ทำลายสถิติ! "กล้องฮับเบิล" ค้นพบดาวฤกษ์ที่ไกลที่สุดเท่าที่เคยพบ

เมื่อวันที่ 30 มี.ค.2565  เพจ NARIT สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ เผยแพร่บทความของ ดร.มติพล ตั้งมติธรรม นักวิชาการดาราศาสตร์ สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ ระบุว่า กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล เผยสถิติใหม่เป็นภาพของดาวฤกษ์ที่ไกลที่สุดเท่าที่เคยมีการค้นพบ ผ่านทางเลนส์ความโน้มถ่วงของกระจุกกาแล็กซีเบื้องหน้า ที่ระยะห่างออกไปถึง 12,900 ล้านปีแสง หรือเมื่อเอกภพมีอายุเพียง 7 เปอร์เซ็นต์ของอายุปัจจุบัน ซึ่งนี่อาจเป็นดาวฤกษ์ population III star ดวงแรกที่นักดาราศาสตร์ตามหากันมาตลอดแต่ยังไม่เคยมีผู้ใดค้นพบ และกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ ที่กำลังจะประจำการในเร็ว ๆ นี้จะช่วยไขปริศนานี้ให้กระจ่างยิ่งขึ้นได้  

ดาวฤกษ์ที่ไกลที่สุดเท่าที่เคยมีการค้นพบ

สถิติของดาวฤกษ์ที่ไกลที่สุดที่เคยมีการสังเกตเห็นก่อนหน้านี้ ค้นพบโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล เช่นเดียวกันในปี พ.ศ. 2561 เป็นดาวฤกษ์ที่ถือกำเนิดขึ้นในยุคที่เอกภพมีอายุเพียง 4,000 ล้านปี หรือ 30 เปอร์เซ็นต์ของอายุปัจจุบัน ซึ่งสามารถวัดได้ผ่านทางการเลื่อนทางแดงของแสงที่เกิดขึ้นจากการขยายตัวของเอกภพ อยู่ในค่าการเลื่อนทางแดง 1.5 

จนกระทั่งวันที่ 30 มี.ค.2565 กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ได้เปิดเผยการค้นพบที่เป็นการทำลายสถิติเดิมของดาวฤกษ์ที่ไกลที่สุดที่เคยค้นพบไปโดยสิ้นเชิง ดาวฤกษ์ที่พบใหม่นี้มีชื่ออย่างไม่เป็นทางการว่า "Earendel" มาจากภาษาอังกฤษโบราณแปลว่า "ดาวรุ่งอรุณ" ซึ่งมีระยะห่างออกไปถึง 12,900 ล้านปีแสง เทียบเท่าเป็นดาวที่เกิดขึ้นในยุคที่เอกภพมีอายุเพียงไม่ถึง 900 ล้านปี หรือเพียง 7 เปอร์เซ็นต์ของอายุเอกภพปัจจุบัน มีค่าการเลื่อนทางแดงของแสงอยู่ที่ 6.2 

นักดาราศาสตร์คาดการณ์ว่า ดาว Earendel น่าจะมีมวลไม่ต่ำกว่า 50 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ และมีความสว่างกว่าดวงอาทิตย์หลายล้านเท่า

แต่แม้กระนั้นก็ตาม การจะสังเกตการณ์ดาวฤกษ์ที่อยู่ห่างไกลออกไปขนาดนี้นั้นไม่ใช่เรื่องที่ทำได้โดยง่าย เพราะนอกจากแสงอันริบหรี่ที่ห่างออกไปแล้ว ยังมีขนาดเล็กและถูกซ่อนอยู่ภายในดาวอีกนับแสนล้านดวงที่เป็นส่วนหนึ่งของกาแล็กซี และด้วยระยะห่างที่ไกลเท่านี้นั้น แม้กระทั่งกาแล็กซีทั้งกาแล็กซีก็ยังปรากฏเป็นเพียงรอยปื้นขนาดเล็กจาง ๆ เพียงหนึ่งจุด

แต่ปัจจัยหนึ่งที่ทำให้การสังเกตการณ์ดาวดวงนี้เป็นไปได้นั้น ก็คือปรากฏการณ์ “เลนส์ความโน้มถ่วง” ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอสไตน์ได้ทำนายเอาไว้ว่า แรงโน้มถ่วงอันมหาศาลของกระจุกกาแล็กซี อาจจะสามารถเบี่ยงทางเดินของแสงได้ ซึ่งหากกระจุกกาแล็กซีมีตำแหน่งที่อยู่ในแนวเดียวกันกับเส้นทางเดินของแสงจากวัตถุที่อยู่ห่างไกลออกไปพอดี แสงของวัตถุเหล่านั้นจะโค้งงอออกไป

ในลักษณะเดียวกับเลนส์ ซึ่งในกรณีของ Earendel นั้น แรงโน้มถ่วงอันมหาศาลจากกระจุกกาแล็กซีขนาดยักษ์ WHL0137-08 ที่ตั้งอยู่เบื้องหน้าทำให้กาลอวกาศบิดเบี้ยวออกไป เปรียบได้กับผิวน้ำกระเพื่อมที่ทำหน้าที่คล้ายเลนส์ทำให้แสงอาทิตย์รวมแสงตกลงเป็นริ้วที่ก้นสระน้ำ 

แสงจาก Earendel นั้นจึงถูกเลนส์ความโน้มถ่วงทำให้บิดเบี้ยวออกไป และแสงบางส่วนจะถูกอ้อมไปในลักษณะที่บังเอิญมารวมกันอีกครั้งในบริเวณตำแหน่งของโลกพอดี ทำให้ดาวสว่างจากเดิมเพิ่มไปอีกหลายพันเท่า จนกระทั่งมีความสว่างเพียงพอที่สามารถสังเกตได้ผ่านทางกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล

การค้นหาดาวดวงแรกๆในเอกภพ

จากความเข้าใจในทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ปัจจุบัน เราเชื่อว่าธาตุทั้งหมดในเอกภพนั้นถือกำเนิดหลังจากบิกแบง โดยธาตุส่วนมากในภายแรกนั้นมีเพียงแต่ไฮโดรเจนและฮีเลียม และธาตุอื่นๆ ในตารางธาตุที่เรารู้จัก และพบเห็นได้รอบๆ ตัวของเรานั้นถูกสังเคราะห์ขึ้นในภายหลังโดยเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชั่นจากภายในแกนกลางของดาวฤกษ์สักดวง ก่อนที่จะระเบิดออกและรวมตัวกันเป็นดาวฤกษ์ดวงใหม่อีกหลายรอบก่อนที่จะมาเป็นระบบสุริยะของเรา

นักดาราศาสตร์จึงคาดการณ์ถึงดาวฤกษ์ดวงแรก ๆ ที่สุดที่ถือกำเนิดขึ้นมาในเอกภพ ที่เรียกกันว่า “Population III stars” ที่แทบจะไม่มีธาตุองค์ประกอบอื่น ๆ นอกไปจากไฮโดรเจนและฮีเลียมอยู่อีกเลย อย่างไรก็ตามจนถึงทุกวันนี้ population III stars ยังคงเป็นเพียงทฤษฎี เพราะนักดาราศาสตร์ยังไม่เคยค้นพบหลักฐานของดาวฤกษ์เหล่านี้อยู่เลย เนื่องจากดาวฤกษ์ในกลุ่มนี้ส่วนมากนั้นน่าจะสิ้นอายุขัยและระเบิดไปนานแล้ว การค้นพบ Earendel นั้นจึงนำไปสู่ความเป็นไปได้ที่จะยืนยันการมีอยู่ของ population III stars ที่มีการคาดการณ์มานาน

การศึกษาองค์ประกอบของดาว Earendel เพิ่มเติมจะช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถยืนยันได้ว่า Earendel นี้อาจจะเป็น population III stars ดวงแรกที่นักดาราศาสตร์ตามหากันอยู่หรือไม่ ซึ่งด้วยการเลื่อนทางแดงของแสงที่ทำให้แสงดาวดวงนี้ไปอยู่ในช่วงอินฟราเรด บวกกับแสงอันริบหรี่จากดาวที่อยู่ห่างไกลออกไปเป็นอย่างมาก ทำให้ดาวดวงนี้จะเป็นเป้าหมายที่เหมาะสมเป็นอย่างยิ่งสำหรับกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ ที่เพิ่งถูกส่งขึ้นไปเมื่อช่วงปลายปี 2564 ที่ผ่านมา เพื่อจะทำหน้าที่เป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศหลักที่จะมาทดแทนกล้องฮับเบิล

และนอกจากนี้ ยังเป็นไปได้อีกว่า กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ จะสามารถทำลายสถิติที่เพิ่งค้นพบนี้ และค้นพบดาวฤกษ์ที่ไกลโพ้นไปยิ่งกว่านี้ มีการเลื่อนทางแดงที่มากกว่านี้ อีกหลายต่อหลายครั้ง และเว็บบ์จะเป็นกุญแจสำคัญที่ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถค้นพบดาวฤกษ์ดวงแรกๆ ที่ถือกำเนิดขึ้นหลังจากบิ๊กแบง ซึ่งเป็นต้นกำเนิดขององค์ประกอบที่จะถือกำเนิดขึ้นเป็นดาวฤกษ์ยุคหลังๆ เช่น ดวงอาทิตย์ และระบบสุริยะของเราอีกต่อไปในอนาคต