลัพธ์ปัจจุบันได้แสดงให้เห็นว่าอยู่ในทุ่งนาอื่น

แหล่งต้นฉบับ: ข่าว ESO