“เราไม่เคยโดดเดี่ยว แต่ถูกรายล้อมไปด้วยกาแล็กซีบริวาร
ที่ยังไม่สามารถตรวจจับได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์ปัจจุบัน”
กาแล็กซีทางช้างเผือก บ้านของระบบสุริยะและสถานที่อยู่อาศัยของเราอยู่ในกาแล็กซีรูปก้นหอยธรรมดาที่มีขนาดใหญ่พอสมควร ขณะเดียวกันก็มีเพื่อนบ้านไม่กี่แห่งที่มองเห็นได้ชัดเจนนั่นคือ กลุ่มเมฆแมกเจลแลน (ทั้งใหญ่และเล็ก) และดาราจักรแอนดราเมดาคือหมู่บ้านขนาดใหญ่ที่ไกลออกไป
“เป็นเวลานานที่หมู่บ้านเหล่านี้เป็นเพียงหมู่บ้านเดียวที่เป็นที่รู้จัก” แอนดรูว์ ฟ็อกซ์ (Andrew Fox) นักดาราศาสตร์จากสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศ (STScI) กล่าว “จนกระทั่งวันหนึ่ง มีคนนำเลนส์สองอันมาประกอบกันเป็นกล้องโทรทรรศน์ มองไปรอบ ๆ และเห็นหมู่บ้านเล็ก ๆ กระจายอยู่ตามเนินเขาโดยรอบ และตระหนักว่าต้องวาดแผนที่ใหม่ นั่นคือกลุ่มท้องถิ่น – มันคือที่ที่เราอาศัยอยู่”
ตลอดประวัติศาสตร์การศึกษาดาราศาสตร์ที่ผ่านมา เราสามารถตรวจสอบทางช้างเผือก ดาวเคราะห์ ดาวฤกษ์ เนบิวลา และวัตถุต่าง ๆ ที่อยู่ในดาราจักรทางช้างเผือกได้อย่างง่ายดาย ซึ่งเปรียบเสมือนแสงไฟยามค่ำคืนในสวนหลังบ้านของเราเอง แต่การมองลอดรั้วขอบฟ้าทางช้างเผือกออกไปนั้นเป็นเรื่องยากอย่างไม่น่าเชื่อ
เราทราบเป็นอย่างดีว่า กาแล็กซีของเราอยู่ในกลุ่มที่เรียกว่า ‘กลุ่มกาแล็กซีท้องถิ่น’ (Local Group) ซึ่งประกอบไปด้วยกาแล็กซีราว 85 แห่งที่เชื่อมโยงกันด้วยแรงโน้มถ่วง กระจายกันออกไปเป็นระยะ 10 ล้านปีแสง พร้อมกับกาแล็กซีขนาดเล็กน้อยอีกหลายสิบแห่งเกาะอยู่รอบ ๆ
อย่างไรก็ตาม รายงานใหม่เผยว่าตัวเลขนี้อาจเพิ่มขึ้นอีก 80-100 แห่ง ซึ่งเป็นกาแล็กซีที่ไม่เคยถูกตรวจจับมาก่อน โคจรรอบทางช้างเผือกราวกับว่าพวกมันเป็นบริวารของเรา รายงานนี้ถูกนำเสนอในการประชุมดาราศาสตร์แห่งชาติของสมาคมดาราศาสตร์หลวง ที่เมืองเดอแรม ประเทศอังกฤษ
“เรารู้ว่าทางช้างเผือกมีกาแล็กซีบริวารที่ได้รับการยืนยันแล้วประมาณ 60 แห่ง” อิซาเบล ซานโตส-ซานโตส หัวหน้าทีมวิจัยกล่าว “แต่เราคิดว่าน่าจะมีกาแล็กซีจาง ๆ เหล่านี้อีกหลายสิบแห่งที่โคจรรอบทางช้างเผือกในระยะใกล้”
ทฤษฎีแลมบ์ดาสสารมืดเย็น
ตามความรู้ปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์เชื่อกันว่าจักรวาลของเราล้วนกำเนิดจากทฤษฎีแลมบ์ดาสสารมืดเย็น (Lambda Cold Dark Matter) ซึ่งเป็นทฤษฎีจักรวาลวิทยามาตรฐาน โดยระบุว่า สสารธรรมดา หรือก็คืออะตอมที่กำเนิดมาเป็นตัวเรามีอยู่ในจักรวาลเพียงร้อยละ 5 เท่านั้น
ขณะที่เหลือนั้นประกอบด้วยสสารมืดเย็น (CDM) ประมาณ 25 เปอร์เซ็น และพลังงานมืดอีกร้อยละ 70 ตามแบบจำลองนี้ กาแล็กซีจะก่อตัวขึ้นในใจกลางของกลุ่มสสารมืดขนาดมหึมาที่เรียกกันว่า ‘ฮาโล’ ล่องลอยกลางความมืด โดยกาแล็กซีขนาดเล็กจะเกาะกาแล็กซีขนาดใหญ่ไปเรื่อย ๆ
มันเป็นแนวคิดที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางที่สุดในปัจจุบัน และได้รับการทดสอบมานับไม่ถ้วน ถึงอย่างนั้นก็ดูเหมือนว่าจะมีปัญหาอยู่หลายอย่าง โดยเฉพาะที่มันทำนายว่าจะมีกาแล็กซีขนาดเล็ก (กาแล็กซีแคระ) เป็นบริวาร แต่อย่างที่เห็น เราแทบไม่พบสิ่งนี้อยู่รอบทางช้างเผือกเลย
“หากการคาดการณ์ของเราถูกต้อง มันจะเพิ่มน้ำหนักให้กับทฤษฎีแลมบ์ดาสสารมืดเย็นเกี่ยวกับการก่อตัวและวิวัฒนาการของโครงสร้างในจักรวาล” ซานโตส-ซานโตส กล่าว
เพื่อเข้าใจกระบวนการเหล่านั้นให้ดีขึ้นยิ่ง ทีมวิจัยจึงตัดสินใจหันมาใช้แบบจำลองอะควอเรียส (Aquarius simulation) ซึ่งเป็นแบบจำลองฮาโลสสารมืดของทางช้างเผือกที่มีความละเอียดสูงที่สุด พร้อมกับแบบจำลอง GALFORM ที่มีไว้ใช้ติดตามการเย็นตัวของก๊าซ การก่อตัวของดาวฤกษ์ และการรวมตัวของสสาร
เนื่องจากสสารมืดนั้นไม่สะท้อนแสง มันจึงไม่สามารถ ‘มองเห็น’ ได้โดยตรง แต่ผลกระทบของมันก็ยังสามารถตรวจจับได้ผ่านการบิดเบี้ยวของแสงดาวขณะเคลื่อนผ่าน รูปร่างกาแล็กซีที่ผิดปกติ และดาวฤกษ์ที่เคลื่อนที่ด้วยความเร่งซึ่งไม่อาจอธิบายได้
ผลลัพธ์
เมื่อใส่ข้อมูลทุกอย่างที่จำเป็นลงไปแล้ว มันแสดงให้เห็นว่า ฮาโลของสสารมืดหรือแอ่งของกาแล็กซีทางช้างเผือกนี้ ซึ่งอาจเป็นที่อยู่อาศัยของกาแล็กซีบริวาร ได้ล้อมรอบทางช้างเผือกมาเกือบตลอดอายุของจักรวาล
สิ่งนี้ทำให้ทางช้างเผือกมีแรงดึงดูดมหาศาลมา มันรุนแรงจนดึงฮาโลมวลสสารมืดของกาแล็กซีแคระรอบ ๆ ออกไปเกือบหมด จนทำให้กาแล็กซีบริวารเหล่านี้สูญหายไปจากการจำลองส่วนใหญ่ มันจางลง มีขนาดเล็ก และแทบตรวจจับไม่ได้เลย โดยรวมแล้ว ทีมวิจัยเชื่อว่าน่าจะมีกาแล็กซีประเภทนี้อยู่รอบทางช้างเผือกราว 80-100 แห่ง
“นักดาราศาสตร์ที่สังเกตการณ์ กำลังใช้การคาดการณ์ของเราเป็นเกณฑ์มาตรฐานในการเปรียบเทียบข้อมูลใหม่ที่พวกเขาได้รับ” ซานโตส-ซานโตส กล่าว “สักวันหนึ่งในไม่ช้า เราอาจได้เห็นกาแล็กซีที่ ‘หายไป’ เหล่านี้ ซึ่งน่าตื่นเต้นอย่างยิ่งและอาจบอกเราได้มากขึ้นว่า จักรวาลเกิดขึ้นได้อย่างไร อย่างที่เราเห็นในปัจจุบัน”
หากกาแล็กซีเหล่านี้มีอยู่จริง มันจะกลายเป็นหลักฐานที่หนักแน่นในการสนับสนุนทฤษฎีแลมบ์ดาสสารมืดเย็น เนื่องจากทฤษฎีนี้ได้ทำนายไว้ว่าน่าจะมีกาแล็กซีรอบ ๆ ทางช้างเผือกมากกว่าที่เห็นในปัจจุบัน
การพิสูจน์อาจใช้เวลาไม่นาน เนื่องจากตอนนี้นักวิทยาศาสตร์มีหอดูดาวแห่งใหม่ที่ชื่อ รูบิน ซึ่งติดตั้งกล้องขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมา ซึ่งอาจตรวจจับกาแล็กซีจาง ๆ ที่ซ่อนอยู่เหล่านี้ได้
“หากประชากรบริวารที่จางมากนี้ได้รับการค้นพบด้วยข้อมูลใหม่ ทฤษฎีการก่อตัวของกาแล็กซี LCDM ก็จะประสบความสำเร็จอย่างยิ่ง” ศาสตราจารย์ คาลอส แฟรนก์ (Carlos Frenk) หนึ่งในทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยเดอแรม กล่าว
“งานวิจัยนี้ยังแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงพลังของฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ ด้วยการใช้กฎฟิสิกส์ที่คำนวณด้วยซูเปอร์คอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ และแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ เราก็สามารถทำนายได้อย่างแม่นยำ ซึ่งนักดาราศาสตร์ที่ติดตั้งกล้องโทรทรรศน์รุ่นใหม่ที่มีกำลังสูงสามารถทดสอบได้ ไม่มีอะไรจะดีไปกว่านี้อีกแล้ว”
สืบค้นและเรียบเรียง
วิทิต บรมพิชัยชาติกุล
ที่มา
https://conference.astro.dur.ac.uk
อ่านเพิ่มเติม : กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์
ตรวจพบกาแล็กซีใหม่ รูปร่างประหลาดลักษณะคล้ายแมงกะพรุน
