นักดาราศาสตร์ตะลึงกับออกซิเจนที่มีมากในกาแล็กซี่ที่เก่าแก่ที่สุดอย่าง กาแล็กซี่ JADES-GS-z14-0

กาแล็กซี่ JADES-GS-z14-0 เป็นกาแล็กซีที่มีอายุเก่าแก่ที่สุด ถูกค้นพบเมื่อปี 2024 ซึ่งกาแล็กซี่แห่งนี้ได้ก่อตัวขึ้นหลังเหตุการณ์กำเนิดจักรวาลหรือบิ๊กแบง (Big Bang) เพียง 290 ล้านปี

จากการสังเกตครั้งล่าสุดพบว่า JADES-GS-z14-0 อุดมไปด้วยออกซิเจน ซึ่งถือเป็นเรื่องน่าประหลาดใจอย่างมาก เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าในกาแล็คซี่แห่งนี้ธาตุที่หนักกว่าไฮโดรเจนและฮีเลียมนั้นไม่สามารถมีอยู่ในปริมาณที่จะสั่งเกตได้ จนกระทั่งในเวลาต่อมา นี่เป็นอีกเบาะแสหนึ่งที่แสดงว่า จักรวาลในยุคแรกได้เจริญเติบโตเร็วกว่าที่เราคิดมาก 

“มันเหมือนกับการพบวัยรุ่นที่คุณคิดว่ามีแต่เด็กทารกเท่านั้น” นักจักรวาลวิทยา Sander Schouws จากหอดูดาว Leiden ในเนเธอร์แลนด์กล่าว

“ผลลัพธ์จากการสำรวจแสดงให้เห็นว่ากาแล็กซีได้ก่อตัวและยังเจริญเติบโตอย่างรวดเร็ว ซึ่งเพิ่มหลักฐานที่มากขึ้นเรื่อยๆ ว่าการก่อตัวของกาแล็กซีเกิดขึ้นเร็วกว่าที่คาดไว้มาก” เขากล่าวเสิรม

การมีอยู่ของ JADES-GS-z14-0 เพียงอย่างเดียวก็สร้างปัญหาให้กับแบบจำลองจักรวาลวิทยาของเรามากพอแล้ว เนื่องจากเราเชื่อว่ากาแล็กซีต้องใช้เวลาค่อนข้างนานในการเติบโต เพื่อให้ตรวจพบได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์ของเราในระยะทางมากกว่า 13,400 ล้านปีแสง กาแล็กซีจะต้องมีขนาดใหญ่และสว่างมาก อีกสิ่งหนึ่งที่ต้องใช้เวลาในการเติบโตคือธาตุที่มีน้ำหนักมากกว่าไฮโดรเจนและฮีเลียม เมื่อจักรวาลที่เรารู้จักเริ่มถือกำเนิดขึ้นในบิ๊กแบง ธาตุแรกที่ก่อตัวขึ้นคือไฮโดรเจนและฮีเลียม ความหนาแน่นที่มากเกินไปในตัวกลางนี้ทำให้เกิดการก่อตัวของดาวดวงแรก ก๊าซยุบตัวลงภายใต้แรงโน้มถ่วง มีก๊าซจำนวนมากเติมโตขึ้นจนกระทั่งแกนกลางร้อน และมีความหนาแน่นเพียงพอที่จะจุดชนวนการหลอมรวมของอะตอมไฮโดรเจนให้เป็นธาตุที่หนักขึ้นเรื่อยๆ

ออกซิเจนเกิดขึ้นได้จากกระบวนการหลอมรวมของแกนดาวเท่านั้น และนี่คือส่วนสำคัญที่อยู่เบื้องหลัง ดาวฤกษ์ต้องดำรงชีวิตต่อไปและดับสูญในซูเปอร์โนวาเพื่อให้ธาตุที่หลอมรวมนั้นกระจายออกไปสู่อวกาศ ซึ่งสิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้ในช่วงเวลาสั้นๆ โดยอายุของดาวฤกษ์ที่มีมวลมากที่สุดอาจมีเพียงไม่ถึง 10 ล้านปีเท่านั้น

แต่เมื่อทีมนักดาราศาสตร์ทำการเปรียบเทียบค่าตัวแปลในกาแล็กซีโดยใช้สุดยอดกล้องโทรทรรศน์อย่าง Atacama Large Millimeter/submillimeter Array ในประเทศชิลี พบว่าปริมาณธาตุที่มีน้ำหนักมากกว่าไฮโดรเจนและฮีเลียมที่ตรวจพบใน JADES-GS-z14-0 สูงกว่าที่คาดการณ์ไว้ถึง 10 เท่า ผลลัพธ์ดังกล่าวบ่งชี้ว่าอัตราการผลิตก็เกินความคาดหมายของเราเช่นกัน

“ผมรู้สึกประหลาดใจกับผลลัพธ์ที่ไม่คาดคิด เพราะมันเปิดมุมมองใหม่ต่อช่วงแรกของวิวัฒนาการของกาแล็กซี” Stefano Carniani นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ จาก Scuola Normale Superiore ในอิตาลีกล่าว

“หลักฐานที่บ่งชี้ว่ากาแล็กซีได้เติบโตเต็มที่แล้วในจักรวาลที่เพิ่งเกิดใหม่ ทำให้เกิดคำถามว่ากาแล็กซีก่อตัวขึ้นเมื่อใดและอย่างไร”

เนื่องจากอวกาศกำลังขยายตัว แสงที่เปล่งออกมาจากกาแล็กซีที่อยู่ห่างไกลจึงถูกยืดออกจนมีความยาวคลื่นสีแดงเนื่องมาจากปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ JWST เป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศอินฟราเรดที่ทรงพลังที่สุดเท่าที่เคยสร้างมา โดยได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการตรวจจับวัตถุที่เคลื่อนไปทางแดงเหล่านี้

นับตั้งแต่การปล่อยยาน นักดาราศาสตร์ได้ค้นพบกาแล็กซีขนาดใหญ่หลายแห่งเร็วกว่าที่เราคาดไว้มากในจักรวาล ซึ่งแสดงให้เห็นภาพที่แตกต่างกันอย่างมากเกี่ยวกับวิวัฒนาการของจักรวาลในช่วงพันล้านปีแรกหลังจากบิ๊กแบง

การค้นพบออกซิเจนล่าสุดใน JADES-GS-z14-0 นี้เป็นเพียงอีกชิ้นส่วนหนึ่งของปริศนาที่บ่งชี้ให้เห็นชัดเจนว่ากาแล็กซีเติบโตและวิวัฒนาการเร็วกว่าที่เราคิดในจักรวาลยุคแรกมาก ตอนนี้เราต้องคิดหาวิธีว่าการเติบโตอย่างรวดเร็วนั้นส่งผลต่อไทม์ไลน์ของจักรวาลอย่างไร และสมมติฐานอื่นๆ อะไรอีกบ้างที่เรามีเกี่ยวกับจักรวาลในยุคแรกเริ่มที่จำเป็นต้องได้รับการตรวจสอบต่อไป