หนึ่งในดาราจักรที่ห่างไกลที่สุดที่รู้จักซึ่งสังเกตได้ในช่วงปีแรก ๆ ของจักรวาล ดูเหมือนจะหมุนด้วยความเร็วน้อยกว่าหนึ่งในสี่ของทางช้างเผือกในปัจจุบัน ตามการศึกษาใหม่ที่เกี่ยวข้องกับนักวิจัยของมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์
สำหรับการศึกษาที่ตีพิมพ์ใน The Astrophysical Journal Lettersทีมนักวิจัยนานาชาติได้วิเคราะห์ข้อมูลจากกาแลคซีที่เรียกว่า MACS1149-JD1 (JD1) ซึ่งได้จากการสังเกตการณ์โดย Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ซึ่งเป็นชุดของกล้องโทรทรรศน์วิทยุ ในประเทศชิลี
กาแล็กซีอยู่ไกลมากจนแสงมาถึงเราตั้งแต่สมัยที่เอกภพมีอายุเพียง 550 ล้านปี หรือ 4% ของอายุปัจจุบัน
นักวิจัยที่นำโดย Tsuyoshi Tokuoka จากมหาวิทยาลัย Waseda พบความแตกต่างเล็กน้อยในความยาวคลื่นของแสงซึ่งบ่งชี้ว่าส่วนต่างๆ ของกาแลคซีกำลังเคลื่อนที่ออกจากเราในขณะที่ส่วนอื่นๆ กำลังเคลื่อนที่เข้าหาเรา จากการแปรผันเหล่านี้ พวกเขาสรุปได้ว่าดาราจักรมีรูปร่างเหมือนจานและหมุนด้วยความเร็ว 50 กิโลเมตรต่อวินาที ทางช้างเผือกที่ตำแหน่งของดวงอาทิตย์หมุนด้วยความเร็ว 220 กิโลเมตรต่อวินาทีในปัจจุบัน
จากขนาดของกาแลคซีและความเร็วของการหมุนของมัน นักวิจัยสามารถสรุปมวลของมันได้ ซึ่งทำให้ยืนยันได้ว่าน่าจะมีอายุประมาณ 300 ล้านปี และก่อตัวขึ้นหลังจากบิกแบงประมาณ 250 ล้านปี
ศาสตราจารย์ริชาร์ด เอลลิส ผู้เขียนร่วมจากมหาวิทยาลัยคอลเลจลอนดอน (UCL) กล่าวว่า “นี่เป็นช่วงเวลาที่ไกลที่สุดที่เราสามารถตรวจจับการหมุนของกาแลคซีได้ “มันช่วยให้เราสามารถจัดทำแผนภูมิการพัฒนากาแลคซีที่หมุนรอบตัวได้มากกว่า 96% ของประวัติศาสตร์จักรวาล – การหมุนที่เริ่มต้นอย่างช้าๆในตอนแรก แต่จะเร็วขึ้นเมื่อเอกภพมีอายุมากขึ้น
“การวัดเหล่านี้สนับสนุนการค้นพบก่อนหน้านี้ของเราว่าดาราจักรนี้ก่อตั้งขึ้นมาอย่างดีและน่าจะก่อตัวขึ้นประมาณ 250 ล้านปีหลังจากบิกแบง ในช่วงเวลาของจักรวาล เราเห็นว่ามันหมุนได้ไม่นานหลังจากที่ดาวฤกษ์จุดประกายให้จักรวาลเป็นครั้งแรก”
ดร. Nicolas Laporte ผู้เขียนร่วมจาก สถาบัน Kavli สำหรับจักรวาลวิทยาแห่งเคมบริดจ์ กล่าวว่า “การค้นพบของเราชี้ให้เห็นถึงวิวัฒนาการของกาแลคซีในเอกภพยุคแรก ๆ “เราเห็นแล้วว่า 300 ล้านปีหลังจากที่เมฆโมเลกุลขนาดใหญ่รวมตัวและหลอมรวมเป็นดาวฤกษ์ ดิสก์ดาราจักรได้พัฒนาขึ้น และดาราจักรก็ได้รูปร่างและการหมุนรอบ”
ศาสตราจารย์ Akio K. Inoue ผู้เขียนร่วมจากมหาวิทยาลัย Waseda กรุงโตเกียว กล่าวว่า การพิจารณาว่าดาราจักรที่อยู่ห่างไกลหมุนตัวเป็นเรื่องที่ท้าทายมากหรือไม่ เพราะมันปรากฏเป็นจุดเล็กๆ บนท้องฟ้าเท่านั้น ความละเอียดสูงทำได้โดยการรวมกล้องโทรทรรศน์วิทยุ 54 ตัวของหอดูดาว ALMA”
ยิ่งกาแล็กซีอยู่ห่างจากโลกมากเท่าไร กาแล็กซีก็จะยิ่งเคลื่อนตัวไปจากเราเร็วขึ้นเท่านั้น เมื่อวัตถุเคลื่อนที่ออกไปจะปล่อยแสงที่เคลื่อนไปสู่ความยาวคลื่นที่ยาวกว่า (“redshifted”) ซึ่งหมายความว่าเราสามารถคำนวณระยะทางของวัตถุเหล่านั้น และในทางกลับกันอายุของพวกมันจากขอบเขตของการเปลี่ยนสีแดง
การศึกษาในอดีตพบว่าการเปลี่ยนสีแดงของ JD1 เป็น 9.1 หมายความว่าสิ่งที่เราเห็นมาจากจักรวาลเมื่อ 550 ล้านปี ในการศึกษาล่าสุด ทีมวิจัยได้เลือกการเปลี่ยนแปลงของ redshift ทั่วทั้งดาราจักร ซึ่งระบุถึงความแตกต่างของความเร็วที่ดาราจักรเคลื่อนที่ออกจากเรา ซึ่งหมายความว่า ค่อนข้างพูด ด้านหนึ่งเคลื่อนที่ออกไปในขณะที่อีกด้านเคลื่อนที่เข้ามาใกล้ .
จากการสังเกตครั้งใหม่ ทีมงานสรุปว่า JD1 มีความยาวเพียง 3,000 ปีแสง (โดยการเปรียบเทียบ ทางช้างเผือกมีความกว้าง 100,000 ปีแสง) และมวลรวมของมันเทียบเท่ากับมวล 1-2 พันล้านเท่าของดวงอาทิตย์
มวลนี้สอดคล้องกับดาราจักรที่มีอายุประมาณ 300 ล้านปี โดยมวลส่วนใหญ่มาจากดาวฤกษ์สุกเต็มที่ซึ่งก่อตัวขึ้นใกล้กับจุดเริ่มชีวิตของดาราจักร
การค้นพบนี้สนับสนุนหลักฐานก่อนหน้านี้จากนักวิจัยคนเดียวกัน ซึ่งคิดค่าประมาณอายุเท่ากันสำหรับ JD1 ในบทความที่ตีพิมพ์เมื่อปีที่แล้ว โดยใช้เทคนิคที่แตกต่างกันโดยพิจารณาจากความสว่างของแสงที่ความถี่ต่างๆ พวกเขากำหนดอายุของกาแลคซีหกแห่งรวมถึง JD1 โดยสรุปว่ารุ่งอรุณของจักรวาล – ช่วงเวลาที่ดวงดาวสว่างขึ้นในจักรวาล – เกิดขึ้น 200 ถึง 300 ล้านปีหลังจากบิ๊กแบง
การวิจัยได้รับการสนับสนุนจาก MEXT ในญี่ปุ่น สมาคมส่งเสริมวิทยาศาสตร์แห่งประเทศญี่ปุ่น สภาวิจัยแห่งยุโรปภายใต้โครงการวิจัยและนวัตกรรมของสหภาพยุโรป Horizon 2020 และมูลนิธิ Kavli
อ้างอิง:
Tsuyoshi Tokuoka et al. ‘การหมุนอย่างเป็นระบบที่เป็นไปได้ในประชากรดาวฤกษ์ที่โตเต็มที่ของ az = 9.1 กาแล็กซี’ The Astrophysical Journal Letters (2022). ดอย:
