แผนที่ 3 มิติใหม่เผยให้เห็นว่า กาแล็กซีทางช้างเผือก มีรูปทรงบิดเบี้ยวที่ริมขอบ

กาแล็กซีทางช้างเผือก มีรูปทรงบิดเบี้ยวที่ริมขอบ

Ultima Thule (อัลติมา ทูลี) วัตถุที่ไกลที่สุดที่เคยถูกสำรวจ
Ultima Thule (อัลติมา ทูลี) วัตถุอวกาศไกลสุดที่เคยไปเยือนถึง
กุมภาพันธ์ 3, 2019
นาซ่าเผย ดาวเสาร์กำลังสูญเสีย วงแหวน ภายใน 300 ล้านปี
นาซ่าเผย ดาวเสาร์กำลังสูญเสีย ‘วงแหวน’ ตัวเองในอีก 300 ล้านปี
กุมภาพันธ์ 23, 2019
กาแล็กซีทางช้างเผือก มีรูปทรงบิดเบี้ยวที่ริมขอบ

© Chao Liu/NAOC/CAS

จากข้อมูลแต่เดิมที่กล่าวว่า รูปทรงของดาราจักรทางช้างเผือกส่วนใหญ่นั้นเป็นแผ่นจานที่สมบูรณ์ โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ที่ 150,000 ปีแสง ถึง 200,000 ปีแสง แต่ข้อมูลล่าสุดที่ถูกเปิดเผยโดยวรสาร Nature Astronomy เมื่อวันที่ 5 กุมภาพันธ์ 2019 กลับแย้งว่า อันแท้จริงแล้ว กาแล็กซีที่เราอาศัยอยู่นั้น มันไม่ได้มีรูปทรงเป็นจานแบนเรียบเหมือนขนมแพนเค้กตามที่เคยเข้าใจกัน แต่มีสภาพโค้งงอบิดเบี้ยวที่บริเวณแถบริมขอบ จนดูคล้ายกับตัวอักษรเอส ‘S’ ที่ถูกยืดขยายออกต่างหาก!

แผนที่อวกาศสามมิติ

โดยข้อมูลรูปร่างทางช้างเผือกแบบใหม่นี้ พิจารณามาจาก แผนที่ 3 มิติแบบใหม่ล่าสุด ซึ่งมีความแม่นยำมากที่สุดในบรรดาแผนที่ดาราจักรนับตั้งแต่เคยจัดทำมา

โดยหนึ่งในนักวิจัยผู้ร่วมเขียนบทความวิชาการ อย่าง ริชาร์ด เดอ เกรียส์ (Richard de Grijs) แห่งมหาวิทยาลัยแมคควอรี่ (Macquarie University) ยังได้ออกมากล่าวว่า “แผนที่นี้ได้เปิดเผยให้เห็นถึงมุมมองที่ไม่เคยมีมาก่อนของทางช้างเผือก”

อีกทั้งข้อมูลที่ทางทีมงานได้ออกมานำเสนอนั้น ยังได้เผยให้เห็นถึงแผนที่ตั้งของดาวฤกษ์อายุน้อยจำนวนกว่า 1,000 ดวงทั่วกาแล็กซีของเรา ที่ปัจจุบันเป็นที่รู้กันดีอยู่แล้วว่าทางช้างเผือกคือกาแล็กซี่ชนิดก้นหอย ซึ่งในภายหลังเราจึงได้รู้เพิ่มเติมขึ้นไปอีกขั้นว่า ทางช้างเผือกของเราคือกาแล็กซี่ชนิดก้นหอยแบบมีคาน เมื่อปี 2005 และมีความเป็นไปได้ที่กาแล็กซี่แห่งนี้จะประกอบไปด้วยดาวฤกษ์เป็นจำนวนกว่า 250,000 ล้านดวงกันเลยทีเดียว

จนกระทั่งข้อมูลล่าสุดเมื่อวันที่ 5 กุมภาพันธ์ 2019 ก็ได้ออกมาเสริมเพิ่มเติมไปอีกว่าทางช้างเผือกที่เราอาศัยอยู่นั้นมันบิดเบี้ยวที่ปลายขอบ โดยอิงจากรายงานบันทึกผลสังเกตของกลุ่มเมฆก๊าซระหว่างดวงดาวที่ไกลสุด

โดยศาสตราจารย์เดอเกรียส์ยังกล่าวอีกว่า การพยามส่องสำรวจไปยังกลุ่มเมฆก๊าซในอวกาศนั้น จะมีโอกาศพบกับดาวฤกษ์อายุน้อยแรกเกิดได้ ซึ่งจะเป็นเบาะแสสำคัญที่จะบอกให้รู้ได้ว่า พื้นที่บริเวณนั้นมีการบิดเบี้ยว

ที่สำคัญไปยิ่งกว่านั้น รูปแบบของดวงดาวในกลุ่มเมฆก๊าซเหล่านี้ ไม่เพียงแต่บ่งชี้ว่ากาแล็กซีของเราบิดเบี้ยวเป็นรูปตัว S เท่านั้น มันยังอาจช่วยให้เราสามารถเข้าใจถึงรูปแบบการหมุนควง (Precession) ของแผ่นจานที่โค้งงอแห่งนี้เพิ่มเติมต่อไปในอนาคตอีกด้วย

The 3D map created by the team, showing the Cepheid stars used in the study
แผนที่ 3 มิติแสดงให้เห็นถึงตำแหน่งของดาวเซฟีดต่างๆ (© Chen Xiaodian)

จากรูปร่างที่บิดเบี้ยวเป็นรูปตัว S ดังกล่าว ศาสตราจารย์เดอเกรียส์ให้ความเห็นว่า การที่ปลายขอบของทางช้างเผือกเบี้ยว มันเหมือนราวกับเป็นผลพวงมาจากการหมุน ณ ใจกลางของกาแล็กซี่ ซึ่งเป็นสถานที่ๆมีดาวฤกษ์จำนวนมหาศาลเบียดเสียด อัดแน่นกันอยู่ตรงนั้น และครั้งเมื่อใจกลางทางช้างเผือกหมุน มันก็ลากเอาพื้นที่ชั้นนอกให้หมุนตามไปด้วย ดังนั้นด้วยแรงบิดของมุมองศาที่เปลี่ยนไปเพียงเล็กน้อย ก็อาจส่งผลทำให้ปลายขอบของกาแล็กซี่สามารถเกิดการบิดเบี้ยวได้นั่นเอง อีกทั้งการค้นพบใหม่นี้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ ได้เข้าใจถึงการมีอยู่ของสสารมืดมากยิ่งขึ้น ว่ามันทำงานอย่างไรภายใต้กาแล็กซี่แห่งนี้ รวมไปถึงกาแล็กซี่น้อยใหญ่ต่างๆในจักรวาล ที่กระจายตัวกันออกไปนับแสนๆล้านแห่ง โดยปัจจุบันสำหรับแผนที่อวกาศสามมิติของกาแล็กซี่ทางช้างเผือกนั้น เริ่มมีความถูกต้องและชัดเจนมากยิ่งขึ้น ซึ่งก็ต้องขอขอบคุณกล้องโทรทรรศน์อวกาศไกอา (The Gaia space telescope) ของ องค์การอวกาศยุโรป (ESA) ที่ช่วยให้เราได้เข้าใจถึงตำแหน่งของดวงดาวได้แม่นยำมากขึ้น และเข้าใจถึงรูปร่างที่แท้จริงของทางช้างเผือก

แสงนำทางที่ส่องประกายบนทางช้างเผือก

การสร้างแผนที่สามมิติ ศาสตราจารย์เดอเกรียส์ และเพื่อนร่วมทีมจากสถาบันวิทยาศาสตร์จีน (Chinese Academy of Sciences) จะมุ่งเน้นไปที่กลุ่มดาวแปรแสงเซฟีด (Cepheid variable ) เป็นจำนวนกว่า 1,339 ดวงทั่วกาแล็กซีทางช้างเผือก ซึ่งดาวเหล่านี้เป็นดาวสีน้ำเงินที่มีอายุยังน้อย โดยแต่ละดวงนั้นมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ของเราราว 20 เท่า และมีค่าความสว่างมากกว่าถึง 100,000 เท่า ซึ่งจะเป็นประโยชน์อย่างมากต่อการใช้คำนวณวัดค่าระยะทางในอวกาศ

ในการทำเช่นนี้ ทีมงานวิจัยจะทำการคำนวณเวลาที่ดาวจะสว่างขึ้นและประเมินว่าดาวส่องสว่างได้แค่ไหน เมื่อเทียบกับค่าความสว่างที่สังเกตได้จริง โดยศาสตราจารย์เดอเกรียส์ อธิบายว่า ค่าความแตกต่างของแสงที่คาดหวังกับค่าความสว่างที่สังเกตได้นั้น เป็นการวัดระยะทางจากดาวโดยตรง ซึ่งจะทำให้ทราบได้ว่ามีฝุ่นระหว่างเราและดาวดวงนั้นแค่ไหน แต่หากจะตัดปัญหาในเรื่องของฝุ่นที่บดบังออกไป พวกเขาจะต้องคำนวณค่าดาวแปรแสงภายใต้ความยาวคลื่นอินฟาเรด (infrared-wavelength) ผ่านกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Wide-field Infrared Survey Explorer หรือ WISE (ไวส์) ซึ่งด้วยคุณสมบัติพิเศษของกล้องตัวนี้ ก็จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจจับคลื่นแสงที่มีความยาวคลื่น (longer wavelengths) ได้มากกว่าแสงที่มองเห็นได้ทั่วไปนั่นเอง

WISE artist concept (PIA17254, crop).jpg
อาร์ทคอนเซ็ปของกล้อง Wide-field Infrared Survey Explorer หรือ WISE ถูกส่งขึ้นสู่งวงโคจรรอบโลกเมื่อเดือนกันยายน ค.ศ. 2013 ซึ่งกล้องตัวนี้สามารถตรจหาวัตถุอวกาศภายใต้แสงอินฟาเรดได้
(© NASA/JPL-Caltech – http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA17254)

และผลของลัพธ์ก็แสดงให้เห็นว่า ในขณะที่ดาวฤกษ์ส่วนจะใหญ่ถูกตรึงไว้ให้อยู่แต่ในแผ่นดิสก์บางๆภายใต้แรงโน้มถ่วง ณ ใจกลางทางช้างเผือก ในกลุ่มดาวฤกษ์อีกฝากหนึ่งที่มีอยู่อย่างเบาบาง ณ ส่วนปลายของทางกาแล็กซี่กลับพบว่า สัดส่วนของแรงโน้มถ่วงจะยิ่งอ่อนลงไปตามระยะทาง

“ยิ่งไกลออกไป (จากใจกลางทางช้างเผือก) แรงโน้มถ่วงจากภายในกาแล็กซี่ก็จะไม่แรงอีกต่อไป และการเบี่ยงเบนผิดรูปของแผ่นจานบางๆนี้ ก็จะค่อยๆปรากฎให้เห็นได้เด่นชัดมากขึ้น” อธิบายโดย ริชาร์ด เดอ เกรียส์

สสารมืด

ศาสตราจารย์เดอเกรียส์ ยังกล่าวอีกว่า การเข้าใจพลวัตและการกระจายตัวของมวลสารจะสามารถช่วยให้เราตามล่าหาสสารมืดได้ง่ายยิ่งขึ้น ซึ่งปัจจุบันพบว่ามันคือสสารลึกลับที่มีปฏิสัมพันธ์กับจักรวาลของเราผ่านแรงดึงดูด ซึ่งเรารู้ว่ามันมีอยู่จริงได้จากพฤติกรรมที่มันก่อ

โดยสสารมืดนั้นเป็นสสารซึ่งไม่สามารถส่องแสงหรือสะท้อนแสงในตัวได้ ดังนั้นเราจึงไม่อาจตรวจหามันได้โดยตรงจากเครื่องมือตรวจจับการแผ่รังสีของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในปัจจุบัน แต่การมีอยู่ของมัน เราสามารถศึกษาได้จากผลกระทบที่มีต่อความยาวคลื่นในย่านอินฟราเรด รวมไปถึงผลกระทบของแรงโน้มถ่วงรวมที่มีต่อกระจุกดาวฤกษ์ในกาแล็กซี่ อีกทั้งสสารมืด ยังมีมวลมากกว่าสิ่งที่เรามองเห็นเสียอีก จากการประมาณค่าพบว่าการแผ่รังสีทั้งหมดในจักรวาลนั้น ร้อยละ 4 เป็นสสารและพลังงานที่เรารู้จัก ส่วนในอีกกว่าอีกร้อยะ 22 คือสสารมืด และในส่วนที่เหลือร้อยละ 74 มาจากพลังงานมืด! นี้จึงเท่ากับว่ากาแล็กซี่ทางช้างเผือกของเรา ส่วนใหญ่จะประกอบไปด้วยสสารมืดอยู่เป็นจำนวนมากถึงร้อยละ 95! เลยทีเดียว

“เราไม่รู้ว่ามันคืออะไร เรารู้แต่เพียงว่ามันมีมวลที่มหาศาลจริงๆ ความจริงก็คือ ด้านนอกของแผ่นจานดาราจักรที่ไม่ได้ถูกจำกัดไว้แต่เพียงระนาบที่แบนราบนี้ มันอาจบอกอะไรให้แก่เราได้ถึงเบาะแสที่อยู่ของสสารมืด และความสำคัญอย่างไรต่อรัศมีความโค้งที่ปรากฎ (radii of curvature)” อธิบายโดยศาสตราจารย์เดอเกรียส์

ไกอา คือจอกศักดิ์สิทธิ์ของการศึกษาทางช้างเผือก

ผู้นำทีมร่างแผนที่ทางช้างเผือกอย่าง นาโอมิ แมคเคลอร์-กริฟฟิธส์ (Naomi McClure-Griffiths) นักดาราศาสตร์ จากมหาวิทยาลัยแห่งชาติออสเตรเลีย (Australian National University) เธออธิบายว่า การศึกษาใหม่ได้ยืนยันถึงสิ่งที่เรารู้แล้ว เกี่ยวกับกาแล็กซีทางช้างเผือก และมีความน่าเชื่อถือมากยิ่งขึ้น โดยจากรายงานล่าสุดกล่าวว่า ในดาวฤกษ์แต่ละดวงจะมีความสัมพันธ์กับกลุ่มเมฆก๊าซไฮโดรเจน ซึ่งจะเป็นกุญแจสำคัญในงานวิจัยของ แมคเคลอร์-กริฟฟิธส์ ที่จะช่วยให้ทีมงานของเธอได้ทำการร่างแผนที่ดาราจักรทางช้างเผือก จากกลุ่มเมฆก๊าซไฮโดรเจนได้ ซึ่งเธอเชื่อว่าในอีกไม่นานกล้องโทรทรรศน์อวกาศไกอา (The Gaia space telescope) จะเปิดเผยให้เห็นถึงมุมมองใหม่ๆ ที่มีต่อดาราจักรทางช้างเผือกไปตลอดกาล

3D image of Gaia spacraft
ไกอาคือกล้องสำรวจอวกาศของ องค์การอวกาศยุโรป (ESA) ถูกส่งขึ้นสู่อวกาศเมื่อปี 2013 ในภารกิจร่างแผนที่ 3 มิติ จากดาวฤกษ์เป็นจำนวนกว่า 1 พันล้านดวง หรือคิดเป็น 1% ของจำนวนดาวฤกษ์ที่มีอยู่ทั้งหมดภายในทางช้างเผือก (© WP/NFCC#4)

การศึกษาเช่นนี้ไม่เพียงแต่จะช่วยให้พวกเขาสามารถร่างแผนที่ 3 มิติของดาราจักรได้เท่านั้น แต่ยังช่วยให้พวกเขาศึกษาเพิ่มเติมได้อีก ถึงพฤติกรรมการหมุนของทางช้างเผือก รวมถึงข้อมูลเชิงพลวัตที่จะบอกให้กับเราได้รู้ว่า พวกมันจะอยู่หรือไปในทิศทางไหนในอนาคต ซึ่งนับว่าเป็นเรื่องที่น่าสนเอาใจมากๆ

สาเหตุของการบิดเบี้ยว ณ ขอบนอกของทางช้างเผือก

จอส แบลนด์-ฮอวธอร์น (Joss Bland-Hawthorn) ผู้อำนวยการ แห่งสถาบันดาราศาสตร์ซิดนีย์ ณ มหาวิทยาลัยซิดนีย์ ยอมรับว่านี้เป็นเพียงขั้นแรกของการศึกษาใหม่ ซึ่งพวกเขาจะต้องใช้เวลาในการติดตามและวิเคราะห์ผลรวมข้อมูลอีกมากผ่านหอดูดาว รวมไปถึง กล้องโทรทรรศน์อวกาศไกอา (The Gaia space telescope)

เพราะข้อมูลในปัจจุบันยังใหม่และยังมีความไม่สอดคล้องกันอยู่ อย่างเช่นภาพจำลองล่าสุดได้บอกกับเราว่าตำแหน่งของดวงดาวในทางช้างเผือกนั้นมีการโค้งงออยู่ก็จริง แต่มันดูต่างไปจากค่าความโค้งที่ได้รับมาจากกลุ่มเมฆก๊าซอยู่ ซึ่งเราไม่รู้จริงๆว่าอะไรเป็นสาเหตุของการแปรปรวนเหล่านี้ และมันก็ไม่ได้โค้งตามแบบปกติด้วยซ้ำ อย่างที่นักเขียนกล่าวว่า มันดูเหมือนราวกับมีแรงหมุนควงอันมหาศาล ที่สัมพันธ์กันอยู่เบื้องหลังของปรากฏการณ์ในครั้งนี้ เขากล่าวเสริม

ภาพกาแล็กซีแคระแอนท์เลีย ทู ‘Antlia 2’ และเมฆแมเจลแลนใหญ่ ‘LMC’ โคจรอยู่ใกล้ๆทางช้างเผือก (© ESO/S. Brunier)

อีกทั้งเมื่อปี 2018 กล้องอวกาศไกอายังตรวจพบระลอกคลื่นในทางช้างเผือกอีกด้วย ซึ่งนักวิทศาสตร์คาดว่า มันอาจเป็นผลพวงมาจากการเคลื่อนผ่านเข้ามาใกล้ ของกาแล็กซีแคระมวลมากเมื่อประมาณ 300-900 ล้านปีก่อน (ซึ่งปัจจุบันพบว่ามีกาแล็กซีแคระอยู่เป็นจำนวนกว่า 20 แห่งที่กำลังโคจรอยู่โดยรอบทางช้างเผือกเรา!) นี้จึงทำให้เกิดความสับสนเพิ่มเติมขึ้นไปอีกว่า ตกลงแล้วการบิดโค้งที่ด้านปลายขอบของกาแล็กซี่นั้น มันเป็นผลพวกมาจากแรงโน้มถ่วงภายในทางช้างเผือกเอง หรือได้รับอิทธิพลมาจากภายนอกกันแน่ เช่นความแปรปรวนของแรงโน้มถ่วงอันเกิดจากการเคลื่อนผ่านเข้ามาใกล้ของกาแล็กซี่แคระ จนทำให้รูปทรงของทางช้างเผือกเราเกิดการบิดเบี้ยว หรือไม่ก็อาจเป็นผลพวงมาจากความลึกลับอะไรบางสิ่งที่มืดและไม่อาจตรวจพบได้ ดังนั้นจึงมีแต่เวลาเท่านั้นที่จะบอกกับเราได้ว่า อะไรคือสาเหตุของการบิดเบี้ยวข้างนอกนั่น กล่าวทิ้งท้ายไว้โดย จอส แบลนด์-ฮอวธอร์น

สรุป

จากข้อมูลรูปทรงใหม่ของทางช้างเผือกที่พบว่า มันมีความบิดโค้งที่ริมขอบนี้เอง ก็ได้เปลี่ยนความเชื่อ ในเรื่องรูปทรงแบนระนาบอันสวยงามของดาราจักรทางช้างเผือกไปอย่างสิ้นเชิง นี้ก็เท่ากับว่าตำราเรียนใหม่นับตั้งแต่นี้ไป เราอาจจะต้องเพิ่มเติมข้อมูลรูปทรงใหม่นี้ลงไปแทนที่ภาพเดิมเสียแล้ว นั่นก็คือภาพของทางช้างเผือกที่บิดเบี้ยวด้านปลายขอบ ในลักษณะของ ตัวอักษร ‘S’ อย่างไรก็ตามแม้เราจะค้นพบแล้วว่าทางช้างเผือกนั้นแท้จริงแล้วมันมีรูปทรงบิดโค้ง แต่ทีมนักวิทยาศาสตร์กลับมีคำถามเพิ่มขึ้นมาอีกว่า เพราะเหตุอันใดที่ไปทำให้เกิดการบิดโค้งเช่นนี้ ซึ่งคำตอบในปัจจุบันนั้น ยังคงตั้งอยู่ในสมมุติฐาน 3 ข้อที่อาจเป็นเหตุทำให้ทางช้างเผือกบิดโค้งได้แก่ 1) แรงโน้มถ่วงภายในกาแล็กซี่ 2) ผลกระทบจากการเคลื่อนผ่านเข้ามาใกล้ของดาราจักรแคระ 3) ผลจากสสารที่มองไม่เห็น

ซึ่งในส่วนของสสารที่มองไม่เห็นหรือสสารมืด (Dark Matter) นั้น ปัจจุบันเรายังไม่สามารถทราบได้ว่ามันคืออะไรกันแน่ ดังนั้นการศึกษารูปแบบการกระจายตัวของกลุ่มเมฆก๊าซไฮโดรเจน ,ดาวฤกษ์อายุน้อย และรวมไปถึงลักษณะการโค้งงอของทางช้างเผือก ก็อาจช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถเข้าใกล้ตัวตนของสสารมืดได้ขึ้นไปอีกขั้น ซึ่งจะนำไปสู่การไขความลับของจักรวาลแห่งนี้ต่อไป

Sci Ways
Sci Ways
นักเดินทางข้ามกาลเวลา

ใส่ความเห็น

Facebook
กลับสู่บนสุด