ข้อมูลจากกล้อง Webb ช่วยทดสอบคำทำนายของแบบจำลอง Lumina ได้อย่างไร?

* รูปภาพใช้เพื่อประกอบเนื้อหาเท่านั้น อาจไม่ใช่ภาพเหตุการณ์จริงหรือภาพจริงจากเรื่องในบทความ

นักวิจัยตรวจคำทำนายของ Lumina โดยเทียบจำนวนกาแล็กซีมวลสูงจากแบบจำลองกับค่าประมาณจากการสังเกต ซึ่งรวมข้อมูลจากกล้อง Webb ด้วย งานวิจัยพบว่า Lumina คำนวณจำนวนกาแล็กซีที่มีมวลดาวตั้งแต่ 100,000 ล้านเท่าดวงอาทิตย์ได้น้อยกว่าค่าที่สังเกตตั้งแต่เรดชิฟต์ราว 5 ขึ้นไป และส่วนต่างชัดขึ้นเมื่อเรดชิฟต์สูงกว่า 8 ภาพของ Lumina จึงเป็นผลคำนวณ ไม่ใช่ภาพถ่ายจริงจากเอกภพยุคแรก

ทีมเริ่มคำนวณจากเอกภพราว 45 ล้านปีหลังบิกแบง แล้วติดตามต่อไปจนถึงช่วงประมาณสองพันล้านปีแรก กล่องจำลองมีด้านละ 500 cMpc ซึ่งเป็นระยะในพิกัดที่ปรับตามการขยายตัวของเอกภพ ภายในมีช่องคำนวณของก๊าซ 6,000 ยกกำลัง 3 ช่อง และติดตามอนุภาคสสารมืด 6,000 ยกกำลัง 3 อนุภาค ขนาดนี้ช่วยให้แบบจำลองติดตามได้ทั้งกาแล็กซีทั่วไปและควาซาร์สว่างที่พบได้น้อย

โปรแกรมคำนวณแรงโน้มถ่วงและการเคลื่อนที่ของก๊าซไปพร้อมกับการเดินทางของรังสี ก๊าซรวมตัวในบริเวณที่สสารมืดหนาแน่น ก่อนก่อให้เกิดดาวและกาแล็กซี แสงอัลตราไวโอเลตจากดาวเหล่านั้นทำให้อะตอมไฮโดรเจนที่เป็นกลางสูญเสียอิเล็กตรอน ส่วนหลุมดำที่ดูดกลืนสสารปล่อยรังสีพลังงานสูง ซึ่งเป็นแหล่งสำคัญที่ทำให้ฮีเลียมแตกตัวในช่วงหลัง

นักดาราศาสตร์เรียกการที่รังสีทำให้อะตอมไฮโดรเจนและฮีเลียมเสียอิเล็กตรอนว่ารีไอออไนเซชัน Lumina ติดตามทั้งสองกระบวนการในปริมาตรเดียวกัน เพื่อดูว่ากาแล็กซี ดาว และหลุมดำเปลี่ยนสภาพของก๊าซระหว่างกาแล็กซีอย่างไร

กล้อง Webb สังเกตแสงอินฟราเรดจากกาแล็กซีที่อยู่ไกลมาก เพราะการขยายตัวของเอกภพยืดความยาวคลื่นของแสงระหว่างทาง นักวิจัยจึงใช้ข้อมูลจากกล้องเพื่อดูว่ากาแล็กซีในยุคแรกมีลักษณะอย่างไร ส่วน Lumina คำนวณคำตอบที่แบบจำลองทำนายไว้ แล้วนำมาเทียบกับการสังเกตจริง

งานวิจัยชี้ว่าความต่างนี้ท้าทายแบบจำลองการก่อตัวกาแล็กซีมาตรฐานที่ปรับเทียบกับเอกภพยุคหลัง ผู้เขียนเสนอความเป็นไปได้ไว้หลายทาง เช่น ประสิทธิภาพการเกิดดาวที่สูงขึ้นในกาแล็กซีมวลสูง มวลเริ่มต้นของดาวที่หนักกว่าสมมติฐานเดิม หรือการขยายกรอบจักรวาลวิทยามาตรฐาน แต่บทความยังไม่ได้ชี้ว่าปัจจัยใดเป็นคำตอบ และความต่างนี้ไม่ได้หมายความว่าผลจำลองทุกส่วนคลาดเคลื่อน

ขอบคุณภาพประกอบจาก https://graphic.in.th