ค้นพบวัตถุที่อยู่ไกลที่สุดในจักรวาลแล้ว ค้นพบกาแล็กซีที่ห่างไกลที่สุดในจักรวาล

คำบรรยายภาพ ดาวดวงนี้เสียชีวิตหลังจากบิกแบงเพียง 520 ล้านปี

การระเบิดของซูเปอร์โนวาขนาดยักษ์ที่ขอบจักรวาลที่สังเกตได้ดูเหมือนจะเป็นเหตุการณ์ที่อยู่ไกลที่สุดที่บันทึกได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์

นักดาราศาสตร์เชื่อว่าการตายของดาวดวงนี้ซึ่งถ่ายภาพโดย SWIFT ของหอสังเกตการณ์วงโคจรของอเมริกานั้นเกิดขึ้นเพียง 520 ล้านปีหลังจากบิกแบงซึ่งเป็นที่ที่จักรวาลของเราถือกำเนิด

ซึ่งหมายความว่าการแผ่รังสีแสงจากดาวฤกษ์ที่กำลังจะตายใช้เวลา 13.14 พันล้านปีเพื่อมายังโลก

ผลการวิจัยนี้ตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์ Astrophysical Journal

ปรากฏการณ์ที่ค้นพบนี้ถูกกำหนดให้เป็น GRB 090429B ตัวอักษร GRB ย่อมาจากการระเบิดรังสีแกมมา ซึ่งเป็นวิธีที่นักดาราศาสตร์อ้างถึงวัตถุดังกล่าว

รังสีเอกซ์ของจักรวาล

การระเบิดของรังสีแกมมาเหล่านี้มักเกิดขึ้นพร้อมกับกระบวนการดาวฤกษ์ที่มีความรุนแรงอย่างยิ่ง เช่น การสิ้นสุดอายุของดาวฤกษ์ขนาดยักษ์

“มันน่าจะเป็นดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ที่มีมวลประมาณ 30 เท่าของดวงอาทิตย์” ดร. อันโตนิโน กุกคิอารา หัวหน้าทีมจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ กล่าว

“เรายังไม่มีข้อมูลเพียงพอที่จะจำแนกดาวดวงนี้ว่าดาวประเภท Population III ซึ่งก็คือดาวฤกษ์รุ่นแรกๆ ที่ปรากฏในจักรวาลของเรา” นักวิทยาศาสตร์เชื่อ “แต่เรากำลังสังเกตการณ์อยู่ดวงหนึ่งอย่างแน่นอน ของการก่อตัวดาวฤกษ์ในระยะแรกสุด”

การระเบิดเหล่านี้เกิดขึ้นภายในระยะเวลาอันสั้นมาก แต่บางครั้งแสงระเรื่อของพวกมันอาจคงอยู่เป็นเวลาหลายวัน ซึ่งทำให้สามารถสังเกตการพัฒนาของกระบวนการโดยใช้กล้องโทรทรรศน์อื่นและกำหนดระยะห่างของการปะทุของรังสีแกมมาได้

ดาวเทียม Swift เปิดตัวในปี 2547 มีความสามารถในการระบุการระเบิดด้วยแสงและเอ็กซ์เรย์ได้อย่างรวดเร็วภายในไม่ถึงหนึ่งนาที ในบรรดาการค้นพบของเขานั้นทรงพลังมาก บางครั้งรังสีเอกซ์ระเบิดหลายครั้งในแสงระเรื่อ เช่นเดียวกับการตรวจจับแสงระเรื่อก่อนที่จะสิ้นสุดการปล่อยรังสีแกมมาจริงด้วยซ้ำ

การแข่งขันเพื่อสมัยโบราณ

ขณะนี้นักดาราศาสตร์กำลังแข่งขันกันเพื่อดูว่าใครสามารถตรวจจับวัตถุที่อยู่ไกลที่สุดและเป็นวัตถุที่เก่าแก่ที่สุดในจักรวาลได้

กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลอันโด่งดังมีเครื่องมือที่ทรงพลังกว่ามากในการสังเกตวัตถุที่อยู่ห่างไกลดังกล่าว ซึ่งนักบินอวกาศชาวอเมริกันนำขึ้นเครื่องในปี 2552

การระเบิดรังสีแกมมา (GRB) เกิดขึ้นได้อย่างไร

นักวิทยาศาสตร์ของ NASA ศึกษาภาพที่ถ่ายด้วยกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลได้สังเกตกาแลคซีที่อยู่ห่างจากเราประมาณเดียวกับวัตถุรังสีแกมมา GRB 090429B

นักดาราศาสตร์สนใจดาวฤกษ์และกระจุกดาวที่อยู่ห่างไกลมากเหล่านี้ เนื่องจากพวกมันทำให้เราเข้าใจถึงวิวัฒนาการของเอกภพมากขึ้น

ดาวรุ่นแรกดึงดูดความสนใจเป็นพิเศษ ตัวแปรสีน้ำเงินสดใสเหล่านี้เกิดขึ้นจากเมฆโมเลกุลที่ก่อตัวในระยะแรกหลังบิกแบงไม่นาน

ดาวฤกษ์ขนาดมหึมาที่มีจังหวะเป็นจังหวะเหล่านี้มีวงจรการพัฒนาที่สั้นและรวดเร็วมาก เพียงไม่กี่ล้านปีเท่านั้น ก่อให้เกิดธาตุหนักในระหว่างที่พวกมันตาย

รังสีอัลตราไวโอเลตที่รุนแรงของพวกมันทำให้เกิดการรีออไนเซชันของเนบิวลาที่อยู่รอบๆ ซึ่งประกอบด้วยไฮโดรเจนเป็นส่วนใหญ่ ดึงอิเล็กตรอนออกจากอะตอม ทำให้เกิดพลาสมาระหว่างดาราจักรที่หายากอย่างยิ่งซึ่งล้อมรอบดาวฤกษ์รุ่นปัจจุบันในดาราจักรของเรา

ดร. กุกคิอารา กล่าวไว้ว่าการระเบิดรังสีแกมมา GRB 090429B ไม่น่าจะเป็นหนึ่งในดาวดวงแรกๆ ในจักรวาล เป็นไปได้ว่าก่อนหน้านี้มีดาวหลายชั่วอายุคนซึ่งเรายังไม่รู้อะไรเลย

วิศวกรชาวอังกฤษและอิตาลีมีส่วนร่วมในการสร้างกล้องโทรทรรศน์วงโคจร Swift มีกล้องเอ็กซ์เรย์ของอังกฤษที่ตรวจจับการระเบิดของรังสีแกมมา รวมถึงส่วนประกอบของกล้องโทรทรรศน์แสงอัลตราไวโอเลต

กล้องโทรทรรศน์วงโคจรฮับเบิลซึ่งเปิดตัวในปี 1990 ได้กลายเป็นเครื่องมือหลักของมนุษย์โลกซึ่งขยายขอบเขตที่มองเห็นได้ของจักรวาล พาดหัวข่าว “นักดาราศาสตร์ได้ค้นพบกาแลคซีที่อยู่ห่างไกลที่สุด” กลายเป็นที่คุ้นเคยในสื่อและสิ่งพิมพ์ทางวิทยาศาสตร์ เนื่องจากมีความเป็นไปได้ที่จะค้นพบวัตถุที่อยู่ไกลที่สุดอย่างน้อยทุกวัน อาจดูเหมือนว่าการค้นพบดังกล่าวไม่ได้นำมาซึ่งการพัฒนาเชิงคุณภาพ ยิ่งเรานำกล้องส่องทางไกลไปนอกเมืองมีพลังมากเท่าใด เราก็ยิ่งมองเห็นได้ไกลยิ่งขึ้นเท่านั้น

อย่างไรก็ตาม การเปรียบเทียบนี้ไม่เหมาะสมอย่างยิ่งในที่นี้ เมื่อใช้กล้องส่องทางไกลที่ทรงพลังมากขึ้น เราจะยังคงมองเห็นวัตถุเดิมๆ ต่อไป เช่น ทุ่งนา แม่น้ำ ป่าไม้ อาคารต่างๆ ทั้งหมดนี้เติบโต เคลื่อนไหว ยืนหยัด และไม่ตกตามกฎที่เรารู้จักกันมานาน

“ขอบ” ที่มองเห็นได้ในปัจจุบันประกอบด้วยวัตถุที่เปล่งแสงหลังจากบิกแบงเพียงไม่กี่ร้อยล้านปี ในขณะนั้น จักรวาลเพิ่งเริ่มเป็นรูปเป็นร่าง ดังนั้น เมื่อค้นพบกาแลคซีที่อยู่ห่างไกลที่สุด เราพยายามทำความเข้าใจไม่ใช่ "จะเกิดอะไรขึ้นต่อไป" แต่ "มันเริ่มต้นอย่างไร"

เรดชิฟต์

เส้นจักรวาลเรดชิฟต์คืออัตราส่วนของขนาดของการเปลี่ยนแปลงของเส้นสเปกตรัมต่อด้านความยาวคลื่นที่ยาวกว่าต่อความยาวคลื่นในกรอบอ้างอิงของห้องปฏิบัติการ

สำหรับวัตถุที่เปล่งแสงในยามรุ่งอรุณของจักรวาล การเปลี่ยนแปลงนี้จะมากกว่าความยาวคลื่นหลายเท่า

จักรวาลมีการขยายตัวอย่างต่อเนื่อง และยิ่งวัตถุถูกสังเกตในสเกลใหญ่มากเท่าไร มันก็จะเคลื่อนตัวออกห่างจากเราเร็วขึ้นเท่านั้น ดังนั้นการวัดระยะทางที่สะดวกที่สุดคือการประเมินความแดงของวัตถุที่เกิดจากปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ ดาราจักรที่อยู่ไกลที่สุดจนกระทั่งเมื่อเร็วๆ นี้สอดคล้องกับค่าเลื่อนสีแดงที่ z=8.6 เธอเกิดหลังบิ๊กแบง 600 ล้านปี

ระยะเวลาตั้งแต่ 150 ถึง 800 ล้านปีหลังจากบิ๊กแบงหมายถึงสิ่งที่เรียกว่าระยะการรีออไนเซชัน เมื่อดาวฤกษ์และกาแลคซีดวงแรกทำให้เกิดไอออนในก๊าซในอวกาศ

ในบทความที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature นักดาราศาสตร์ที่นำโดย Richard Bowens จากมหาวิทยาลัย Leiden รายงานการค้นพบกาแลคซีที่อยู่ไกลออกไปอีกโดยมีการเคลื่อนไปทางสีแดงประมาณ 10 กาแล็กซี UDFj-39546284 ถูกค้นพบในปี 2009 เพียงสามเดือนหลังจากกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิล ติดตั้งกล้องมุมกว้าง UDFj-39546284 แล้ว จุดจาง ๆ ที่มองเห็นได้ในท้องฟ้าลึกนั้นเป็นเพียงกาแลคซีขนาดเล็กที่ประกอบด้วยดาวอายุน้อยสีน้ำเงิน แสงที่เราเห็นจากมันนั้นปล่อยออกมาหลังจากบิ๊กแบงเพียง 480 ล้านปี

“การสังเกตการณ์เหล่านี้ช่วยให้เรามองเห็นวัตถุยุคแรกๆ ที่ถูกค้นพบได้ดีที่สุด” ริชาร์ด โบเวนส์ อธิบาย

ดาราจักรที่แสงมาถึงเรานั้นเล็กและอายุน้อยเกินกว่าจะมีรูปร่างเป็นเกลียวหรือลักษณะอื่น นักวิทยาศาสตร์พบว่าดาราจักรนี้อาศัยอยู่โดยดวงดาวอายุ 100-200 ล้านปี พวกมันถูกสร้างขึ้นจากก๊าซที่สะสมอยู่รอบๆ กลุ่มของสสารมืดลึกลับ

ตามที่นักวิจัยระบุว่าในช่วงเวลาที่สังเกตการณ์นั้น จักรวาลรุ่นเยาว์กำลังประสบกับภาวะเบบี้บูม ในช่วง 480 ถึง 650 ล้านปีหลังจากบิ๊กแบง จำนวนดาวเพิ่มขึ้นหนึ่งลำดับความสำคัญ “อัตราการเกิดดาวฤกษ์ที่บ้าคลั่งบอกเราว่าถ้าเรามองย้อนกลับไปอีกหน่อย เราจะเห็นการเปลี่ยนแปลงที่น่าทึ่งมากขึ้นที่เกิดขึ้นระหว่างการก่อตัวของกาแลคซีแรกสุด” Garth Illingworth จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตา กล่าว ครูซ.

เมื่อผ่านเครื่องหมาย z=10 แล้ว นักดาราศาสตร์ก็เข้าใกล้ "ขอบของขอบ" 500 ล้านปีแรก (ที่ z จาก 1,000 ถึง 10) หลังจากบิ๊กแบงยังคงเป็นจุดว่างในแบบจำลองลำดับชั้นของการก่อตัวของกาแลคซีที่ยอมรับในปัจจุบัน - ตั้งแต่กระจุกดาวไปจนถึงกาแลคซีทรงรีและกังหัน กาแล็กซี UDFj-39546284 ถูกค้นพบในช่วงความยาวคลื่นอินฟราเรดที่ไกลที่สุดที่กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลมองเห็นได้ นักวิทยาศาสตร์หวังว่าจะมองไกลออกไปในช่วงปีแรกๆ ของจักรวาลด้วยความช่วยเหลือจากกล้องโทรทรรศน์เจมส์ เวบบ์

วิทยาศาสตร์

วัตถุท้องฟ้าที่เพิ่งค้นพบใหม่กำลังแย่งชิงตำแหน่งวัตถุอวกาศที่สังเกตได้ไกลที่สุดในจักรวาลจากเรา นักดาราศาสตร์รายงาน วัตถุนี้คือกาแล็กซี MACS0647-JDซึ่งอยู่ห่างจากโลก 13.3 พันล้านปีแสง

เชื่อกันว่าจักรวาลมีอายุ 13.7 พันล้านปี ดังนั้นแสงที่เราเห็นจากกาแลคซีนี้ในปัจจุบันจึงมาจากจุดเริ่มต้นของจักรวาล

นักวิทยาศาสตร์สังเกตวัตถุนี้โดยใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศของนาซ่า "ฮับเบิล"และ “สปิตเซอร์”และการสังเกตเหล่านี้เกิดขึ้นได้ด้วยความช่วยเหลือของ "เลนส์ขยาย" ในจักรวาลตามธรรมชาติ เลนส์นี้แท้จริงแล้วคือกระจุกกาแลคซีขนาดใหญ่ซึ่งแรงโน้มถ่วงรวมกันทำให้อวกาศ-เวลาบิดเบี้ยว ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า เลนส์โน้มถ่วง- เมื่อแสงจากกาแลคซีอันห่างไกลผ่านเลนส์ดังกล่าวมายังโลก แสงนั้นก็จะถูกขยาย

เลนส์โน้มถ่วงมีลักษณะดังนี้:

“เลนส์ดังกล่าวสามารถขยายแสงของวัตถุได้มากจนไม่มีกล้องโทรทรรศน์ที่มนุษย์สร้างขึ้นสามารถทำได้”, - พูด มาร์ค บุรุษไปรษณีย์นักดาราศาสตร์จากสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศในบัลติมอร์ - หากไม่มีกำลังขยายขนาดนั้น ต้องใช้ความพยายามอย่างมากในการมองเห็นกาแลคซีที่อยู่ไกลออกไปเช่นนี้"

กาแลคซีห่างไกลแห่งใหม่มีขนาดเล็กมาก เล็กกว่าทางช้างเผือกของเรามาก- นักวิทยาศาสตร์กล่าว วัตถุนี้เมื่อพิจารณาจากแสงที่มาถึงเรานั้นยังอายุน้อยมาก มันมาหาเราตั้งแต่ยุคที่เอกภพยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา มีอายุเพียง 420 ล้านปี ซึ่งคิดเป็นร้อยละ 3 ของยุคสมัยใหม่

กาแลคซีขนาดเล็กมีความกว้างเพียง 600 ปีแสง แต่อย่างที่คุณทราบ ทางช้างเผือกนั้นใหญ่กว่ามาก - กว้าง 150,000 ปีแสง นักดาราศาสตร์เชื่อว่าในที่สุดกาแลคซี MACS0647-JD ก็รวมเข้ากับกาแลคซีขนาดเล็กอื่นๆ เพื่อก่อตัวเป็นกาแลคซีที่ใหญ่กว่า

การรวมตัวกันของจักรวาลของกาแลคซี

“วัตถุนี้อาจเป็นหนึ่งในหลาย ๆ กลุ่มของกาแลคซีขนาดใหญ่บางแห่ง- นักวิจัยกล่าว - ในอีก 13 พันล้านปีข้างหน้า มันอาจเกิดการรวมตัวกับกาแลคซีอื่นหรือชิ้นส่วนของพวกมันนับสิบ หลายร้อยหรือหลายพันครั้ง"

นักดาราศาสตร์ยังคงสำรวจวัตถุที่อยู่ห่างไกลมากขึ้นเรื่อยๆ ในขณะที่เทคนิคและเครื่องมือในการสังเกตของพวกเขาดีขึ้น วัตถุก่อนหน้านี้ที่ใช้ชื่อว่าดาราจักรที่อยู่ห่างไกลที่สุดที่สำรวจพบคือดาราจักร SXDF-NB1006-2 ซึ่งอยู่ห่างจากโลก 12.91 พันล้านปีแสง วัตถุนี้มองเห็นได้โดยใช้กล้องโทรทรรศน์ "ซูบารุ"และ "เก๊ก"ในฮาวาย

“เราย้อนเวลากลับไป และเข้ามาใกล้กับกาแลคซีแห่งแรกๆ มาก ซึ่งเราเชื่อว่าก่อตัวขึ้นหลังบิ๊กแบงประมาณ 200 - 300 ล้านปี” RIA Novosti กล่าวคำพูดของ Garth Illingworth หนึ่งในผู้เขียนผลงาน วัตถุพิเศษนี้กลายเป็น UDFj-39546284 ซึ่งเป็นกาแลคซีห่างไกลที่ทำลายสถิติซึ่งมีอัตราการก่อตัวดาวค่อนข้างต่ำ การเปรียบเทียบข้อมูลเกี่ยวกับกาแลคซีนี้กับกาแลคซีอื่นๆ ที่ค่อนข้างใกล้และ "เก่ากว่า" แสดงให้เห็นว่าอัตราการก่อตัวดาวฤกษ์ในกาแลคซีเพิ่มขึ้นสิบเท่าในเวลาเพียง 170 ล้านปี

“นี่เป็นการเติบโตที่น่าทึ่งในช่วงเวลาเพียง 1% ของอายุจักรวาลในปัจจุบัน” อิลลิงเวิร์ธกล่าว ตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุ ข้อมูลเหล่านี้สอดคล้องกับภาพลำดับชั้นของการก่อตัวกาแลคซี ซึ่งกาแลคซีเติบโตและรวมตัวกันภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของสสารมืด กาแลคซีที่นักวิทยาศาสตร์ค้นพบนั้นมีขนาดเล็กและเบากว่ากาแลคซีกังหันสมัยใหม่มาก ดังนั้น กาแล็กซีของเราจึงมีมวลมากกว่าประมาณ 100 เท่า

การค้นหาวัตถุในจักรวาลที่อยู่ไกลออกไปมากขึ้นเรื่อยๆ ช่วยให้นักดาราศาสตร์มองไปยังอดีตอันไกลโพ้นของจักรวาลได้ เนื่องจากความเร็วแสงมีจำกัด เราจึงมองเห็นกาแลคซีที่อยู่ไกลออกไปเหมือนในอดีตอันไกลโพ้น นักดาราศาสตร์สำรวจกาแลคซี UDFj-39546284 เหมือนกับตอนที่เอกภพมีอายุเพียง 480 ล้านปี

ตัวบ่งชี้หลักของระยะทางถึงกาแลคซีไกลโพ้นคือการเลื่อนสีแดง ซึ่งเป็นการเลื่อนเส้นในสเปกตรัมเนื่องจากปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ ยิ่งการเคลื่อนไปทางสีแดงมากเท่าใด วัตถุในจักรวาลก็จะยิ่งห่างไกลออกไปเท่านั้น เนื่องจากตามกฎของฮับเบิลด้วยระยะทาง ความเร็วหลุดพ้นของกาแลคซีจะเพิ่มขึ้น ตามที่ผู้เขียนค้นพบกาแลคซีที่อยู่ห่างไกลที่สุด การเคลื่อนไปทางสีแดงของมันอาจเป็น 10.3 อย่างไรก็ตาม ข้อมูลเหล่านี้ยังไม่เป็นที่สิ้นสุด เนื่องจากในปัจจุบันการพัฒนาทางดาราศาสตร์ การวัดเรดชิฟต์อย่างแม่นยำนั้นเป็นงานที่ยากมาก “จนกว่าจะวัดเรดชิฟต์โดยใช้วิธีสเปกโทรสโกปี มันยังคงเป็นเพียงตัวเลือกที่เหมาะสม แม้ว่าจะเป็นตัวเลือกที่ดีก็ตาม” นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ Sergei Popov จากสถาบันดาราศาสตร์สเติร์นเบิร์กให้ความเห็นเกี่ยวกับการค้นพบนี้

หากการเคลื่อนไปทางสีแดงของกาแลคซีเปิดปรากฏว่าอยู่ในช่วง 9 - 10 วัตถุนั้นก็จะได้รับการยอมรับว่าเป็นวัตถุที่เก่าแก่ที่สุดในจักรวาล ในขณะเดียวกัน ชื่อนี้ถูกครอบครองโดยกาแลคซี UDFy-38135539 ซึ่งอยู่ห่างจากโลก 13 พันล้านปีแสง มันถูกค้นพบในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2553 โดยนักดาราศาสตร์จากหอดูดาวยุโรปตอนใต้ (ESO) การเคลื่อนไปทางสีแดงของกาแลคซีนี้กลายเป็น 8.5549 และเรามองเห็นมันเหมือนเมื่อประมาณ 600 ล้านปีก่อน

การศึกษากาแลคซีห่างไกลที่สุดอาจเผยให้เห็นวัตถุที่อยู่ห่างออกไปหลายพันล้านปีแสง แต่ถึงแม้จะมีเทคโนโลยีที่สมบูรณ์แบบ ช่องว่างอวกาศระหว่างกาแลคซีที่อยู่ไกลที่สุดกับบิ๊กแบงก็ยังคงกว้างใหญ่

เมื่อมองเข้าไปในจักรวาล เราเห็นแสงทุกที่ ในทุกระยะที่กล้องโทรทรรศน์ของเราสามารถมองได้ แต่เมื่อถึงจุดหนึ่ง เราก็จะพบกับข้อจำกัด หนึ่งในนั้นถูกกำหนดโดยโครงสร้างจักรวาลที่ก่อตัวในจักรวาล: เราจะมองเห็นได้เฉพาะดวงดาว กาแล็กซี ฯลฯ หากพวกมันเปล่งแสงออกมาเท่านั้น หากไม่มีสิ่งนี้ กล้องโทรทรรศน์ของเราไม่สามารถมองเห็นสิ่งใดได้เลย ข้อจำกัดอีกประการหนึ่งเมื่อใช้รูปแบบทางดาราศาสตร์อื่นที่ไม่ใช่แสงก็คือขีดจำกัดว่าเราสามารถเข้าถึงจักรวาลได้มากน้อยเพียงใดนับตั้งแต่เกิดบิกแบง ปริมาณทั้งสองนี้อาจไม่เกี่ยวข้องกัน และในหัวข้อนี้ที่ผู้อ่านของเราถามคำถาม:

เหตุใดการเคลื่อนไปทางสีแดงของ CMB จึงอยู่ในช่วง 1,000 แม้ว่าการเคลื่อนไปทางสีแดงสูงสุดในบรรดาดาราจักรใดๆ ที่เราเคยเห็นคือ 11

ชุดของสิ่งที่เรารู้ เห็น สังเกต และโต้ตอบด้วยทั้งหมดเรียกว่า "จักรวาลที่สังเกตได้" มีแนวโน้มว่าจะมีพื้นที่ในจักรวาลเพิ่มมากขึ้น และเมื่อเวลาผ่านไป เราจะสามารถมองเห็นบริเวณเหล่านี้ได้มากขึ้นเรื่อยๆ เมื่อแสงจากวัตถุที่อยู่ไกลออกไปมาถึงเราในที่สุดหลังจากการเดินทางหลายพันล้านปีผ่านอวกาศ เราสามารถเห็นสิ่งที่เราเห็น (และมากขึ้นไม่น้อย) เนื่องจากปัจจัยสามประการร่วมกัน:

• เวลาผ่านไปอย่างจำกัดนับตั้งแต่บิ๊กแบง 13.8 พันล้านปี


• ความเร็วแสง ซึ่งเป็นความเร็วสูงสุดสำหรับสัญญาณหรืออนุภาคใดๆ ที่เคลื่อนที่ผ่านจักรวาล นั้นมีขอบเขตและคงที่


• โครงสร้างแห่งอวกาศนั้นได้ขยายและขยายตัวออกไปตั้งแต่เกิดบิ๊กแบง

สิ่งที่เราเห็นในวันนี้เป็นผลมาจากปัจจัยทั้งสามนี้ประกอบกับการกระจายตัวของสสารและพลังงานดั้งเดิมที่ทำงานตามกฎฟิสิกส์ตลอดประวัติศาสตร์ของจักรวาล หากเราอยากรู้ว่าจักรวาลเป็นอย่างไรในช่วงแรกๆ เราแค่ต้องสังเกตว่าวันนี้เป็นอย่างไร วัดพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องทั้งหมด และคำนวณว่าในอดีตนั้นเป็นอย่างไร ในการทำเช่นนี้ เราจำเป็นต้องมีการสังเกตและการวัดจำนวนมาก แต่สมการของไอน์สไตน์ แม้จะยากมาก แต่อย่างน้อยก็ไม่คลุมเครือ ผลลัพธ์ที่ได้จะทำให้เกิดสมการสองสมการ ซึ่งเรียกว่าสมการฟรีดมันน์ และนักศึกษาวิชาจักรวาลวิทยาทุกคนต้องเผชิญกับภารกิจในการแก้สมการโดยตรง แต่พูดตามตรง เราสามารถทำการวัดค่าพารามิเตอร์ของจักรวาลได้อย่างน่าทึ่ง

เมื่อมองไปทางขั้วโลกเหนือของกาแล็กซีทางช้างเผือก เราก็สามารถมองเข้าไปในส่วนลึกของอวกาศได้ ภาพนี้มีกาแล็กซีหลายแสนกาแล็กซี และแต่ละพิกเซลเป็นกาแล็กซีที่แตกต่างกัน

เรารู้ว่าวันนี้ขยายตัวเร็วแค่ไหน เรารู้ว่าความหนาแน่นของสสารอยู่ในทิศทางใดก็ตามที่เรามอง เรารู้ว่ามีโครงสร้างจำนวนเท่าใดที่ก่อตัวในทุกขนาด ตั้งแต่กระจุกดาวทรงกลมไปจนถึงกาแลคซีแคระ ตั้งแต่กาแลคซีขนาดใหญ่ไปจนถึงกลุ่มกาแลคซี กระจุกดาวและโครงสร้างเส้นใยขนาดใหญ่ เรารู้ว่าสสารปกติ สสารมืด พลังงานมืด และส่วนประกอบเล็กๆ เช่น นิวตริโน รังสี และแม้แต่หลุมดำอยู่ในจักรวาลมากแค่ไหน และจากข้อมูลนี้เท่านั้นที่คาดการณ์ย้อนเวลากลับไป เราสามารถคำนวณทั้งขนาดของจักรวาลและอัตราการขยายตัวของมัน ณ เวลาใดก็ได้ในประวัติศาสตร์จักรวาลของมัน

กราฟลอการิทึมของขนาดของจักรวาลที่สังเกตได้เทียบกับอายุ

ปัจจุบัน จักรวาลที่สังเกตได้ของเราขยายออกไปประมาณ 46.1 พันล้านปีแสงในทุกทิศทางจากมุมมองของเรา ที่ระยะนี้เป็นจุดเริ่มต้นของอนุภาคในจินตนาการที่ออกเดินทางในช่วงเวลาที่เกิดบิ๊กแบง และเดินทางด้วยความเร็วแสงจะมาถึงเราในวันนี้ 13.8 พันล้านปีต่อมา โดยหลักการแล้ว ที่ระยะห่างนี้ คลื่นความโน้มถ่วงทั้งหมดที่เหลืออยู่จากการพองตัวของจักรวาล ซึ่งเป็นสภาวะที่เกิดก่อนบิกแบง ก่อให้เกิดจักรวาลและก่อให้เกิดเงื่อนไขเริ่มต้นทั้งหมด

คลื่นความโน้มถ่วงที่เกิดจากการพองตัวของจักรวาลเป็นสัญญาณที่เก่าแก่ที่สุดที่มนุษยชาติสามารถตรวจจับได้ พวกมันถือกำเนิดในช่วงสิ้นสุดของการขยายตัวของจักรวาล และในช่วงเริ่มต้นของบิกแบงที่ร้อนแรง

แต่ยังมีสัญญาณอื่นเหลืออยู่ในจักรวาล เมื่อมีอายุ 380,000 ปี รังสีที่ตกค้างจากบิ๊กแบงหยุดการกระเจิงจากอนุภาคที่มีประจุอิสระขณะที่พวกมันก่อตัวเป็นอะตอมที่เป็นกลาง และโฟตอนเหล่านี้หลังจากก่อตัวอะตอมแล้ว ก็จะมีการเลื่อนไปทางสีแดงต่อไปพร้อมกับการขยายตัวของเอกภพ และสามารถมองเห็นได้ในปัจจุบันโดยใช้ไมโครเวฟหรือเสาอากาศวิทยุ/กล้องโทรทรรศน์ แต่เนื่องจากอัตราการขยายตัวที่รวดเร็วของเอกภพในระยะแรก "พื้นผิว" ที่ "เรืองแสง" มาหาเราด้วยแสงที่เหลือ - พื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาล - จึงอยู่ห่างออกไปเพียง 45.2 พันล้านปีแสง ระยะทางจากจุดเริ่มต้นของจักรวาลไปยังสถานที่ที่จักรวาลอยู่หลังจาก 380,000 ปีเท่ากับ 900 ล้านปีแสง!

ความผันผวนของความเย็น (สีน้ำเงิน) ใน CMB ไม่ได้เย็นลงแต่อย่างใด แต่เพียงเป็นตัวแทนของพื้นที่ที่มีแรงดึงโน้มถ่วงเพิ่มขึ้นเนื่องจากความหนาแน่นของสสารที่เพิ่มขึ้น บริเวณที่ร้อน (สีแดง) จะร้อนกว่าเนื่องจากการแผ่รังสีในบริเวณเหล่านี้อาศัยอยู่ในบ่อแรงโน้มถ่วงที่ตื้นกว่า เมื่อเวลาผ่านไป บริเวณที่หนาแน่นมากขึ้นมีแนวโน้มที่จะเติบโตเป็นดาวฤกษ์ กาแล็กซี และกระจุกดาว ในขณะที่บริเวณที่มีความหนาแน่นน้อยกว่ามีแนวโน้มที่จะเติบโตเป็นดาวฤกษ์ กาแล็กซี และกระจุกดาวน้อยลง

คงอีกนานก่อนที่เราจะพบกาแล็กซีที่อยู่ห่างไกลที่สุดในจักรวาลที่เราค้นพบ แม้ว่าการจำลองและการคำนวณจะแสดงให้เห็นว่าดาวดวงแรกๆ อาจก่อตัวขึ้นหลังจากกำเนิดเอกภพได้ 50-100 ล้านปี และกาแลคซีดวงแรกหลังจาก 200 ล้านปี เรายังมองย้อนกลับไปไม่ได้ไกลขนาดนั้น (แม้ว่าจะมีความหวังว่าหลังจาก เปิดตัวในปีหน้า กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ เราก็ทำได้!) ปัจจุบัน บันทึกจักรวาลถูกครอบครองโดยกาแลคซีที่แสดงด้านล่าง ซึ่งมีอยู่เมื่อเอกภพมีอายุ 400 ล้านปี ซึ่งเป็นเพียง 3% ของอายุปัจจุบันเท่านั้น อย่างไรก็ตาม กาแลคซี GN-z11 นี้อยู่ห่างจาก “ขอบ” ของจักรวาลที่สังเกตได้เพียง 32 พันล้านปีแสง ซึ่งอยู่ห่างจาก “ขอบ” ของจักรวาลที่สังเกตได้ประมาณ 14 พันล้านปีแสง

กาแล็กซีที่อยู่ห่างไกลที่สุดที่ค้นพบ: GN-z11 ภาพถ่ายจากการสังเกตการณ์ GOODS-N ซึ่งดำเนินการโดยกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิล

เหตุผลก็คือในช่วงเริ่มต้นอัตราการขยายตัวลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อเวลาผ่านไป เมื่อกาแล็กซี Gz-11 ดำรงอยู่อย่างที่เราเห็น จักรวาลกำลังขยายตัวเร็วกว่าที่เป็นอยู่ในปัจจุบันถึง 20 เท่า เมื่อ CMB ถูกปล่อยออกมา จักรวาลก็ขยายตัวเร็วกว่าที่เป็นอยู่ในปัจจุบันถึง 20,000 เท่า เท่าที่เรารู้ในช่วงเวลาของบิ๊กแบง จักรวาลขยายตัวเร็วขึ้น 10 เท่า 36 เท่า หรือเร็วกว่าปัจจุบันถึง 1,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 เท่า เมื่อเวลาผ่านไป อัตราการขยายตัวของจักรวาลลดลงอย่างมาก

และนี่เป็นสิ่งที่ดีมากสำหรับเรา! ความสมดุลระหว่างอัตราการขยายตัวปฐมภูมิและปริมาณพลังงานทั้งหมดในจักรวาลในทุกรูปแบบได้รับการดูแลอย่างสมบูรณ์แบบ ขึ้นอยู่กับข้อผิดพลาดของการสังเกตของเรา หากมีสสารหรือการแผ่รังสีในจักรวาลเพิ่มขึ้นอีกเล็กน้อยตั้งแต่เนิ่นๆ มันคงจะพังทลายลงเมื่อหลายพันล้านปีก่อนและเราคงไม่มีอยู่จริง หากมีสสารหรือการแผ่รังสีในจักรวาลน้อยเกินไปตั้งแต่เนิ่นๆ มันจะขยายตัวเร็วมากจนอนุภาคไม่สามารถมาพบกันจนเกิดเป็นอะตอมได้ ไม่ต้องพูดถึงโครงสร้างที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น กาแล็กซี ดวงดาว ดาวเคราะห์ และผู้คน เรื่องราวของจักรวาลที่จักรวาลบอกเรานั้นเป็นเรื่องราวของความสมดุลสุดขีดซึ่งต้องขอบคุณที่เราดำรงอยู่

ความสมดุลที่ซับซ้อนระหว่างอัตราการขยายตัวและความหนาแน่นโดยรวมของจักรวาลนั้นละเอียดอ่อนมากจนแม้แต่การเบี่ยงเบน 0.00000000001% ในทิศทางใดทิศทางหนึ่งก็จะทำให้จักรวาลไม่สามารถอยู่อาศัยได้อย่างสมบูรณ์สำหรับชีวิต ดวงดาว หรือแม้แต่ดาวเคราะห์ในเวลาใดก็ตาม

หากทฤษฎีปัจจุบันที่ดีที่สุดของเราถูกต้อง กาแลคซีที่แท้จริงแห่งแรกน่าจะก่อตัวขึ้นเมื่อ 120 ถึง 210 ล้านปีก่อน ซึ่งสอดคล้องกับระยะทางจากเราถึงพวกเขา 35-37 พันล้านปีแสง และระยะทางจากกาแลคซีที่อยู่ห่างไกลที่สุดไปยังขอบของจักรวาลที่สังเกตได้ 9-11 พันล้านปีแสงในปัจจุบัน ที่นี่อยู่ไกลมาก และพูดถึงข้อเท็จจริงที่น่าประหลาดใจประการหนึ่ง นั่นคือ จักรวาลขยายตัวอย่างรวดเร็วมากในช่วงแรกๆ และในปัจจุบันก็ขยายตัวช้ากว่ามาก 1% ของอายุจักรวาลมีส่วนรับผิดชอบ 20% ของการขยายตัวทั้งหมด!

ประวัติศาสตร์ของจักรวาลเต็มไปด้วยเหตุการณ์ที่น่าอัศจรรย์ แต่เมื่อเงินเฟ้อสิ้นสุดลงและบิ๊กแบงเกิดขึ้น อัตราการขยายตัวก็ลดลงอย่างรวดเร็ว และกำลังช้าลงเมื่อความหนาแน่นยังคงลดลงอย่างต่อเนื่อง

การขยายตัวของเอกภพขยายความยาวคลื่นของแสง (และรับผิดชอบต่อการเคลื่อนตัวของสีแดงที่เราเห็น) และความเร็วขนาดใหญ่ของการขยายตัวนี้ทำให้เกิดระยะห่างที่มากระหว่างพื้นหลังไมโครเวฟและกาแลคซีที่อยู่ไกลที่สุด แต่ขนาดของจักรวาลในปัจจุบันเผยให้เห็นสิ่งอื่นที่น่าอัศจรรย์: ผลกระทบอันเหลือเชื่อที่เกิดขึ้นตามกาลเวลา เมื่อเวลาผ่านไป จักรวาลจะยังคงขยายตัวมากขึ้นเรื่อยๆ และเมื่อถึงเวลาที่อายุสิบเท่าของวันนี้ ระยะทางก็จะเพิ่มขึ้นมากจนเราไม่สามารถมองเห็นกาแลคซีใดๆ ได้อีกนอกจากสมาชิกของกลุ่มท้องถิ่นของเรา แม้จะมีกล้องโทรทรรศน์เทียบเท่ากับฮับเบิลก็ตาม เพลิดเพลินไปกับทุกสิ่งที่มองเห็นได้ในปัจจุบัน ความหลากหลายอันยิ่งใหญ่ของสิ่งที่มีอยู่ในทุกระดับจักรวาล มันจะไม่คงอยู่ตลอดไป!

บ้าน » แร็ค » ค้นพบวัตถุที่อยู่ไกลที่สุดในจักรวาลแล้ว ค้นพบกาแล็กซีที่ห่างไกลที่สุดในจักรวาล