การกำเนิดเอกภพของจักรวาล

ดาวฤกษ์และกาแล็กซีดวงแรกปรากฏขึ้นหลายร้อยล้านปีต่อมา และเริ่มเผาไหม้หมอกไฮโดรเจนที่หลงเหลือจากบิกแบง ทำให้เอกภพโปร่งใสเหมือนที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน นักวิจัยที่นำโดยนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จาก UCLA ยืนยันการมีอยู่ของกาแลคซีที่ห่างไกลและจาง ๆ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะมีแสงที่เผาไหม้ผ่านอะตอมของไฮโดรเจน การค้นพบนี้ควรช่วยให้พวกเขาเข้าใจว่ายุคมืดของจักรวาลสิ้นสุดลงอย่างไร ทีมวิจัยระหว่างประเทศที่นำโดยนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์แห่ง UCLA ได้ยืนยันการมีอยู่ของกาแลคซีที่จางที่สุดที่เคยเห็นในเอกภพยุคแรก กาแล็กซีที่เรียกว่า JD1 เป็นหนึ่งในกาแล็กซีที่อยู่ห่างไกลที่สุดในปัจจุบัน และเป็นเรื่องปกติของกาแล็กซีประเภทต่างๆ ที่เผาไหม้ผ่านหมอกของอะตอมไฮโดรเจนที่หลงเหลือจากบิกแบง ปล่อยให้แสงส่องผ่านเอกภพและก่อร่างสร้างเป็น สิ่งที่มีอยู่ในปัจจุบัน การค้นพบนี้ทำขึ้นโดยใช้กล้องโทรทรรศน์ อวกาศเจมส์เว็บบ์ของ NASA และการค้นพบนี้ตีพิมพ์ในวารสารNature พันล้านปีแรกของเอกภพเป็นช่วงเวลาสำคัญในการวิวัฒนาการ หลังจากบิกแบงเมื่อประมาณ 13.8 พันล้านปีก่อน เอกภพขยายตัวและเย็นตัวลงมากพอที่อะตอมของไฮโดรเจนจะก่อตัวขึ้นได้ อะตอมของไฮโดรเจนดูดซับโฟตอนอัลตราไวโอเลตจากดาวอายุน้อย อย่างไรก็ตาม จนกระทั่งการกำเนิดของดาวฤกษ์และกาแล็กซีดวงแรก เอกภพกลายเป็นความมืดและเข้าสู่ยุคมืดของจักรวาล การปรากฏขึ้นของดาวฤกษ์และกาแล็กซีดวงแรกในอีกไม่กี่ร้อยล้านปีต่อมาทำให้เอกภพอาบไปด้วยแสงอุลตร้าไวโอเลตที่มีพลัง ซึ่งเริ่มเผาไหม้หรือไอออไนซ์ในหมอกไฮโดรเจน ในทางกลับกัน ทำให้โฟตอนสามารถเดินทางผ่านอวกาศได้ ทำให้ จักรวาล โปร่งใส การกำหนดประเภทของกาแลคซีที่ครองยุคนั้น ซึ่งเรียกว่ายุครีออไนเซชัน เป็นเป้าหมายหลักทางดาราศาสตร์ในปัจจุบัน แต่จนกระทั่งมีการพัฒนากล้องโทรทรรศน์เวบบ์ นักวิทยาศาสตร์ยังขาดเครื่องมืออินฟราเรดที่ไวต่อการศึกษากาแลคซีรุ่นแรก Guido Roberts-Borsani นักวิจัยหลังปริญญาเอกของ UCLA และผู้เขียนคนแรกของการศึกษากล่าวว่า "กาแลคซีส่วนใหญ่ที่พบด้วย JWST เป็นกาแลคซีสว่างที่หาได้ยากและไม่คิดว่าเป็นตัวแทนโดยเฉพาะของกาแลคซีอายุน้อยที่อาศัยอยู่ในเอกภพยุคแรก" "ด้วยเหตุนี้ แม้จะมีความสำคัญ พวกมันก็ไม่คิดว่าจะเป็นตัวการหลักที่เผาไหม้ผ่านหมอกไฮโดรเจนทั้งหมด "ในทางกลับกัน กาแลคซีสีจางมากเช่น JD1 มีจำนวนมากกว่ามาก ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมเราเชื่อว่ากาแล็กซีเหล่านี้เป็นตัวแทนของกาแลคซีที่ทำกระบวนการรีออไนเซชันมากกว่า ทำให้แสงอัลตราไวโอเลตเดินทางผ่านอวกาศและเวลาได้โดยไม่ถูกจำกัด" JD1 มืดสลัวและอยู่ไกลมาก จนเป็นเรื่องยากที่จะศึกษาโดยปราศจากกล้องโทรทรรศน์อันทรงพลัง -- และความช่วยเหลือจากธรรมชาติ JD1 ตั้งอยู่หลังกระจุกดาราจักรขนาดใหญ่ในบริเวณใกล้เคียงที่เรียกว่า Abell 2744 ซึ่งแรงโน้มถ่วงรวมกันจะโค้งงอและขยายแสงจาก JD1 ทำให้มันดูใหญ่ขึ้นและสว่างกว่าปกติถึง 13 เท่า เอฟเฟ็กต์นี้เรียกว่าเลนส์ความโน้มถ่วง คล้ายกับการที่แว่นขยายบิดเบือนและขยายแสงภายในขอบเขตการมองเห็น หากไม่มีเลนส์ความโน้มถ่วง JD1 น่าจะพลาด นักวิจัยใช้เครื่องมือสเปกโตรกราฟอินฟราเรดใกล้ของกล้องโทรทรรศน์เว็บบ์ NIRSpec เพื่อให้ได้สเปกตรัมแสงอินฟราเรดของดาราจักร ทำให้สามารถระบุอายุและระยะห่างจากโลกได้อย่างแม่นยำ ตลอดจนจำนวนดาวและปริมาณฝุ่นและมวลหนัก องค์ประกอบที่เกิดขึ้นในช่วงชีวิตที่ค่อนข้างสั้น การผสมผสานระหว่างการขยายความโน้มถ่วงของกาแล็กซีและภาพใหม่จากเครื่องมืออินฟราเรดใกล้ของกล้องโทรทรรศน์เว็บบ์ NIRCam ทำให้ทีมงานสามารถศึกษาโครงสร้างของกาแล็กซีได้อย่างละเอียดและละเอียดอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน เผยให้เห็นกลุ่มฝุ่นหลักสามกลุ่มที่ยืดยาวและ ก๊าซที่ก่อตัวเป็นดาวฤกษ์ ทีมงานใช้ข้อมูลใหม่เพื่อติดตามแสงของ JD1 กลับไปยังแหล่งกำเนิดและรูปร่างเดิม เผยให้เห็นกาแลคซีขนาดกะทัดรัดเพียงเศษเสี้ยวของกาแลคซีเก่าอย่างทางช้างเผือก ซึ่งมีอายุ 13.6 พันล้านปี เนื่องจากแสงต้องใช้เวลาในการเดินทางมายังโลก จึงมองเห็น JD1 เมื่อประมาณ 13.3 พันล้านปีก่อน เมื่อเอกภพมีอายุเพียง 4% ของอายุปัจจุบัน Tommaso Treu ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์แห่ง UCLA และผู้เขียนคนที่สองของการศึกษากล่าวว่า "ก่อนที่กล้องโทรทรรศน์เว็บบ์จะเปิดขึ้นเมื่อหนึ่งปีที่แล้ว เราไม่สามารถแม้แต่จะฝันถึงการยืนยันดาราจักรที่จางๆ แบบนี้ได้" "การรวมกันของ JWST และกำลังขยายของเลนส์ความโน้มถ่วงคือการปฏิวัติ เรากำลังเขียนหนังสือใหม่เกี่ยวกับวิธีที่กาแลคซีก่อตัวและวิวัฒนาการภายหลังจากบิกแบง"