การศึกษาภาพที่ถ่ายโดย JWST นำไปสู่การค้นพบกาแล็กซีในยุคแรกเริ่มของเอกภพซึ่งเกิดขึ้นประมาณหนึ่งพันล้านปีหลังจากบิ๊กแบง ซึ่งลายเซ็นแสงนั้นมาจากก๊าซในเนบิวลาที่ส่องแสงจ้ากว่าดาวฤกษ์ ปัจจุบันกาแล็กซีนี้มีชื่อว่า GS-NDG-9422 ซึ่งมีความซับซ้อนทางเคมีและไม่มีดาวฤกษ์ประเภท Population III ในทำนองเดียวกัน กาแล็กซีที่อยู่ห่างไกลที่สุด JADES-GS-z14-0 ซึ่งก่อตัวขึ้นในยุคแรกเริ่มของเอกภพประมาณ 290 ล้านปีหลังจากค้นพบบิ๊กแบงก็มีโลหะ ตามความเข้าใจในปัจจุบัน ดาวฤกษ์รุ่นแรกของเอกภพในยุคแรกควรเป็นดาวฤกษ์ประเภท Population III ที่มีโลหะเป็นศูนย์ ในดาราศาสตร์ ธาตุใดๆ ที่หนักกว่าฮีเลียมจะถือเป็นโลหะ ธาตุที่ไม่ใช่โลหะ เช่น ออกซิเจน ไนโตรเจน เป็นต้น ถือเป็นโลหะในบริบทของจักรวาล ดาวฤกษ์จะมีโลหะเพิ่มมากขึ้นในแต่ละรุ่นหลังจากเหตุการณ์ซูเปอร์โนวา
นักวิจัยได้ระบุกาแล็กซีที่มีลักษณะเฉพาะจากเอกภพยุคแรกที่มีค่าเรดชิฟต์ Z= 5.943 ซึ่งตรงกับเวลาประมาณหนึ่งพันล้านปีหลังบิ๊กแบง โดยใช้ภาพที่ถ่ายด้วยเครื่องมือ NIRSpec (สเปกโตรกราฟอินฟราเรดใกล้) ของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (JWST) กาแล็กซีนี้ซึ่งปัจจุบันได้รับการตั้งชื่อว่า GS-NDG-9422 อาจเป็นเพียงช่วงที่ขาดหายไปของวิวัฒนาการของกาแล็กซีระหว่างดวงดาวดวงแรกของเอกภพกับกาแล็กซีที่ได้รับการยอมรับ
ภาพจุดจางๆ ของกาแล็กซี GS-NDG-9422 มีลายเซ็นแสงเฉพาะตัว แหล่งกำเนิดแสงที่เห็นในภาพคือก๊าซร้อนของกาแล็กซี แสงไม่ได้มาจากดวงดาวของกาแล็กซี
ดาวฤกษ์ในกาแล็กซี GS-NDG-40,000 มีอุณหภูมิสูงมาก ต่างจากดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ในจักรวาลของเราซึ่งมีอุณหภูมิประมาณ 50,000 ถึง 9422 องศาเซลเซียส อาจเป็นไปได้ว่ากาแล็กซีแห่งนี้อยู่ในระยะการก่อตัวของดาวฤกษ์ภายในเนบิวลาก๊าซหนาแน่นซึ่งผลิตดาวฤกษ์ขนาดใหญ่จำนวนมากที่ร้อนเมื่อแสงออกจากกาแล็กซีแห่งนี้เมื่อประมาณ 12.8 ล้านปีก่อนเพื่อมาถึง JWST ในปัจจุบัน การสังเกตการณ์นี้สอดคล้องกับแบบจำลองคอมพิวเตอร์ที่ว่าการที่โฟตอนของดาวฤกษ์ร้อนโจมตีเนบิวลาก๊าซอย่างต่อเนื่องทำให้ก๊าซในเนบิวลาร้อนมีอุณหภูมิสูงกว่า 80,000 องศาเซลเซียส ทำให้ก๊าซในเนบิวลาส่องสว่างได้สว่างกว่าดาวฤกษ์ในแสงอินฟราเรดใกล้
กาแล็กซีที่มีแสงเนบิวลาเป็นองค์ประกอบหลัก (ไม่ใช่แสงดาว) สอดคล้องกับสภาพแวดล้อมของดาวฤกษ์รุ่นแรกของเอกภพยุคแรก ดาวฤกษ์ในกาแล็กซีดังกล่าวคือดาว Pop. III ที่มีโลหะเป็นศูนย์ อย่างไรก็ตาม น่าแปลกใจที่กาแล็กซี GS-NDG-9422 ไม่มีดาว Population III ข้อมูลของ JWST แสดงให้เห็นว่า GS-NDG-9422 มีความซับซ้อนทางเคมี
กรณีของกาแล็กซี JADES-GS-z14-0 ที่อยู่ห่างไกลที่สุดซึ่งก่อตัวขึ้นในเอกภพยุคแรกเมื่อประมาณ 290 ล้านปีหลังบิ๊กแบงนั้นยังคงน่าพิศวงกว่านั้น ดาวฤกษ์ในกาแล็กซีนี้น่าจะเป็นดาว Pop. III ที่มีโลหะเป็นศูนย์ อย่างไรก็ตาม การศึกษาคุณสมบัติอินฟราเรดของกาแล็กซี JADES-GS-z14-0 เผยให้เห็นว่ามีออกซิเจนอยู่ ซึ่งหมายความว่าโลหะมีความเข้มข้นสูง ซึ่งบ่งชี้ว่าดาวฤกษ์หลายรุ่นน่าจะผ่านวงจรชีวิตของพวกมันไปแล้ว
ดาวฤกษ์ดวงแรกในจักรวาลมีโลหะเป็นศูนย์หรือมีโลหะน้อยมาก เรียกว่าดาว Pop III (หรือดาว Population III) ดาวฤกษ์ที่มีโลหะน้อยเรียกว่าดาว Pop II ดาวฤกษ์อายุน้อยมีปริมาณโลหะสูง เรียกว่า "ดาว Pop I" หรือดาวฤกษ์ที่มีโลหะในดวงอาทิตย์ ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ที่เพิ่งเกิดใหม่ เนื่องจากมีค่าโลหะสูงถึง 1.4% ในทางดาราศาสตร์ ธาตุใดๆ ที่หนักกว่าฮีเลียมจะถือว่าเป็นโลหะ ธาตุอโลหะทางเคมี เช่น ออกซิเจน ไนโตรเจน เป็นต้น ถือเป็นโลหะในบริบทของจักรวาล ดาวฤกษ์จะมีปริมาณโลหะเพิ่มมากขึ้นในแต่ละรุ่นหลังจากเหตุการณ์ซูเปอร์โนวา ปริมาณโลหะที่เพิ่มขึ้นในดาวฤกษ์บ่งชี้ว่ามีอายุน้อยลง
***
อ้างอิง:
- คาเมรอน เอเจ, อัล et 2024. กาแล็กซีที่มีเนบิวลาเป็นตัวนำ: ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับฟังก์ชันมวลเริ่มต้นของดาวฤกษ์ที่ค่าเรดชิฟต์สูง เผยแพร่: 21 มิถุนายน 2024 Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, เล่มที่ 534, ฉบับที่ 1, ตุลาคม 2024, หน้า 523–543, DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stae1547
- ข่าว NASA – ในกาแล็กซีแปลก เวบบ์ของ NASA ค้นพบความเชื่อมโยงที่อาจหายไปของดาวดวงแรก หาซื้อได้ที่ https://science.nasa.gov/missions/webb/in-odd-galaxy-nasas-webb-finds-potential-missing-link-to-first-stars/
- Prasad U., 2024. Early Universe: The Most Distant Galaxy “JADES-GS-z14-0″ Challenges Galaxy Formation Models. Scientific European. เผยแพร่เมื่อวันที่ 12 สิงหาคม 2024 เข้าถึงได้ที่ https://www.scientificeuropean.co.uk/sciences/space/early-universe-the-most-distant-galaxy-jades-gs-z14-0-challenges-galaxy-formation-models/
***
