วงแหวนไอน์สไตน์ที่ซ่อนอยู่ไม่ไกล
ปฏิบัติการยูคลิดทะยานออกสู่อวกาศเมื่อวันที่ 1 กรกฎาคม 2023 เพื่อสำรวจเอกภพที่มืดมิดในระยะเวลาปฏิบัติการนาน 6 ปี ก่อนที่ยานจะได้เริ่มการสำรวจ ทีมนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรบนโลกก็ต้องทำให้แน่ใจว่าทุกอย่างกำลังทำงานได้อย่างสมบูรณ์แบบครบถ้วน
และแม้ว่าจะอยู่ในสถานะทดสอบช่วงต้น ในเดือนกันยายน 2023 ยูคลิดก็ส่งภาพบางส่วนกลับมาที่โลก ซึ่งก็มีแต่ภาพที่หลุดโฟกัสและเบลอ Bruno Altieri นักวิทยาศาสตร์คลังของยูคลิด ก็ได้เห็นร่องรอยของปรากฏการณ์ประหลาดที่พิเศษมากๆ และตัดสินใจที่จะตรวจสอบอย่างใกล้ชิดมากขึ้น
ผมดูข้อมูลจากยูคลิดเมื่อมันมาถึง แม้จะเป็นการสำรวจครั้งแรกๆ แต่ก็มองเห็นได้ แต่อีกไม่กี่สัปดาห์ต่อมา หลังจากยูคลิดสำรวจพื้นที่นี้มากขึ้น ถ่ายภาพโฟกัสที่ชัดเจน ก็ได้เห็นวงแหวนไอน์สไตน์(Einstein ring) ที่สมบูรณ์แบบ สำหรับผมซึ่งทุ่มความสนใจไปที่ปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วง(gravitational lensing) นี่จึงเป็นเรื่องที่มหัศจรรย์
อินโฟกราฟฟิคอธิบายวงแหวนไอน์สไตน์ซึ่งเป็นปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วงรูปแบบที่เรียงตัวเกือบสมบูรณ์ ภาพปก วงแหวนแสงที่ล้อมรอบนิวเคลียสของกาแลคซี NGC 4505 ซึ่งจับภาพได้โดยกล้องยูคลิด เป็นตัวอย่างหนึ่งของวงแหวนไอน์สไตน์ NGC 6505 ทำหน้าที่เป็นเลนส์ความโน้มถ่วง บิดเบนแสงจากกาแลคซีแห่งหนึ่งที่อยู่ข้างหลัง
วงแหวนไอน์สไตน์ เป็นปรากฏการณ์ประหลาดที่พบได้ยากอย่างสุดโต่ง กลับกลายเป็นว่าซ่อนอยู่ในพื้นที่โล่งโจ้งในกาแลคซีแห่งหนึ่งที่อยู่ไม่ไกลนัก กาแลคซีซึ่งมีชื่อว่า NGC 6505 ในกลุ่มดาวมังกร(Draco) อยู่ห่างออกไปราว 590 ล้านปีแสง แค่ช่วงหินขว้างจากโลกเท่านั้น แต่นี่กลับเป็นครั้งแรกที่ได้ตรวจพบวงแหวนแสงล้อมรอบใจกลางกาแลคซี ต้องขอบคุณเครื่องมือความละเอียดสูงของยูคลิด รายละเอียดการค้นพบเผยแพร่ใน Astronomy & Astrophysics
วงแหวนรอบกาแลคซีพื้นหน้าแห่งนี้ เกิดขึ้นจากแสงที่มาจากกาแลคซีสว่างแห่งหนึ่งที่อยู่ไกลออกไปอีก กาแลคซีที่พื้นหลังอยู่ห่างออกไป 4.42 พันล้านปีแสง และแสงของมันก็ถูกรบกวนโดยแรงโน้มถ่วงเมื่อเดินทางมาถึงเรา ยังไม่เคยได้สำรวจกาแลคซีที่อยู่ห่างออกไปแห่งนี้เลยและจึงยังไม่มีชื่อ
วงแหวนไอน์สไตน์เป็นตัวอย่างของปรากฏการณ์เลนส์แบบแรง Conor O’Riordan จากสถาบันมักซ์พลังค์เพื่อดาราศาสตร์ฟิสิกส์ เจอรมนี และผู้เขียนนำรายงานวิทยาศาสตร์ฉบับแรกที่วิเคราะห์วงแหวนนี้ อธิบาย เลนส์แบบแรงทั้งหมดมีความพิเศษ เนื่องจากพวกมันพบได้ยากมาก และจึงมีคุณประโยชน์อย่างมากในทางวิทยาศาสตร์ เลนส์แห่งนี้มีความพิเศษขึ้นไปอีก เพราะมันอยู่ใกล้โลกอย่างมาก และการเรียงตัวก็ทำให้มันสวยตราตรึงมาก
ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ได้ทำนายว่าแสงจะเลี้ยวไปรอบวัตถุในอวกาศ ดังนั้นพวกมันจะโฟกัสแสงราวกับเป็นเลนส์ขนาดยักษ์ ผลจากเลนส์ความโน้มถ่วงนี้จะยิ่งมากขึ้นถ้าวัตถุมีมวลสูงขึ้นอย่างเช่น กาแลคซีและกระจุกกาแลคซี นี่หมายความว่า บางครั้งเราจึงได้เห็นแสงจากกาแลคซีที่ห่างไกลที่ควรจะถูกซ่อนไว้
ปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วง
ถ้าการเรียงตัวเกิดขึ้นพอดี แสงจากแหล่งที่ห่างไกลจะเลี้ยวจนสร้างวงแหวนที่ตระการตารอบๆ วัตถุที่พื้นหน้า วงแหวนไอน์สไตน์เหล่านี้จึงเป็นห้องทดลองสำหรับนักวิทยาศาสตร์ การศึกษาผลจากแรงโน้มถ่วงของเลนส์ช่วยเราให้เรียนรู้เกี่ยวกับการขยายตัวของเอกภพ, ตรวจจับผลกระทบของสสารมืดและพลังงานมืด และสำรวจแหล่งแสงพื้นหลังซึ่งแสงถูกบิดเบนโดยสสารมืดที่อยู่ระหว่างเรากับแหล่ง
ฉันว่ามันน่าประทับใจที่วงแหวนนี้ถูกพบอยู่ภายในกาแลคซีแห่งหนึ่งที่รู้จักกันเป็นอย่างดี ซึ่งถูกค้นพบตั้งแต่ปี 1884 Valeria Pettorino นักวิทยาศาสตร์โครงการยูคลิดที่อีซา กล่าว นักดาราศาสตร์รู้จักกาแลคซีแห่งนี้มายาวนานแล้ว และก็ไม่เคยสำรวจพบวงแหวนนี้มาก่อน นี่แสดงว่ายูคลิดทรงพลังแค่ไหน ที่พบสิ่งใหม่ๆ แม้แต่ในที่ที่เราคิดว่าเรารู้จักเป็นอย่างดี การค้นพบนี้เป็นการันตีถึงอนาคตของยูคลิดและแสดงถึงความสามารถที่น่าทึ่งของมัน
การถ่ายภาพความละเอียดสูงเป็นกุญแจสู่การตรวจสอบเลนส์ความโน้มถ่วงนี้ และที่น่าประหลาดใจก็คือ ไม่ว่าฮับเบิลหรือเวบบ์ก็ไม่เคยสำรวจกาแลคซีนี้ Altieri อธิบายว่า มันก็เป็นกาแลคซี NGC ที่น่าเบื่อแห่งหนึ่ง มีแบบนี้อีก 2500 แห่ง แล้วทำไมใครสักคนต้องศึกษาแห่งนี้ในรายละเอียดด้วย
ภาพระยะใกล้แสดงใจกลางของ NGC 4505 ซึ่งมีวงแหวนไอน์สไตน์ล้อมรอบไว้
วงแหวนไอน์สไตน์เป็นเครื่องมือที่ทรงพลังในการเข้าใจเอกภพ พวกมันช่วยปรับการตรวจสอบระยะทางในอวกาศและอัตราการขยายตัวของเอกภพ เนื่องจากนักดาราศาสตร์สามารถใช้พวกมันเพื่อศึกษาว่าแสงจากพื้นหลังถูกยืดและขยายได้อย่างไร ในกรณี ภาพที่ชัดเจนช่วยให้ตรวจสอบกาแลคซีพื้นหลังได้ใกล้ชิดมากขึ้นด้วย เนื่องจากแหล่งแสงของวงแหวนเป็นกาแลคซีที่ค่อนข้างใกล้ เราจึงศึกษาภาพที่ขยายออกมาในรายละเอียดได้โดยเฉพาะพลวัตของดาวของมัน
ด้วยการวิเคราะห์ว่าแสงจากพื้นหลังถูกบิดเลี้ยวอย่างไร นักวิทยาศาสตร์ตรวจสอบมวลของ NGC 6505 ซึ่งรวมถึงองค์ประกอบสสารมืดของมัน จากการค้นพบครั้งแรก มีมวลในวงแหวนเพียง 11% เท่านั้นที่อยู่ในรูปสสารมืด ซึ่งก็ไม่ใช่เรื่องแปลกอะไร ในวงแหวนไอน์สไตน์หลายแห่ง เลนส์เกิดขึ้นไกลออกไปในกาแลคซี ในตำแหน่งที่มีสสารมืดส่งผลมากขึ้น โดยปกติจะอยู่ที่ 25 ถึง 50% มวล แต่นี่ วงแหวนอยู่ใกล้กับนิวเคลียสกาแลคซีอย่างมาก ซึ่งเป็นพื้นที่ที่สสารปกติอยู่มาก
ทีมยังสามารถตรวจสอบคุณสมบัติของ NGC 6505 ได้อย่างแม่นยำ ซึ่งเผยให้เห็นโครงสร้างที่ซับซ้อนที่แปรผันตามระยะทางจากใจกลาง ทีมยังสามารถประเมินสัดส่วนของดาวมวลต่ำต่อดาวมวลสูง ซึ่งเป็นตัวแปรที่เรียกว่า initial mass function การสำรวจใหม่นี้จึงช่วยเราให้เข้าใจได้มากขึ้นทั้งเอกภพมืดและกระบวนการการก่อตัวและวิวัฒนาการกาแลคซี
อินโฟกราฟฟิคอธิบายวงแหวนไอน์สไตน์รอบนิวเคลียส NGC 4505
ด้วยการสำรวจว่าเอกภพขยายตัวอย่างไรและก่อตัวอย่างไรตลอดความเป็นมา ยูคลิดจะเผยให้เห็นบทบาทของแรงโน้มถ่วงและธรรมชาติของพลังงานและสสารมืดได้มากขึ้น กล้องโทรทรรศน์อวกาศจะทำแผนที่ท้องฟ้าหนึ่งในสามส่วน สำรวจกาแลคซีหลายพันล้านแห่งจนถึงระยะทางราว 10 พันล้านปีแสง คาดว่ายูคลิดจะได้พบเลนส์แบบแรง(strong gravitational lensing) ได้ราว 1 แสนแห่ง แต่การได้พบแห่งนี้มีความพิเศษสุดและอยู่ใกล้มาก ก็ยัง จนกระทั่งบัดนี้ ก็พบเลนส์แบบแรงไม่ถึง 1 พันแห่ง และที่ถ่ายภาพด้วยความละเอียดสูงก็มีน้อยกว่านั้นไปอีก
ยูคลิดกำลังปฏิวัติดาราศาสตร์แขนงนี้ ด้วยข้อมูลทั้งหมดที่เราไม่เคยจะได้มาก่อน O'Riordan กล่าวเสริม แม้ว่าวงแหวนไอน์สไตน์แห่งนี้จะตื่นตะลึง แต่งานหลักของยูคลิดก็คือการสำรวจหาผลการเลี้ยวเบนน้อยนิดที่เกิดจากเลนส์แบบอ่อน(weak gravitational lensing) ซึ่งกาแลคซีที่พื้นหลังจะปรากฏเป็นเพียงขีดบิดเบี้ยวบางๆ
เพื่อตรวจจับปรากฏการณ์นี้ นักวิทยาศาสตร์จะต้องวิเคราะห์กาแลคซีนับพันล้านแห่ง ยูคลิดเริ่มทำการสำรวจท้องฟ้าในวันที่ 14 กุมภาพันธ์ 2024 และกำลังค่อยๆ สร้างแผนที่เอกภพในแบบสามมิติที่รุ่มรวยที่สุด แต่จากการค้นพบนี้แม้จากช่วงต้นๆ ของปฏิบัติการ ก็หมายความว่ายูคลิดกำลังเดินมาในเส้นทางที่จะไขความลับที่ซ่อนไว้ได้อีกมากมาย
แหล่งข่าว phys.org : Euclid discovers a stunning Einstein ring
skyandtelescope.com : Euclid discovers Einstein ring around nearby galaxy
space.com : Euclid “dark universe” telescope discovers stunning Einstein ring in warped space-time
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
