การวิวัฒน์อย่างสืบเนื่อง ของจักรวาล : A Process of cosmic evolution [หน้า 2/2]

การวิวัฒน์อย่างสืบเนื่อง ของจักรวาล :     A Process of cosmic evolution [หน้า 2/2]

สภาพแวดล้อมของ Disk (จานแผ่นกลม) ยุคเริ่มต้นจักรวาล ปราศจาก Metal-rich

สภาพกำเนิดชีวิตดาวดวงแรก ของจักรวาล ดาวดวงแรก ก่อตัวขึ้นปราศจาก Metal-rich ในทางกายภาพถือว่าเป็นระบบที่ง่าย ที่สุดกว่า การก่อตัวของดาวปัจจุบันนี้มาก ที่ต้องประกอบไปด้วย กลุ่มเมฆโมเลกุล ของก๊าซหลากหลายกว่าเดิม ความก้าวหน้า Cosmological moldels สามารถสร้างภาพเคลื่อนไหวเป็นกฎเกณฑ์ สมบูรณ์ในรายละเอียดของส่วนประกอบเริ่มแรก ในเงื่อนไขการกำเนิดดาวดวงแรก การเทียบเคียง ดาวที่ผุดขึ้นปรากฎด้วย พร้อมกับกลุ่มเมฆโมเลกุลของก๊าซในกลุ่ม โครงสร้างของสภาพแวดล้อมที่ถูกดัดแปลง โดยดาวรุ่นแรกๆ นั้นมีความยุ่งยากขึ้น กว่าดาวดวงแรก และมีปัญหาในหลายกรณี ที่ น่าสนใจ ชวนติดตามให้เกิดทฤษฎี ศึกษาเฉพาะ เพื่อรองรับผลวิเคราะห์ ลักษณะพฤติกรรมของดาว ลำดับแรกก่อน การกำเนิดดาวดวงแรกในจักรวาลกลุ่มหมอกก๊าซมีรูปแบบธรรมดา ลอยตัดกันไปมาเป็นวงโคจร ในขนาด Small-scale เหมือนขดลวดที่เชื่อมโยงกัน ถัดจากนั้นเริ่มปะติดปะต่อกัน ด้วยแรงโน้มถ่วงของตนเอง มีความกดดันจากความร้อนของก๊าซ ระดับอุณหภูมิราว 1,000 Kelvins โดยอะตอม Hydrogen จับคู่ในความหนาแน่น ความร้อนของก๊าซ รังสรรค์ทั้งหมดเป็นโมเลกุล Hydrogen โดยไม่แยแส่ต่อความหนาแน่นที่ผ่านมา ด้วยการเปล่งสะท้อนออกมา ของ รังสี Infrared จากนั้นเกิดการปะทะกันด้วยกันของ อะตอม Hydrogen โดยมี อุณหภูมิ ในความหนาแน่น ยุติที่ 200-300 Kelvins ความกดดันก๊าซหดตัวย่อส่วนลงในบริเวณนั้นด้วยเหตุนี้จึงยอมปล่อยให้เกิดความ เกร็งขมวด รวมกันกับแรงโน้มถ่วง ผูกมัดกันเป็นกลุ่มๆ ความไม่แยแส่ เป็นบทบาท ที่ยอมให้ สสารสามัญเข้าสู่ระบบเป็นอันดับแรก ทำให้ Hydrogen สงบลงแบนราบ สันฐานเดิมที่เป็นกลุ่มก้อน เกิดทรวงทรงแบน เป็นแผ่น กลม (Disk) แต่เพราะอนุภาคสสารมืด ไม่เปล่งรังสี หรือสูญเสียพลังงาน จึงกระเจิง กลับไปรวมกับกลุ่มเมฆในครั้งแรก โดยความเป็นจริง First star-forming systems คล้ายคลึงกับการเกิดกาแล็คซี ขนาดเล็กๆ ที่ประกอบด้วย สสารสามัญใน Disk และรัศมีรอบนอก (Halo) มีส่วน ของสสารมืดมีความหนาทึบ ของก๊าซเป็นกลุ่มก้อนต่างๆกันไป ท้ายที่สุดก็ยุบตัว ลงรวมเป็นดาว

สภาพแวดล้อมของ Disk (จานแผ่นกลม) ดาว ยุคที่มีองค์ประกอบ Metal-rich มาก

Quasars ยุคแรกของจักรวาล อยู่รอบๆแผ่นก็าซ และกลุ่มฝุ่นหมอก มีส่วนสำดัญต่อการก่อตัวดาว

การฟื้นฟูของจักรวาลจากอดีต ประเด็นสำคัญส่งผลกระบให้ดาวยุคแรกๆ เหลือน้อยหรืออายุสั้นเพราะปราศจาก Metal-rich ทำให้ผิวพื้นดาวมีความร้อนสูงมาก ซึ่งเป็นระบบสร้างพลังงานออกมา จากภายในแกนกลาง คล้ายกับดวงอาทิตย์ แต่ดาวยุคแรกมีความร้อนสูง ส่วนใหญ่เป็นปึกแผ่นมีความเพียงพอที่สร้างพลังงาน ออกมาหักล้างกับแรงโน้มถ่วง ดังนั้นผิวหน้าแต่ละลำดับชั้น (Surface layers) จึงมี ความร้อนสูงไปด้วย ประเมินจากขนาด ระหว่าง 100-1,000 เท่าของดวงอาทิตย์ พบว่าพื้นผิวร้อน ราว 100,000 Kelvins เท่ากับ สูงกว่าดวงอาทิตย์ 17 เท่า เพราะฉะนั้นดาวที่ฉายแสงแรกออกมาในจักรวาล จึงเต็มไปด้วย รังสี Ultraviolt จากความร้อนสูงของดาว และเป็นการเริ่มต้นขึ้นของละอองความร้อน (Ionize) ของ Neutral Hydrogen และก๊าซ Helium เกิดขึ้นโดยรอบแต่นั้นมา โดยเรียก ช่วงยุคพัฒนาการนี้ว่า Cosmic renaissance (การฟื้นฟูจักรวาล) จากดวงดวงแรกเพียงดวงเดียว ความเข้มข้นของ Ionize มีน้อยที่จะเหลือทิ้งไว้ เพื่อให้เป็นวัตถุดิบ ก่อตัวในรุ่นดาวถัดไป ซึ่งเป็นการก่อตัวทีละดวง ทีละดวง จึงต้องใช้เวลานับพันล้านปี จะพอเพียงต่อการผสมรวมตัวเป็น จุดแกนกลางของ ก๊าซ (Intergalactic gas) ได้เต็มอัตรา ควอซาร์ แหล่งพลังหลักชุดแรกของจักรวาล การวิเคราะห์ผลสำรวจ Strong absorption (อำนาจการดูดกลืน) แสง Ultraviolet ของ Quasars (ควอซาร์) อายุ 900 ล้านปีหลังจากการเกิด Big bang พบหย่อม ของ Neutral Hydrogen gas เป็นการเริ่มต้นสะสมของ Ionize ในเวลานั้น ถ้าดาวดวงแรก ไม่ได้มีขนาดยักษ์เช่นที่เคยวิเคราะห์ไว้ ก๊าซ Helium การเกิด Ionize ต้องมาจากการกระตุ้นของ รังสี Ultraviolt ของแหล่งพลังงาน ควอซาร์ ซึ่งในอนาคต ต้องสำรวจหาค่าเพิ่มเติมเริ่อง Helium เปลี่ยนแปลงมาจาก Ionize จากวัตถุระยะไกล ของจักรวาล ถ้าดาวดวงแรก มีขนาดยักษ์หรือใหญ่โตมาก ต้องมีความสัมพันธ์กับอายุขัยที่สั้น เพียงไม่กี่ล้านปี โดยดาวนั้นมีจุดสิ้นสุดอายุ ระเบิดเป็น Supenovae แล้วผลักดัน Metals ออกมาสู่จักรวาล ต้องมีขนาดระหว่าง 100-250 เท่า ของดวงอาทิตย์จึง จะมีผลสมบูรณ์ต่อ การสะสมจุดแกนกลางของก๊าซ (Intergalactic gas) พบว่า เมื่อ Metals ผุดขึ้นทั่วไปในจักรวาล ในกลุ่มเมฆหมอกการก่อตัวของดาว ราว 1,000 เท่าของที่มีในดวงอาทิตย์ Metals เหล่านั้น มีอุณหภูมิก๊าซใน Cosmic ฺbackground เย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว (อุณหภูมิเสื่อมถอยในจุดที่จักรวาลขยายตัว จาก 19 Kelvins หลังจาก Big bang เหลือ 2.7 Kelvins ในปัจจุบัน) ด้วยการยอม ลดสมรรถภาพจากความเย็นตัวเป็นข้อมูลว่า ดาวมีขนาดเล็กและเป็น การขับไล่ออกด้วยการเกิดของดาว เป็นไปได้ว่าบริเวณก่อตัวดาวไม่มีอัตราเร่ง จนกว่า มีการเกิดขึ้นของ Metals ในกรณีนี้ ดาวที่เกิดขึ้นเป็นดวงที่สอง เป็นเอกภาพมีอำนาจตอบสนองเกิดแสงและ นำไปสู่ เรื่อง Cosmic renaissance (การฟื้นฟูจักรวาล)

การสะสมจุดแกนกลางของก๊าซ

High-supernova ห่างจากโลก 80 ล้านปีแสง

หลักฐานที่เป็นปริศนาของจักรวาล สมมุติฐานการก่อตัวของดาวยุคแรก มีบางอย่างที่เป็นปริศนา คือไม่ได้แก้ปัญหา เรื่องขาดแคลน Metals ของดาว ที่บรรจุอยู่ในกาแล็คซี่ เพราะถ้า Metals เป็นตัว หลักต่อการก่อตัวประชากรดาว จะเป็นข้อโต้แย้ง เรื่องส่วนสัมพันธ์กับดาวขนาดยักษ์ ยุคแรกกำเนิด การขาดแคลน Metals จึงเป็นที่ มาของ Low-mass stars (ดาวมวลน้อย) ซึ่งพบอยู่ในขณะนี้ ปริศนาอื่นๆ เช่น High-metals ที่มีทั่วไปจำนวนมาก เป็นรังสี Xแผ่ความร้อนที่จุด ศูนย์กลาง ของก๊าซในกาแล็คซี่ การสำรวจพบว่า ช่วงอดีตที่ผ่านมามีความว่องไว ต่อการก่อตัวสำหรับดาวยักษ์ และนอกจากยังสนับสนุนร่วมมือปรุงแต่งทางเคมีกับ Supernova ในจุดแกนกลางของก๊าซ (Intergalactic gas) สำหรับในกรณีนี้ High -supernova อัตราเร่งประสานกันสนิทอย่างมีประสิทธิภาพ ในอดีตนั้นจะเกิด สสารสามัญและสสารจำนวนมากในจักรวาล โดยถูกทิ้งไว้อย่าง แพร่กระจายบริเวณของ Intergalactic medium (ช่วงกึ่งกลาง) ค่อนข้างมากใน กาแล็คซี่ ผลิตผลสสารของกาแล็คซี่เป็นสิ่งก้าวหน้า น่าตื่นเต้น ห้อมล้อมด้วยความรุนแรง เสียง แตกระเบิด ไหลท่วมไปมา กระแทกกัน แสงสว่างเจิดจ้า ของดาวยักษ์ และ ระดมยิงจาก Supernova ผลักดันกันไปมาของก๊าซและ Metals ในขอบเขตตน ดาวในจักรวาล ที่มีขนาดใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ 250 เท่า จัดเป็นดาวยักษ์และหลัง จากนั้นจะยุบตัวพังทะลายลงตามอายุขัย จุดสิ้นสุดดาวสู่ อาจพัฒนาการสู่ หลุมดำ ยักษ์ (Massive black holes) จากการวิเคราะห์ เป็นไปได้หรือไม่ว่า ทางผ่านผสมรวมกัน เป็นระบบสู่ด้านวงใน ระบบของกาแล็คซี่ขนาดใหญ่ หรือใหญ่มาก จึงทำให้พบหลุมดำมีมวลขนาดใหญ่ เป็นล้านเท่าของดวงอาทิตย์ ในจุดศูนย์กลางกาแล็คซี่ (Galactic nuclei)

Massive black holes

ความคืบหน้า ที่สรุปได้ในปัจจุบัน เชื่อว่าแหล่งพลังงานจากควอซาร์ คือก๊าซที่หมุนวนอย่างยุ่งเหยิง (Whirling) เข้า สู่ใจการของหลุมดำขนาดใหญ่ ถ้ากรณีหลุมดำขนาดเล็ก เกิดขึ้นครั้งแรกของ Proto-galaxies ในจักรวาล อาจจะเป็น Mini-Quasars (ควอซาร์จิ๋ว)เพราะขนาด วัตถุเล็กกว่าปัจจุบัน แต่สามารถสร้าง แหล่งแสงและ Ionizing ได้ตั้งแต่บัดนั้น ถ้าปะติดปะต่อภาพจักรวาล จะค้นพบว่า สิ่งที่หลงเหลือมีการผสมรวมกันทั้งหมด เพื่อให้ เกิดผลเพิ่มพูนขึ้น จากดาวดวงแรก (First strs) และ กาแล็คซี่ต้นแบบ (Proto-galaxies) มีความหนักแน่นด้วยการก่อตัวของดาว ก่อสร้างระบบกาแล็คซี่ ของควอซาร์ โดยเกิดขึ้น หลัง Big bang ไม่กี่พันล้านปี ทั้งหมดเป็นปรากฎการณ์ต่อเนื่อง ด้วยตามยุคของจักรวาล มีการเปลี่ยนแปลงจน โครงสร้างใหญ่โตมหาศาล รวบรวมกาแล็คซี่ เข้าเป็นกระจุก (Clusters) เป็นการ วิวัฒน์ที่สืบเนื่องของจักรวาล (Process of cosmic evolution) และคงดำเนินต่อไป โดยอนาคตข้างหน้า มีความเป็นไปได้อาจมีระบบที่ต่างออกไปอีก เพราะธรรมชาติ จักรวาล ไม่ได้หยุดนิ่งการพัฒนาการ ยิ่งไปกว่า ยังมีแนวคิดของจำนวนจักรวาล ที่มีจำนวนมาก เรียกว่า เครือข่าย (หลาย) จักรวาล (Multiverse)

Mini-quasar มีอายุ 8 พันล้านปี พบใน Galaxy CXO-J141741.9

References : Yale Unviersity Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics California Institute of Technology The International Max-Planck Research School on Astrophysics