ข่าวงานวิจัย
นักดาราศาสตร์ NARIT ไขปริศนาวิวัฒนาการกาแล็กซีในเอกภพ
แกะรอยศึกษากว่า 1.1 ล้านกาแล็กซี
ดร. สุทธิกุล กุลค้อ นักดาราศาสตร์ NARIT ร่วมทีมวิจัยนานาชาติ เผยผลการศึกษากาแล็กซีมากกว่า 1.1 ล้านกาแล็กซี เพื่อไขปริศนาว่ากาแล็กซีวิวัฒนาการอย่างไรตลอดระยะเวลา 13.8 พันล้านปี พร้อมค้นพบหลักฐานที่อาจบ่งชี้ว่าแบบจำลองการเกิดกาแล็กซีในปัจจุบันยังต้องได้รับการปรับปรุง งานวิจัยดังกล่าวตีพิมพ์ในวารสาร Monthly Notices of the Royal Astronomical Society เมื่อวันที่ 23 กุมภาพันธ์ 2569
กาแล็กซีประกอบด้วยดาวฤกษ์ตั้งแต่หลายแสนดวงไปจนถึงหลายล้านล้านดวง ซึ่งระบบสุริยะของเราเองก็เป็นเพียงส่วนเล็ก ๆ ส่วนหนึ่งในกาแล็กซีทางช้างเผือกเท่านั้น นอกเหนือจากทางช้างเผือกแล้ว ในเอกภพยังมีกาแล็กซีอีกมากมายที่มีรูปร่าง สี และขนาดแตกต่างกันออกไป บางกาแล็กซีมีลักษณะเป็นกังหัน บางกาแล็กซีมีรูปทรงรีคล้ายไข่ หรือบางแห่งก็ยังคงเต็มไปด้วยการก่อกำเนิดดาวฤกษ์ใหม่อย่างต่อเนื่อง
การศึกษาวิวัฒนาการของกาแล็กซีจึงมีความสำคัญ เพราะไม่เพียงช่วยให้เราเข้าใจว่ากาแล็กซีมีรูปทรงและคุณสมบัติแตกต่างกันได้อย่างไร แต่ยังช่วยให้เราเข้าใจต้นกำเนิดของโครงสร้างขนาดใหญ่ในเอกภพ รวมถึงวิวัฒนาการที่นำไปสู่การกำเนิดดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ และท้ายที่สุดคือสภาพแวดล้อมที่เอื้อต่อการเกิดขึ้นของสิ่งมีชีวิต ในตลอดช่วงอายุของเอกภพกว่า 13.8 พันล้านปีที่ผ่านมา
อย่างไรก็ตาม การศึกษาวิวัฒนาการของกาแล็กซีนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย เนื่องจากกาแล็กซีมีอายุยืนยาวกว่าช่วงชีวิตของมนุษย์อย่างมหาศาล เราจึงไม่สามารถเฝ้าดูการเปลี่ยนแปลงของกาแล็กซีหนึ่งแห่งตลอดช่วงวิวัฒนาการของมันได้โดยตรง นักดาราศาสตร์จึงต้องอาศัยคุณสมบัติพิเศษของแสงมาช่วยศึกษา กล่าวคือ แสงต้องใช้เวลาเดินทาง ดังนั้นเมื่อเรามองไปยังกาแล็กซีที่อยู่ไกลออกไป เราก็กำลังมองย้อนกลับไปในอดีตของเอกภพ เปรียบเสมือนการใช้กล้องโทรทรรศน์เป็น “เครื่องย้อนเวลา” ยิ่งมองไกลมากเท่าไร ก็ยิ่งย้อนกลับไปใกล้ช่วงเริ่มต้นของเอกภพมากขึ้นเท่านั้น
แต่กาแล็กซีที่อยู่ไกลมากก็มักมีความสว่างน้อยและสังเกตการณ์ได้ยาก นักดาราศาสตร์จึงใช้แนวทางอีกรูปแบบหนึ่ง คือการศึกษาประชากรของกาแล็กซีจำนวนมหาศาลเพื่อทำความเข้าใจกลไกเบื้องหลังวิวัฒนาการของพวกมัน คล้ายกับการศึกษาประชากรของสิ่งมีชีวิตจำนวนมากเพื่ออนุมานวงจรชีวิต โดยไม่จำเป็นต้องติดตามสิ่งมีชีวิตตัวเดียวตลอดอายุขัยทั้งหมด
หนึ่งในเครื่องมือสำคัญที่ใช้ศึกษาประชากรกาแล็กซีคือสิ่งที่เรียกว่า Luminosity Function ซึ่งอธิบายจำนวนของกาแล็กซีในแต่ละช่วงความสว่าง หากกาแล็กซีวิวัฒนาการภายใต้แรงโน้มถ่วงของสสารมืด (Dark Matter) เพียงอย่างเดียว จำนวนของกาแล็กซีควรมีความสัมพันธ์โดยตรงกับขนาดของโครงสร้างสสารมืดขนาดใหญ่ที่เรียกว่า Dark Matter Halo แต่ผลการสังเกตจริงกลับพบว่าเอกภพมีประชากรของกาแล็กซีที่สว่างน้อยและกาแล็กซีที่สว่างมาก ๆ แตกต่างไปจากที่ทฤษฎีพื้นฐานคาดการณ์ไว้ แสดงให้เห็นว่าต้องมีกระบวนการทางฟิสิกส์อื่นเข้ามาเกี่ยวข้อง
นักดาราศาสตร์เชื่อว่ากระบวนการสำคัญที่ควบคุมวิวัฒนาการของกาแล็กซีคือ “feedback” จากหลุมดำมวลยิ่งยวดบริเวณใจกลางกาแล็กซี หรือที่เรียกว่า Active Galactic Nuclei (AGN) รวมถึงการระเบิดซูเปอร์โนวา ซึ่งสามารถปลดปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลออกไปทำให้แก๊สร้อนขึ้น และรบกวนการยุบตัวของแก๊สที่จะก่อกำเนิดเป็นดาวฤกษ์ใหม่ กระบวนการเหล่านี้จึงมีบทบาทสำคัญต่อจำนวน ขนาด และความสว่างของกาแล็กซีที่เราพบในเอกภพปัจจุบัน
ดร. สุทธิกุล กุลค้อ หนึ่งในนักวิจัยด้านจักรวาลวิทยาและฟิสิกส์ดาราศาสตร์พลังงานสูง NARIT ได้มีส่วนร่วมในการวิเคราะห์ข้อมูลกาแล็กซีมากกว่า 1.1 ล้านกาแล็กซีจากโครงการ The Physics of the Accelerating Universe Survey (PAUS) เพื่อศึกษาคุณสมบัติของ Luminosity Function ของประชากรกาแล็กซีในช่วงเวลาต่าง ๆ ของเอกภพ ข้อมูลจากโครงการนี้ได้มาจากกล้องโทรทรรศน์ William Herschel Telescope ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 4.2 เมตร ณ เกาะลาปัลมา ประเทศสเปน
PAUS ใช้เทคนิคที่เรียกว่า Photometric Redshift ในการวัดระยะทางของกาแล็กซี โดยอาศัยการเปรียบเทียบความสว่างของแสงในหลายช่วงความยาวคลื่นที่ถูกเลื่อนออกไปทางแดง (redshift) จากการขยายตัวของเอกภพ จุดเด่นสำคัญของ PAUS คือการใช้ฟิลเตอร์มากถึง 40 ช่วงความยาวคลื่น ซึ่งช่วยเพิ่มความแม่นยำในการวัดระยะทางได้มากกว่างานสำรวจทั่วไป และสามารถศึกษากาแล็กซีได้ไกลย้อนกลับไปถึงช่วงที่เอกภพมีอายุเพียงประมาณ 4 พันล้านปี หรือคิดเป็นกว่า 70% ของประวัติศาสตร์เอกภพทั้งหมด
ผลการเปรียบเทียบ Luminosity Function จากกาแล็กซีกว่า 1.1 ล้านแห่ง พบว่าข้อมูลจากทฤษฎีสอดคล้องกับผลการสังเกตการณ์เป็นอย่างดีตั้งแต่ช่วงปัจจุบันของเอกภพ จนถึงประมาณ 8 พันล้านปีก่อน แต่แตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัดในช่วงที่เอกภพอายุ 8 พันล้านปีถึง 1 หมื่นล้านปี และจากการศึกษาเพิ่มเติม ทำให้ทราบว่าความผิดพลาดในการวัดระยะห่างของกาแล็กซีนั้น ส่งผลต่อ Luminosity Function ที่วัดได้เป็นอย่างมาก พบว่ามีกาแล็กซีที่มีความสว่างสูง ๆ จำนวนมากเกินกว่าที่ควรจะเป็น ความผิดพลาดนี้จะทำให้การตีความผลของ AGN และ Supernova ผิดไปได้ ดังนั้นการศึกษานี้จึงเป็นการเน้นย้ำว่าการวัดระยะห่างที่แม่นยำมีความจำเป็นอย่างมากในการศึกษาการเกิดและวิวัฒนาการของกาแล็กซี
นอกจากนี้ ผลยังพบหลักฐานของจำนวนของกาแล็กซีที่มีแสงสว่างจาง ๆ ที่มีมากกว่าที่แบบจำลองทฤษฎีคาดการณ์ไว้ ซึ่งสอดคล้องกับงานสำรวจสมัยใหม่อื่น เช่น DESI อีกด้วย และเนื่องจากหลักฐานเหล่านี้ได้มาจากการวิเคราะห์ข้อมูลจากพื้นที่สำรวจที่กว้าง ทำให้มั่นใจได้ว่าผลที่ได้ไม่ได้เกิดจากความบังเอิญที่บางบริเวณอาจจะมีกาแล็กซีสว่างน้อย ๆ เหล่านี้กระจุกตัวกัน
การค้นพบนี้อาจบ่งชี้ว่ากระบวนการ feedback จาก AGN และซูเปอร์โนวาในกาแล็กซีอาจไม่ได้รุนแรงเท่าที่แบบจำลองปัจจุบันคาดการณ์ไว้ ซึ่งหมายความว่าแก๊สในกาแล็กซีอาจยังสามารถก่อกำเนิดดาวฤกษ์ได้มากกว่าที่เราเคยเข้าใจ และอาจนำไปสู่การปรับปรุงแบบจำลองการเกิดและวิวัฒนาการของกาแล็กซีในอนาคต
นอกจากนี้ ยังมีนักวิจัยของ NARIT อีกหนึ่งรายคือ ดร. ณิชา ลีโทชวลิต ที่ศึกษากาแล็กซีในยุคเริ่มต้นที่สุดของเอกภพ โดยใช้ข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เว็บบ์ (James Webb Space Telescope: JWST) หนึ่งในกล้องโทรทรรศน์ที่ทรงพลังที่สุดในโลก เพื่อศึกษาประชากรกาแล็กซีในช่วงที่เอกภพมีอายุเพียงไม่กี่ร้อยล้านปีหลังบิกแบง
ผลการศึกษาของ ดร. ณิชา พบจำนวนกาแล็กซีสว่างมากในเอกภพยุคแรกมากกว่าที่แบบจำลองเชิงทฤษฎีสมัยใหม่สามารถอธิบายได้ ซึ่งอาจบ่งชี้ว่าแบบจำลอง stellar population synthesis ที่ใช้อธิบายแสงจากดาวฤกษ์ในกาแล็กซี อาจต้องได้รับการปรับปรุงเมื่อใช้กับเอกภพยุคแรก หรืออาจหมายความว่ากระบวนการก่อกำเนิดดาวฤกษ์ในยุคแรกของเอกภพแตกต่างจากที่เราเข้าใจในปัจจุบัน
การศึกษาทั้งสองนี้จึงเป็นส่วนสำคัญในการช่วยให้นักดาราศาสตร์เข้าใจว่า กาแล็กซีวิวัฒนาการมาอย่างไรตลอดประวัติศาสตร์ของเอกภพ และอาจนำไปสู่การปรับปรุงความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับการกำเนิดโครงสร้างต่าง ๆ ในจักรวาล
เรียบเรียง : ดร. สุทธิกุล กุลค้อ นักวิจัยด้านจักรวาลวิทยาและฟิสิกส์ดาราศาสตร์พลังงานสูง และ ดร. มติพล ตั้งมติธรรม นักวิชาการ NARIT
อ้างอิง : [1] https://arxiv.org/pdf/2511.16042
[2] https://arxiv.org/pdf/2601.09948
[3] https://wwwmpa.mpa-garching.mpg.de/galform/