3 ปีหลังจากการเปิดตัว JWST นี่คือสิ่งที่สอนเราเกี่ยวกับจักรวาล

วันนี้เมื่อสามปีที่แล้วเราได้เห็นการเปิดตัวที่ชวนตะลึงของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (JWST) ซึ่งเป็นกล้องโทรทรรศน์ที่ใหญ่ที่สุดและทรงพลังที่สุดเท่าที่มนุษย์เคยส่งไปในอวกาศ

JWST ใช้เวลาสร้าง 30 ปี แต่ภายในเวลาเพียง 3 ปีของการดำเนินงาน JWST ได้ปฏิวัติมุมมองของเราเกี่ยวกับจักรวาลแล้ว

สำรวจระบบสุริยะของเราเอง ศึกษาบรรยากาศของดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกลเพื่อค้นหาสัญญาณแห่งชีวิต และสำรวจส่วนลึกที่สุดเพื่อค้นหาดาวฤกษ์และกาแล็กซีกลุ่มแรกๆ ที่เกิดขึ้นในจักรวาล

นี่คือสิ่งที่ JWST สอนเราเกี่ยวกับจักรวาลในยุคแรกเริ่มนับตั้งแต่มีการเปิดตัว และความลึกลับใหม่ที่จักรวาลได้ค้นพบ

สัตว์ประหลาดสีน้ำเงินที่น่าขนลุก

JWST ได้ขยายขอบเขตว่าเราจะมองเข้าไปในจักรวาลได้ไกลแค่ไหนเพื่อค้นหาดาวดวงแรกและกาแลคซี เมื่อชั้นบรรยากาศของโลกอยู่ห่างไกลออกไป ตำแหน่งของมันในอวกาศทำให้เกิดสภาวะที่สมบูรณ์แบบในการมองเข้าไปในส่วนลึกของจักรวาลด้วยแสงอินฟราเรด

บันทึกปัจจุบันของกาแลคซีที่อยู่ไกลที่สุดที่ยืนยันโดย JWST ย้อนกลับไปในสมัยที่จักรวาลมีอายุประมาณ 300 ล้านปีเท่านั้น- น่าแปลกที่ภายในกรอบเวลาอันสั้นนี้ กาแลคซีนี้สามารถก่อตัวได้ประมาณ 400 ล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์ของเรา

สิ่งนี้บ่งชี้ว่าการก่อตัวดาวฤกษ์ในจักรวาลยุคแรกเริ่มมีประสิทธิภาพอย่างมาก และกาแล็กซีนี้ไม่ได้มีเพียงกาแล็กซีเดียวเท่านั้น

เมื่อกาแลคซีเติบโต ดาวฤกษ์ของพวกมันจะระเบิดทำให้เกิดฝุ่น ยิ่งกาแล็กซีใหญ่เท่าไรก็ยิ่งมีฝุ่นมากเท่านั้น ฝุ่นนี้ทำให้กาแลคซีปรากฏเป็นสีแดงเพราะดูดซับแสงสีน้ำเงิน แต่สิ่งที่จับได้คือ JWST ได้แสดงให้เห็นว่ากาแลคซีแรกๆ เหล่านี้มีความสว่างและมวลมากจนน่าตกใจและสีฟ้ามากโดยไม่มีร่องรอยของฝุ่นใดๆ นั่นเป็นปริศนาที่แท้จริง

มีหลายทฤษฎีที่อธิบายธรรมชาติอันแปลกประหลาดของกาแลคซีแรกๆ เหล่านี้ พวกมันมีดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ที่เพิ่งพังทลายลงเนื่องจากแรงโน้มถ่วงโดยไม่ได้เกิดการระเบิดซูเปอร์โนวาขนาดใหญ่หรือไม่?

หรือพวกมันมีการระเบิดครั้งใหญ่จนฝุ่นทั้งหมดถูกผลักออกไปจากกาแลคซีจนเผยให้เห็นแกนกลางสีน้ำเงินที่ปราศจากฝุ่น? บางทีฝุ่นอาจถูกทำลายเนื่องจากการแผ่รังสีที่รุนแรงจากดาวฤกษ์แปลกหน้าในยุคแรกๆ เหล่านี้ เรายังไม่รู้

เคมีที่ผิดปกติในกาแลคซียุคแรก

ดาวฤกษ์ในยุคแรกๆ ถือเป็นองค์ประกอบสำคัญของสิ่งที่กลายเป็นชีวิตในที่สุด จักรวาลเริ่มต้นด้วยเพียงไฮโดรเจน ฮีเลียม และลิเธียมจำนวนเล็กน้อย องค์ประกอบอื่นๆ ทั้งหมด ตั้งแต่แคลเซียมในกระดูกไปจนถึงออกซิเจนในอากาศที่เราหายใจ ถูกสร้างขึ้นในแกนกลางของดาวเหล่านี้

JWST ได้ค้นพบสิ่งนั้นกาแลคซียุคแรกๆ ก็มีคุณสมบัติทางเคมีที่ผิดปกติเช่นกัน-

พวกมันมีไนโตรเจนอยู่เป็นจำนวนมาก ซึ่งมากกว่าที่เราสังเกตเห็นในดวงอาทิตย์มาก ในขณะที่โลหะอื่นๆ ส่วนใหญ่จะมีปริมาณน้อยกว่า สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่ามีกระบวนการต่างๆ ที่เกิดขึ้นในจักรวาลยุคแรกๆ ที่เรายังไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้

JWST ได้แสดงแบบจำลองของเราว่าดาวฤกษ์ขับเคลื่อนวิวัฒนาการทางเคมีของกาแลคซียังคงไม่สมบูรณ์ หมายความว่าเรายังไม่เข้าใจเงื่อนไขที่นำไปสู่การดำรงอยู่ของเราอย่างถ่องแท้

สิ่งเล็กๆ น้อยๆ ที่ยุติความมืดมนแห่งจักรวาล

การใช้กระจุกกาแลคซีขนาดใหญ่เป็นแว่นขยายขนาดยักษ์ กล้องที่มีความไวของ JWST ยังสามารถมองลึกเข้าไปในจักรวาลได้เพื่อค้นหากาแล็กซีที่จางที่สุด-

เราพยายามค้นหาจุดที่กาแล็กซีสลัวจนหยุดก่อตัวดาวฤกษ์โดยสิ้นเชิง สิ่งนี้ช่วยให้เราเข้าใจสภาวะที่การก่อตัวของกาแลคซีสิ้นสุดลง

JWST ยังไม่พบขีดจำกัดนี้ อย่างไรก็ตาม มันได้ค้นพบกาแลคซีจางๆ จำนวนมากมากกว่าที่คาดไว้ โดยเปล่งแสงมากกว่าโฟตอนที่มีพลัง (อนุภาคแสง) ที่เราคาดไว้ถึงสี่เท่า

การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นว่ากาแลคซีขนาดเล็กเหล่านี้อาจมีบทบาทสำคัญในการสิ้นสุดของจักรวาล "ยุคมืด"ไม่นานหลังจากนั้น-

คดีลึกลับจุดแดงเล็กๆ

ภาพแรกของ JWST ส่งผลให้เกิดการค้นพบที่น่าทึ่งและไม่คาดคิดอีกครั้งหนึ่ง เอกภพในยุคแรกๆ นั้นมี "จุดสีแดงเล็กๆ": แหล่งสีแดงที่มีขนาดกะทัดรัดมากโดยไม่ทราบที่มา

ตอนแรกก็คิดว่าเป็นกาแล็กซีหนาแน่นมหาศาลขนาดยักษ์ที่ไม่น่าจะเกิดขึ้นได้แต่การสังเกตโดยละเอียดในปีที่ผ่านมาเผยให้เห็นการผสมผสานระหว่างคุณสมบัติที่น่าสงสัยและขัดแย้งกันอย่างลึกซึ้ง

ก๊าซไฮโดรเจนสว่างเปล่งแสงด้วยความเร็วมหาศาล หลายพันกิโลเมตรต่อวินาที ลักษณะก๊าซหมุนวนรอบมวลมหาศาล-

ปรากฏการณ์นี้เรียกว่านิวเคลียสดาราจักรกัมมันต์ มักจะบ่งชี้ถึงกการให้อาหารอย่างบ้าคลั่งที่ซึ่งหลุมดำมวลมหาศาลกลืนกินก๊าซที่อยู่รอบๆ มัน และเติบโตอย่างรวดเร็ว

แต่สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่นิวเคลียสของกาแลกติกที่แอคทีฟในสวนของคุณ สำหรับผู้เริ่มต้น: พวกมันจะไม่ปล่อยรังสีเอกซ์ที่ตรวจพบได้ใดๆ อย่างที่คาดไว้ตามปกติ สิ่งที่น่าสนใจยิ่งกว่านั้นก็คือ พวกมันดูเหมือนมีลักษณะของประชากรดาวฤกษ์

กาแลคซีเหล่านี้อาจเป็นทั้งดวงดาวและนิวเคลียสของกาแลคซีกัมมันต์ในเวลาเดียวกันได้หรือไม่? หรือมีขั้นตอนวิวัฒนาการอยู่ระหว่างนั้น? ไม่ว่าพวกมันจะเป็นเช่นไร จุดสีแดงเล็กๆ อาจจะสอนเราบางอย่างเกี่ยวกับการกำเนิดของมวลมหาศาลทั้งสองและดวงดาวในกาแล็กซี่

กาแล็กซียุคแรกสุดที่เป็นไปไม่ได้

เช่นเดียวกับกาแลคซีในยุคแรกเริ่มที่มีชีวิตชีวาอย่างยิ่งJWST ยังพบศพที่เสียชีวิตอย่างมากอีกด้วย: กาแลคซีในจักรวาลยุคแรกเริ่มที่เป็นแหล่งสะสมดาวฤกษ์อันเข้มข้นในยามรุ่งสางของจักรวาล

ศพเหล่านี้ถูกค้นพบโดยกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลและภาคพื้นดิน แต่มีเพียง JWST เท่านั้นที่มีอำนาจในการผ่าแสงเพื่อเผยให้เห็นว่าพวกเขาตายไปนานแค่ไหน

ได้ค้นพบกาแลคซีมวลมหาศาลบางแห่ง (มวลเท่ากับทางช้างเผือกของเราในปัจจุบันและอื่นๆ อีกมากมาย) ซึ่งก่อตัวขึ้นในช่วง 700 ล้านปีแรกของประวัติศาสตร์จักรวาล แบบจำลองการก่อตัวของกาแลคซีในปัจจุบันของเราไม่สามารถอธิบายวัตถุเหล่านี้ได้ พวกมันใหญ่เกินไปและก่อตัวเร็วเกินไป

นักจักรวาลวิทยายังคงถกเถียงกันว่าแบบจำลองสามารถโค้งงอให้พอดีได้หรือไม่ (เช่น การกำเนิดดาวฤกษ์ในยุคแรก ๆ อาจมีประสิทธิภาพอย่างมาก) หรือเราต้องพิจารณาธรรมชาติของดาวฤกษ์อีกครั้งหรือไม่และมันก่อให้เกิดวัตถุที่พังทลายลงตั้งแต่เนิ่นๆ ได้อย่างไร

JWST จะเปิดตัววัตถุเหล่านี้อีกมากมายในปีหน้า และศึกษาวัตถุที่มีอยู่โดยละเอียดมากขึ้น ไม่ว่าจะด้วยวิธีใดเราจะรู้ในไม่ช้า

อะไรต่อไปสำหรับ JWST?

ในระยะแรก กล้องโทรทรรศน์ได้เผยให้เห็นข้อบกพร่องหลายประการของแบบจำลองจักรวาลของเราในปัจจุบัน ในขณะที่เรากำลังปรับแต่งโมเดลของเราเพื่อรองรับการอัปเดตที่ JWST นำมาให้เรา เราก็รู้สึกตื่นเต้นมากที่สุดกับสิ่งแปลกปลอมที่ไม่รู้จัก

จุดสีแดงลึกลับซ่อนตัวจากสายตาของเรา มีอะไรอีกที่ยังคงอยู่ในส่วนลึกของจักรวาล? JWST จะบอกเราเร็วๆ นี้

เถมิยะ นานายัครนักวิทยาศาสตร์จากศูนย์ข้อมูลออสเตรเลียเจมส์ เวบบ์มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสวินเบิร์น-อิโว ลาบเบ, ARC Future Fellow / รองศาสตราจารย์,มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสวินเบิร์น, และคาร์ล เกลซบรูค, ผู้ทรงเกียรติ ARC และศาสตราจารย์พิเศษ ศูนย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์และซูเปอร์คอมพิวเตอร์มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสวินเบิร์น

บทความนี้เผยแพร่ซ้ำจากการสนทนาภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่านบทความต้นฉบับ-