มันน่าถ่อมตัวพอๆ กับการกระตุ้นให้คิดว่าเรายังต้องเรียนรู้เกี่ยวกับจักรวาลอีกมากเพียงใด ฉันและผู้ร่วมมือได้ไขปริศนาลึกลับอย่างหนึ่งของดาราศาสตร์ฟิสิกส์: กาแลคซีทรงรีขนาดมหึมาสามารถก่อตัวได้อย่างไร
ตอนนี้ เป็นครั้งแรกที่เรามีหลักฐานเชิงสังเกตที่ชัดเจนที่ให้คำตอบ ผลลัพธ์ของเราเพิ่งได้รับการตีพิมพ์ในธรรมชาติ-
กาแลคซี่ในจักรวาลปัจจุบันตกอยู่ในนั้นสองประเภทกว้าง ๆ- มีกาแลคซีกังหันหลายแห่ง เช่น ทางช้างเผือกซึ่งมีก๊าซมากมายและก่อตัวดาวฤกษ์อย่างต่อเนื่องในจานหมุน นอกจากนี้ยังมีกาแลคซีทรงรีซึ่งมีขนาดใหญ่และเป็นทรงกลมมากกว่าแบน คล้ายกับลูกรักบี้
อย่างหลังไม่ได้ผลิตดาวดวงใหม่แต่ถูกครอบงำโดยดาวฤกษ์ที่ก่อตัวเมื่อกว่าหมื่นล้านปีก่อน
การก่อตัวของกาแลคซีทรงรีเป็นเรื่องยากที่จะอธิบายมานานแล้วด้วยแบบจำลองทางจักรวาลวิทยาที่บรรยายวิวัฒนาการของจักรวาลจากถึงตอนนี้ ความท้าทายอย่างหนึ่งก็คือการก่อตัวดาวฤกษ์ในยุคที่กาแลคซีทรงรีก่อตัว (10 พันล้านถึง 12 พันล้านปีก่อน)คิดว่าจะเกิดขึ้นภายในจานหมุนขนาดใหญ่คล้ายกับทางช้างเผือกของเราเอง
แล้วกาแลคซีเปลี่ยนรูปร่างจากจานแบนไปเป็นกาแลคซีทรงรีสามมิติได้อย่างไร
การสังเกตกับแอลมา
โดยการวิเคราะห์ข้อมูลจากAtacama อาร์เรย์มิลลิเมตร/ซับมิลลิเมตรขนาดใหญ่ (อัลมา)เราได้ระบุสถานที่กำเนิดของกาแลคซีทรงรีขนาดยักษ์
เราค้นพบว่ากาแลคซีทรงรีในท้องถิ่นสามารถก่อตัวผ่านการก่อตัวดาวฤกษ์ที่รุนแรงและมีอายุสั้นในช่วงต้นของจักรวาล ตรงข้ามกับการเริ่มต้นเป็นจานหมุนและกลายเป็นวงรีมากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป
การศึกษาของเราตรวจสอบการกระจายตัวของฝุ่นในกาแลคซีไกลโพ้นมากกว่า 100 แห่ง ซึ่งเรารู้ว่ากำลังก่อตัวดาวฤกษ์จำนวนมากในสมัยที่เอกภพมีอายุระหว่าง 2.2 พันล้านถึง 5.9 พันล้านปี
ฝุ่นบ่งชี้ถึงการมีอยู่ของก๊าซ ซึ่งเป็นสสารที่ก่อให้เกิดดาวดวงใหม่ และช่วยให้เราสามารถศึกษาบริเวณภายในกาแลคซีที่กำลังก่อตัวดาวดวงใหม่อย่างแข็งขัน
ด้วยการใช้เทคนิคการสังเกตแบบใหม่ เราพบว่าฝุ่นในกาแลคซีไกลโพ้นเหล่านี้มีขนาดกะทัดรัดมากและไม่ใช่สิ่งที่เราคาดหวังจากกาแลคซีรูปร่างจานแบน นอกจากนี้ เรายังสามารถอนุมานเรขาคณิตสามมิติของบริเวณที่ปล่อยฝุ่นได้
การวิเคราะห์นี้บ่งชี้ว่าดาราจักรกำเนิดดาวฤกษ์ในยุคแรกๆ ส่วนใหญ่มีลักษณะเป็นทรงกลมมากกว่าจะมีรูปร่างเป็นดิสก์ ที่จริงแล้ว พวกมันมีลักษณะคล้ายกับรูปร่างของกาแลคซีทรงรีที่อยู่ใกล้เราในปัจจุบันอย่างใกล้ชิด
จากนั้นเราใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ทางจักรวาลวิทยาเพื่อตีความผลการสังเกตการณ์และทำความเข้าใจกลไกทางกายภาพที่อาจทำให้ฝุ่นและก๊าซจมลงในใจกลางกาแลคซีก่อตัวดาวที่อยู่ห่างไกลเหล่านี้
การวิเคราะห์ของเราเผยให้เห็นว่าการกระทำพร้อมกันของกระแสก๊าซเย็นจากกาแลคซีโดยรอบพร้อมกับปฏิสัมพันธ์และการควบรวมของกาแลคซีสามารถผลักดันก๊าซและฝุ่นเข้าไปในแกนกลางที่ก่อตัวดาวฤกษ์ที่มีขนาดกะทัดรัดภายในกาแลคซีเหล่านี้ การจำลองยังแสดงให้เราเห็นว่ากระบวนการนี้เป็นเรื่องปกติในเอกภพยุคแรกๆ ซึ่งเป็นคำอธิบายที่สำคัญสำหรับการก่อตัวอย่างรวดเร็วของกาแลคซีทรงรี
การค้นพบของเราเพิ่มส่วนสำคัญให้กับปริศนานี้ ซึ่งทำให้เราเข้าใจเรื่องการกำเนิดและวิวัฒนาการของกาแลคซีมากขึ้น
เทคนิคการสังเกตแบบใหม่
การค้นพบนี้เกิดขึ้นได้ด้วยเทคนิคใหม่ในการวิเคราะห์การสังเกตของ ALMA ข้อมูลอัลมาแตกต่างจากภาพที่เราคุ้นเคยจากกล้องโทรทรรศน์แบบใช้แสง อันที่จริง อัลมาทำงานโดยการรวมสัญญาณจากเสาอากาศหลายอันที่ทำงานร่วมกันเป็นกล้องโทรทรรศน์ขนาดยักษ์ตัวเดียว
เทคนิคนี้เรียกว่าอินเทอร์เฟอโรเมทรี และถึงแม้จะช่วยให้ได้ภาพที่คมชัดของกาแลคซีไกลโพ้น แต่การวิเคราะห์ข้อมูลก็ซับซ้อนกว่าภาพออพติคอลแบบเดิม เทคนิคใหม่ของเราช่วยให้สามารถตรวจวัดการกระจายตัวของฝุ่นได้แม่นยำยิ่งขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการก่อนหน้านี้ ซึ่งถือเป็นความก้าวหน้าที่สำคัญในด้านนี้
สำหรับการวิจัยนี้ เราใช้เอกสารสำคัญข้อมูลอัลมาแบบเปิดที่เข้าถึงได้สะสมมาหลายปี สิ่งนี้เน้นย้ำถึงพลังของข้อมูลโอเพ่นซอร์ส ซึ่งนักวิทยาศาสตร์แบ่งปันสิ่งที่ค้นพบ และความร่วมมือทั่วโลกในการขับเคลื่อนความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์
ข้อสังเกตในอนาคตด้วยเจดับบลิวเอสทีและยุคลิดกล้องโทรทรรศน์อวกาศจะทำแผนที่การกระจายตัวของดวงดาวในบรรพบุรุษที่อยู่ไกลออกไปของกาแลคซีทรงรีในปัจจุบัน และกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มากด้วยกระจกกว้าง 39 เมตร จะให้รายละเอียดที่ไม่เคยมีมาก่อนของแกนกำเนิดดาวในกาแลคซีไกลโพ้น
นอกจากนี้ การสังเกตไดนามิกของก๊าซด้วย ALma และ the ได้คมชัดยิ่งขึ้นกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มากจะเผยให้เห็นว่าก๊าซเคลื่อนที่ไปยังใจกลางกาแลคซีอย่างไร ก่อให้เกิดการก่อตัวดาวฤกษ์ และรูปร่างของกาแลคซีที่เราเห็นในปัจจุบัน
อันนากราเซีย ปุกลิซี, วันครบรอบเพื่อนนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์มหาวิทยาลัยเซาแธมป์ตัน-
บทความนี้เผยแพร่ซ้ำจากการสนทนาภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่านบทความต้นฉบับ-
