มี “กาแล็กซี” ทั้งหมดกี่แห่งในจักรวาลแห่งนี้ เป็นหนึ่งในไม่กี่ครั้งที่ทั้งนักทฤษฎีและผู้สังเกตการณ์เห็นตรงกันว่าจำนวนที่ คาร์ล เซแกน เคยกล่าวถึงนั้นน้อยเกินไป นั่นเพราะจักรวาลของเรายิ่งใหญ่กว่าเคยคิดกัน
เมื่อประมาณ 40 ปีก่อน คาร์ล เซแกน (Carl Sagan) นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันผู้ล่วงลับไปแล้วเคยกล่าวไว้อย่างโด่งดังว่า ในจักรวาลของเรามี ‘ดวงดาว’ มากกว่า ‘เม็ดทราย’ ทุกเม็ดบนโลกรวมกัน โดยดวงดาวเหล่านั้นต่างรวมตัวกันเป็นกาแล็กซีซึ่งเคยประเมินกันว่ามีราว ๆ หลัก ‘พันล้าน’ แห่ง
แต่เมื่อนักวิทยาศาสตร์ยิ่งได้ตรวจสอบลึกลงไปเท่าไหร่ พวกเขาก็ยิ่งตระหนักได้ว่าจำนวนเหล่านั้น ‘น้อยเกินไป’ ที่จะระบุกาแล็กซีทั้งหมด คุณอาจคิดภาพได้ว่า ‘ก็แค่ถ่ายรูปแล้วใช้คอมพิวเตอร์นับจำนวนทั้งหมด’ แต่ยิ่งถ่ายรูปลึกเข้าไปในห้วงอวกาศ พวกเขาก็พบกาแล็กซีมากขึ้นเรื่อย ๆ ที่แอบซ่อนอยู่ในความมืด และนั่นเป็นเพียงเศษเสี้ยวหนึ่งของ ‘จักรวาลที่สังเกตได้’
“จักรวาลที่สังเกตได้เป็นเพียงส่วนหนึ่งของจักรวาลที่แสงมีเวลามาถึงเรา” ไค โนเอสเกะ (Kai Noeske) นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์จากองค์การอวกาศยุโรป กล่าวกับ Live Science “ปัจจุบัน ขนาดทั้งหมดในแต่ละทิศทางอยู่ที่ประมาณ 46,000 ล้านปีแสง”
ตัวเลขนี้อาจทำให้คนทั่วไปสับสัน อธิบายอย่างสั้น ๆ ก็คือตามทฤษฎีปัจจุบัน จักรวาลเริ่มต้นขึ้นเมื่อประมาณ 13,800 ล้านปีก่อน นับตั้งแต่นั้นมันก็ได้ ‘ขยายตัว’ ในทุกทิศทุกทางเรื่อยมาจนปัจจุบัน ‘จักรวาลที่สังเกต’ มีขนาดราว 46,000 ล้านปีแสง หรือก็คือขอบสุดที่โลกมองเห็นอยู่ห่างออกไป 46,000 ล้านปีแสง
ภาพที่ไกลที่สุด
ความพยายามครั้งแรกเกิดขึ้นในปี 1995 โดยนักดาราศาสตร์ได้ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลเล็งไปที่บริเวณว่างเปล่าของกลุ่มดาวหมีใหญ่ และได้สังเกตการณ์อยู่นานเป็นเวลา 10 วัน ผลที่ได้คือพวกเขาเห็นกาแล็กซีจาง ๆ อยู่ประมาณ 3,000 แห่งในเฟรมเดียว ภาพดังกล่าวถูกเรียกว่า ‘ฮับเบิลดีฟฟิล์ด’ (Hubble Deep Field)
มันกลายเป็นภาพที่ไกลที่สุดเท่าที่มนุษย์คนใดจะเคยเห็นมาก่อนในขณะนั้น และเมื่อฮับเบิลได้รับการอัปเกรดเครื่องมือ พวกเขาก็ได้ทดลองทำมันอีก 2 ครั้งในปี 2003 และ 2004 ในโครงการที่เรียกว่า ‘ฮับเบิล อัลตรา ดีพฟิล์ด’ ซึ่งเป็นการเปิดรับแสงนาน 1 ล้านวินาที (ประมาณ 11 วันนิด ๆ) ในบริเวณของกลุ่มดาวเตาหลอม (Constellation Fornax)
มันก็ได้เผยให้เห็นกาแล็กซีอีกประมาณ 10,000 แห่งในจุดเล็ก ๆ แห่งนั้น และความพยายามครั้งที่ 3 ก็เกิดขึ้นในปี 2012 เมื่อฮับเบิลได้รับการอัปเกรดอีกครั้งใน เอ็กตรีม ดีพ ฟิล์ด นักดาราศาสตร์ก็มองเห็นกาแล็กซี 5,500 แห่ง ผลลัพธ์เหล่านี้ดูเหมือนว่ายิ่งส่องลึกเข้าไปเพียงใด ก็จะยังคงมีกาแล็กซีอยู่ในนั้นเสมอ
เมื่อพิจารณาโดยรวมผ่านการคำนวณปริมาณกาแล็กซีคูณเข้ากับพื้นที่จักรวาล การสำรวจของฮับเบิลก็ได้เผยให้เห็นว่ามีกาแล็กซีอย่างน้อย ๆ 100,000 ล้านแห่ง นั่นเป็นปริมาณที่สมองของเราไม่สามารถจินตนาการ เพราะเราไม่คุ้นเคยกับตัวเลขที่มากขนาดนี้
“คุณมองไปที่บริเวณท้องฟ้าเล็ก ๆ แล้วคุณนับทุกอย่างในบริเวณเล็ก ๆ นั้น จากนั้นก็คูณด้วยขนาดของท้องฟ้า” พาเมลา เกย์ (Pamela Gay) นักวิทยาศาสตร์อาวุโสจากสถาบันวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ กล่าว “เรามีกาแล็กซีขนาดใหญ่มากซึ่งมีมวลมากกว่ากาแล็กซีของเรา 10 เท่า และเราก็มีกาแล็กซีขนาดเล็กมากมาย ตั้งแต่กาแล็กซีที่มีมวลน้อยกว่าประมาณ 10 เท่า ลงมาจนถึงกาแล็กซีแคระ”
นับดาว
นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าตัวเลขดังกล่าวมีแนวโน้มจะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ เนื่องจากเทคโนโลยีกล้องโทรทรรศน์อวกาศที่พัฒนาขึ้นทุกวัน แต่ยังไงก็ตามไม่ว่าจะใช้เครื่องมือใด วิธีการประมาณจำนวนกาแล็กซีก็มักจะเหมือน ๆ กัน ด้วยการใช้ส่วนของท้องฟ้าที่ถูกถ่าย จากนั้นก็นำตัวเลขเข้าสมการ
“นี่เป็นการสันนิษฐานว่าไม่มีความแปรปรวนของจักรวาลมากนัก หรือกล่าวคือ จักรวาลเป็นเนื้อเดียวกัน” มาริโอ ลิวิโอ (Mario Livio) นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์จากสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศ กล่าวและว่า “เรามีเหตุผลที่ดีที่จะคิดว่ามันเป็นเช่นนั้น นั่นคือหลักการของจักรวาล”
แนวคิดดังกล่าวนั้นมีที่มาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ ไอน์สไตน์ ผู้มีชื่อเสียงที่ใคร ๆ ก็รู้จักจนไม่ต้องการคำแนะนำตัว ทฤษฎีกล่าวว่า แรงโน้มถ่วงคือการบิดเบี้ยวของกาลอวกาศ ด้วยความเข้าใจนั้น นักวิทยาศาสตร์หลายคน(รวมถึงไอน์สไตน์เองด้วย) ก็สามารถสร้างภาพจักรวาลได้ง่าย ๆ
สมมติฐานที่ง่ายที่สุดก็คือ จักรวาลเป็นเนื้อเดียวกันต่อเนื่อง กล่าวอีกนัย พวกมันมีลักษณะเหมือนกันทุกประการในทุกทิศทุกทาง โดยมีหลักฐานที่ชัดเจนจากรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล หรือ CMB (cosmic microwave background) ซึ่งมาจากการวัดของอุปกรณ์หลาย ๆ ชิ้นที่เป็นอิสระต่อกัน นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าค่าของ CMB นั้นเหมือนกันทุกประการไม่ว่าจะมองไปทางไหนก็ตาม
ข้อมูลดังกล่าวทำให้นักดาราศาสตร์สามารถใช้สมการเดียวกันทั่วทั้งจักรวาลในการนับกาแล็กซี การวิจัยในปี 2021 ด้วยอุปกรณ์บนยานนิวฮอไรซันส์ของ นาซา (NASA) ได้ทำการวัดปริมาณแสงทั้งหมดในท้องฟ้าบริเวณต่าง ๆ และประมาณว่าต้องใช้กาแล็กซี ‘กี่แห่ง’ จึงจะสร้างแสงมากขนาดนั้นได้
“และทันใดนั้น เมื่อพวกเขาออกจากแหล่งกำเนิดแสงทั้งหมดในระบบสุริยะของเรา พวกเขา (ทีมวิจัยในปี 2021) ก็ประมาณว่ามีกาแล็กซีประมาณ 100,000 ล้านแห่งและอาจมากถึง 2 ล้านล้านแห่ง” เกย์ กล่าว
ดังนั้นตัวเลขที่ยอมรับกันนั้นมี ‘ขอบล่าง’ ของจำนวนกาแล็กซีทั้งหมดในจักรวาลที่สังเกตได้ราว ๆ 100,000 ล้านแห่ง และมีตัวเลข ‘ขอบบน’ อยู่ 2 ล้านล้านกาแล็กซี ซึ่งจะทำให้มีดาวฤกษ์จำนวนมหาศาลมากยิ่งกว่าที่ คาร์ล เซแกน เคยประมาณคร่าว ๆ ไว้มากอีกหลายเท่าตัว
จำนวนกาแล็กซีจะเปลี่ยนแปลงไปไหม?
นับตั้งแต่บิ๊กแบง จักรวาลของเราก็ได้ขยายตัวเรื่อยมา ดังนั้นเมื่อสิ่งต่าง ๆ ออกห่างจากโลกมาขึ้นเรื่อย ๆ เราก็จะมองเห็นพวกมันได้ยากขึ้นด้วยเช่นกัน ขีดจำกัดดังกล่าวถูกเรียกว่า ‘จักรวาลที่สังเกตได้’ ซึ่งไม่ได้หมายถึงจักรวาลทั้งหมด
“เราสามารถมองเห็นแสงได้จากกาแล็กซีที่แสงมีเวลาเพียงพอจะมาถึงเราเท่านั้น” ลิวิโอ กล่าว “ไม่ได้หมายความว่าจักรวาลมีเพียงแค่นั้น ดังนั้นจึงเป็นคำนิยามของจักรวาลที่สังเกตุได้”
ขณะเดียวกันมนุษย์ก็ได้พัฒนาเทคโนโลยีการสังเกตอวกาศห้วงลึกมากขึ้นเรื่อย ๆ ดังนั้นหากเราไม่สามารถสังเกตได้ทันตามการขยายตัวของจักรวาล ตัวเลขกาแล็กซีที่เรามองเห็นก็จะน้อยลงเนื่องจากกาแล็กซีในสุดขอบอยู่เลยออกไปจักรวาลที่สังเกตได้
แต่หากเทคโนโลยีของเราตามทัน เราก็อาจจะมีจำนวนกาแล็กซีมากขึ้นกว่าเดิม อย่างไรก็ตามมีอีกหนึ่งปัจจัยที่ต้องนำมาคิดคือ การเปลี่ยนแปลงของกาแล็กซี ตัวอย่างเช่น ‘ทางช้างเผือก’ ของเรา กำลังเข้าไปรวมตัวกับ ‘แอนดรอเมดา’ ที่อยู่ใกล้เคียงในอีก 4 พันล้านปีข้างหน้ากลายเป็นกาแล็กซีเดียวกัน
แต่หากนับเฉพาะในช่วงเวลาของมนุษย์ ตัวเลขก็จะยังคงเหมือน ๆ เดิมอย่างที่มันเป็นอยู่
“ตัวเลขจะไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก” ลิวิโอ เสริม “ดังนั้นจำนวนกาแล็กซีประมาณ 200,000 ล้านแห่งจึงน่าจะพอเพียงสำหรับจักรวาลที่เราสังเกตได้”
ให้ ‘เวบบ์’ จัดการ
ด้วยพลังของเทคโนโลยีรุ่นใหม่ กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (JWST) ได้ทำให้นักวิทยาศาสตร์มองเห็นกาแล็กซีที่อยู่สุดขอบที่สังเกตได้จำนวนมากเพิ่มเติม กาแล็กซีเหล่านั้นเกิดขึ้นหล้งจากบิ๊กแบงเพียงไม่กี่ร้อยล้านปี ซึ่งท้าทายทฤษฎีจักรวาลวิทยาในปัจจุบัน
มันทั้งมีขนาดใหญ่โตและไกลเกินกว่าที่จะเป็นไปได้ แต่ยังไงก็ตามมันก็เกิดขึ้นซึ่งข้อมูลของเวบบ์มองเห็นได้อย่างชัดเจน สิ่งเหล่านี้ทำให้นักดาราศาสตร์เข้าใจกระบวนการที่เกิดขึ้นในจักรวาลของเราว่ามันเคยเป็นอย่างไรในอดีตรวมถึงจะเป็นอย่างไรในอนาคต และ เจมส์ เวบบ์ ก็เพิ่งจะปฏิบัติงานเต็มรูปแบบได้เพียง 2 ปีเท่านั้น ยังมีอีกมากให้เรียนรู้
“การศึกษากาแล็กซียุคแรก ๆ และเปรียบเทียบกับกาแล็กซีปัจจุบัน อาจทำให้เราสามารถเข้าใจการเติบโตและวิวัฒนาการของกาแล็กซีเหล่านั้นได้ นอกจากนี้ เวบบ์ ยังช่วยให้นักวิทยาศาสตร์รวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับดาวฤกษ์ประเภทต่าง ๆ ที่เคยมีอยู่ในยุคแรก ๆ ได้อีกด้วย” นาซา กล่าว
“หากมันเป็นเอกภพที่ไม่มีที่สิ้นสุด คุณก็จะมีกาแล็กซีที่ไม่มีที่สิ้นสุด” เกย์ กล่าวทิ้งท้าย
สืบค้นและเรียบเรียง วิทิต บรมพิชัยชาติกุล
ภาพ : NASA, ESA, M. Postman (STScI) and the CLASH Team on National Geographic
ที่มา
.
