ทีมนักวิจัยชี้ว่าดาวฤกษ์เกิดใหม่ที่อยู่รวมกันหนาแน่นในกาแล็กซีแห่งหนึ่ง ได้เปลี่ยนกลุ่มก๊าซโดยรอบจากสภาพทึบแสงให้โปร่งใสในช่วงเวลาเพียง 1,400 ล้านปีหลังเหตุการณ์บิกแบง (Big Bang)
นักดาราศาสตร์ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (Hubble Space Telescope) ขององค์การนาซาและองค์การอวกาศยุโรป (NASA/ESA) ค้นพบสิ่งที่เหนือความคาดหมาย นั่นคือแสงอัลตราไวโอเลต (ultraviolet light) จากกาแล็กซีที่ปรากฏขึ้นเพียง 1,400 ล้านปีหลังบิกแบง กาแล็กซีแห่งนี้ประกอบด้วยดาวฤกษ์เกิดใหม่จำนวนมากที่กระจุกตัวอยู่อย่างหนาแน่น ดาวเหล่านี้ปล่อยแสงที่ทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออน (ionising light) ซึ่งสามารถเปลี่ยนสภาพก๊าซที่เป็นกลางและทึบแสงทั้งภายในและบริเวณรอบนอกของกาแล็กซีให้โปร่งใส และเปิดทางให้เรามองเห็นอวกาศได้ชัดเจนขึ้น การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นว่ากาแล็กซีลักษณะคล้ายกันในเอกภพยุคแรกเริ่ม เป็นตัวการสำคัญที่ช่วยสลายหมอกก๊าซไฮโดรเจนที่เป็นกลางซึ่งเคยปกคลุมอยู่เต็มอวกาศ
กาแล็กซีดังกล่าวมีรหัสว่า MXDFz4.4 ดำรงอยู่ในช่วงปลายของยุคการแตกตัวเป็นไอออนซ้ำ (era of reionisation) ซึ่งเป็นยุคแห่งการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ของเอกภพ ในช่วงเวลาประมาณ 1,000 ล้านปีแรกของเอกภพ ก๊าซที่อยู่ระหว่างดาวฤกษ์และกาแล็กซีมีสภาพทึบต่อแสงอัลตราไวโอเลตพลังงานสูง เมื่อเวลาผ่านไป ก๊าซในทุกพื้นที่จึงเริ่มโปร่งใสหรือแตกตัวเป็นไอออน (ionised) การเปลี่ยนแปลงนี้ไม่ได้เกิดขึ้นในทันทีทันใด แต่คาดว่าใช้เวลานานหลายร้อยล้านปี ปัจจุบันนักวิจัยยังคงรวบรวมหลักฐานเพื่อทำความเข้าใจกระบวนการนี้อย่างถ่องแท้ กาแล็กซี MXDFz4.4 จึงถือเป็นกรณีศึกษาเบื้องต้นที่มีความสำคัญอย่างยิ่ง
อิลียัส คูฟาร์ตส์ (Ilias Goovaerts) นักวิจัยหลังปริญญาเอก (postdoctoral fellow) จากสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศ (Space Telescope Science Institute: STScI) ในเมืองบัลติมอร์ (Baltimore) ผู้เขียนหลักของงานวิจัยกล่าวว่า “ก่อนหน้านี้เราเคยคิดว่าการสังเกตการณ์กาแล็กซีลักษณะนี้เป็นไปไม่ได้ นักวิจัยคาดการณ์ว่า หมอกหรือไฮโดรเจนที่เป็นกลางซึ่งแผ่ปกคลุมเอกภพยุคแรกเริ่มจะหนาทึบเกินไปจนบดบังแสงที่แตกตัวเป็นไอออนไว้ แต่กล้องฮับเบิลไม่เพียงแต่จับภาพแสงดังกล่าวได้ แต่ยังช่วยเผยให้เห็นรายละเอียดอันน่าทึ่งเกี่ยวกับคุณลักษณะของกาแล็กซีแห่งนี้ด้วย”
ดาวฤกษ์เกิดใหม่ที่มีมวลมากจะแผ่แสงอัลตราไวโอเลตที่สามารถทำให้อะตอมของไฮโดรเจนแตกตัวเป็นไอออนได้ ขณะที่แสงนี้เดินทางนานกว่า 12,000 ล้านปีกว่าจะมาถึงกล้องฮับเบิล อวกาศได้เกิดการขยายตัว ทำให้ความยาวคลื่นแสงยืดออกหรือเกิดการเลื่อนทางแดง (redshift) กลายเป็นแสงที่มองเห็นได้ (visible light) ด้วยช่วงความยาวคลื่นที่กล้องฮับเบิลครอบคลุม ผสานกับความไวและความละเอียดจากการมีจุดสังเกตการณ์ในอวกาศ ทำให้กล้องโทรทรรศน์แห่งนี้เป็นเพียงตัวเดียวที่สามารถจับภาพแสงอัลตราไวโอเลตจากเอกภพยุคแรกเริ่มได้
อายุขัยของดาวฤกษ์มวลมากก็มีบทบาทสำคัญเช่นกัน เนื่องจากพวกมันมีอายุเพียงไม่กี่ล้านปี ดาวหลายดวงเกิดการระเบิดเป็นซูเปอร์โนวา (supernovae) ซึ่งปลดปล่อยพลังงานมหาศาลและสร้างช่องโหว่ขนาดมหึมา ทำให้แสงหลุดรอดออกมาได้มากยิ่งขึ้น
ทีมงานใช้ข้อมูลจากกล้องเจมส์เว็บบ์เพื่อประเมินมวลของกาแล็กซี วิเคราะห์ดาวฤกษ์ที่มีอายุมากกว่า และวัดประวัติการก่อตัวของดาวฤกษ์ในกาแล็กซี ดาวฤกษ์ที่เก่าแก่กว่าในกาแล็กซีแห่งนี้มีมวลน้อยกว่าและมีอุณหภูมิต่ำกว่า จึงไม่ใช่สาเหตุที่ทำให้ก๊าซโดยรอบเปลี่ยนแปลงไป การเปรียบเทียบข้อมูลระหว่างกล้องฮับเบิลกับกล้องเจมส์เว็บบ์ยังแสดงให้เห็นว่าการก่อตัวของดาวฤกษ์เมื่อเร็ว ๆ นี้เกิดขึ้นอย่างฉับพลัน
การศึกษายุคการแตกตัวเป็นไอออนซ้ำเป็นความพยายามที่ดำเนินมาหลายทศวรรษ นักวิจัยใช้สถิติเกี่ยวกับประชากรดาวฤกษ์ในกาแล็กซีใกล้เคียงที่สามารถสังเกตได้อย่างละเอียด มาสร้างสมมติฐานที่มีน้ำหนักเพื่ออธิบายสิ่งที่อาจเกิดขึ้นในกาแล็กซียุคแรกเริ่มของเอกภพ ส่วนหนึ่งเป็นเพราะประชากรดาวฤกษ์ในยุคเริ่มแรกนั้นอยู่ไกลเกินกว่าจะมองเห็นรายละเอียดใด ๆ ได้
ในปี ค.ศ. 2023 นักวิจัยที่ใช้กล้องเจมส์เว็บบ์ได้แสดงให้เห็นว่าดาวฤกษ์ในกาแล็กซีแผ่แสงออกมาเพียงพอที่จะให้ความร้อนและทำให้ก๊าซรอบ ๆ แตกตัวเป็นไอออนในช่วง 900 ล้านปีหลังบิกแบง นี่ถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญ แต่นักดาราศาสตร์ยังต้องการศึกษาการค้นพบจากกาแล็กซีอย่าง MXDFz4.4 เพื่ออธิบายอย่างสมบูรณ์ว่ากระบวนการดังกล่าวเกิดขึ้นได้อย่างไร เนื่องจากกาแล็กซีแห่งนี้แสดงให้เห็นว่าแสงพลังงานสูงจากดาวฤกษ์เกิดใหม่สามารถหลุดรอดจากก๊าซและฝุ่นที่อยู่ภายในตัวกาแล็กซีเองได้อย่างไร และมีความเป็นไปได้ว่ายังมีกาแล็กซีอื่น ๆ ลักษณะคล้าย MXDFz4.4 ที่รอการค้นพบอยู่อีก
ข้อมูลอ้างอิง: NASA/ESA Hubble
- Hubble details early galaxy transforming neighbourhood
