ไขปริศนาดาราศาสตร์ 10,000 ล้านปี: ทางช้างเผือกพลิกตะแคงข้างเพราะชนกับ ‘กาแล็กซีไส้กรอก’

หลักฐาน: การชนประสานหน้าที่พลิกกาแล็กซี

งานวิจัยเผยว่า รัศมีดาวฤกษ์ที่หมุนช้าเป็นผลพวงจากหายนะจักรวาลเมื่อประมาณ 10,000 ล้านปีก่อน ขณะนั้น กาแล็กซีแคระที่ชื่อว่า ‘Gaia-Enceladus-Sausage’ (บางครั้งเรียกสั้นๆ ว่า ‘ไส้กรอกไกอา’ หรือ Gaia Sausage) ได้พุ่งชนทางช้างเผือกของเราอย่างจัง ไม่ใช่เฉี่ยวเฉียด แต่เป็นการพุ่งชนประสานหน้ากันอย่างรุนแรง

เพื่อทำความเข้าใจผลลัพธ์ที่เกิดขึ้น ทีมนักวิจัยนำโดยนักดาราศาสตร์ คิริลล์ บาทราคอฟ (Kirill Batrakov) ได้ใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์รันชุดการจำลองจากโปรเจกต์ Auriga — ชุดโมเดลความละเอียดสูงที่ติดตามการก่อตัวของกาแล็กซีที่มีลักษณะคล้ายทางช้างเผือกตลอดช่วงเวลาหลายพันล้านปี

การจำลองเผยให้เห็นว่า การชนประสานหน้าแบบนี้สามารถกระตุ้นให้เกิด ‘การพลิกของจานดาราจักร’ (disc flip) ได้ โดยจานดาราจักรอันสว่างไสวซึ่งเป็นระนาบหมุนของดาวฤกษ์และก๊าซที่เราเห็นเป็นทางช้างเผือกบนท้องฟ้านั้น ถูกเปลี่ยนทิศทางมากกว่า 90 องศาจากระนาบเดิม การพลิกนี้ไม่ได้เกิดขึ้นทันที แต่ใช้เวลานานนับพันล้านปี ค่อยๆ เอียงตะแคงลง

ไขปริศนารัศมีดาวฤกษ์

การพลิกในยุคโบราณนี้ให้คำอธิบายที่ชัดเจนสำหรับการหมุนที่ช้าผิดปกติของรัศมีดาวฤกษ์ ขณะที่จานดาราจักรขนาดใหญ่หมุนและบิดตัว มันได้เสียดสีกับรัศมีสสารมืด (dark matter halo) ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่ามาก มีลักษณะทรงกลม และเสถียรกว่า ซึ่งห่อหุ้มกาแล็กซีทั้งหมดเอาไว้ รัศมีสสารมืดนี้ยังคงอยู่ในทิศทางเดิม ทำให้เกิดแรงเสียดทานที่ถ่ายเทโมเมนตัมเชิงมุม (angular momentum) ออกจากดาวฤกษ์ในรัศมี

รัศมีดาวฤกษ์ — ซึ่งประกอบด้วยดาวโบราณที่ถูกดึงดูดเข้ามาจากกาแล็กซีบริวารที่ถูกฉีกทึ้ง — จึงเก็บ ‘ความทรงจำ’ ของการปะทะนี้เอาไว้ เนื่องจากมันถูกบิดและแรงบิดเทียบกับโครงสร้างสสารมืด ทำให้ในปัจจุบันมันหมุนช้ากว่าจานดาวฤกษ์มาก ซึ่งเป็นการไขปริศนาที่นักดาราศาสตร์ตั้งคำถามกันมานาน

“โปรเจกต์นี้เริ่มต้นขึ้นจากการสืบสวนความเร็วในการหมุนของรัศมีดาวฤกษ์” บาทราคอฟกล่าวกับ ScienceAlert พร้อมชี้ว่าการจำลองเผยให้เห็นถึงความเชื่อมโยงโดยตรงระหว่างกาแล็กซีที่มีการรวมตัวครั้งใหญ่ในยุคแรกเริ่ม กับกาแล็กซีที่จบลงด้วยรัศมีดาวฤกษ์ที่หมุนช้า

ผลกระทบต่อระบบสุริยะและเส้นทางโคจรของดวงอาทิตย์

ผลกระทบต่อระบบสุริยะของเรานั้นน่าสนใจแต่ไม่ใช่เรื่องน่าตกใจ งานวิจัยชี้ว่า ดวงอาทิตย์ — และระบบสุริยะทั้งหมด — เดิมทีเคลื่อนที่ผ่านกาแล็กซีบนระนาบโคจรคนละแบบ การพลิกของจานดาราจักรนั้นครอบคลุมมากพอที่จะรีเซ็ตเส้นทางโคจรของดาวฤกษ์ส่วนใหญ่ในกาแล็กซี

อย่างไรก็ตาม ไม่ต้องกังวลไป เพราะการชนและการเปลี่ยนทิศทางครั้งนี้เกิดขึ้นก่อนดวงอาทิตย์และโลกจะถือกำเนิดขึ้นประมาณ 5,000 ถึง 6,000 ล้านปี เหตุการณ์นี้ไม่ได้ทำให้ระบบสุริยะ destabilize เพราะมันเกิดขึ้นนานก่อนที่ระบบบ้านเกิดของเราจะมีตัวตนด้วยซ้ำ ผลการค้นพบนี้มีความหมายเพียงว่า วงโคจรในปัจจุบันของดวงอาทิตย์รอบใจกลางกาแล็กซี ไม่ใช่เส้นทางเดียวกับที่มันจะตามหากไม่เคยเกิดการพลิกขึ้น

หน้าต่างใหม่สู่การศึกษาสสารมืด

บางที ผลกระทบที่สำคัญที่สุดของงานนี้อาจเป็นสิ่งที่มันเผยให้เห็นเกี่ยวกับสสารมืด ในขณะที่จานดาวฤกษ์ที่ส่องสว่างพลิกตัวอย่างรุนแรง แต่รัศมีสสารมืดที่มีมวลมากกว่ามากซึ่งล้อมรอบทางช้างเผือกกลับยังคงอยู่ในทิศทางเดิม การปรับทิศทางใหม่ทั้งหมดของกาแล็กซีที่มองเห็นได้เกิดขึ้นภายในโครงสร้างสสารมืดที่เสถียรและมองไม่เห็นนี้เอง

การหมุนช้าของรัศมีดาวฤกษ์จึงถูกตีความเป็นลายเซ็นโดยตรงของแรงบิดจากแรงโน้มถ่วงที่จานดาราจักรกระทำต่อรัศมีสสารมืด นี่เปิดโอกาสให้นักดาราศาสตร์มีวิธีใหม่ในการศึกษา รูปร่าง ความเสถียร และการกระจายตัวของสสารมืด — สสารที่ไม่มีวันเปล่งแสง ดูดซับ หรือสะท้อนแสง และสามารถศึกษาได้ผ่านอิทธิพลแรงโน้มถ่วงของมันเท่านั้น

ข้อค้นพบนี้สอดคล้องกับงานวิจัยอื่นๆ เมื่อเร็วๆ นี้ ซึ่งมองว่ารัศมีดาวฤกษ์ที่ ‘เอียง’ ของทางช้างเผือกเป็นเครื่องมือตรวจสอบรูปทรงของรัศมีสสารมืด ด้วยการวัดอย่างแม่นยำว่ารัศมีดาวฤกษ์ ‘เอียง’ และ ‘ช้าลง’ มากแค่ไหน นักดาราศาสตร์ก็จะสามารถอนุมานคุณสมบัติของการกระจายตัวของสสารมืดที่มิฉะนั้นแล้วจะมองไม่เห็น

ภาพใหญ่ยิ่งกว่านั้น

งานวิจัยใหม่นี้เพิ่มหลักฐานที่บ่งชี้ว่า ประวัติศาสตร์ยาวนาน 13,600 ล้านปีของทางช้างเผือกนั้นวุ่นวายมากกว่าที่เราเห็นในวันนี้จากจุดชมวิวอันเงียบสงบของเราที่อยู่ภายในแขนกังหันแขนหนึ่ง การชนของ Gaia-Enceladus-Sausage ซึ่งก่อนหน้านี้รู้กันว่ามีส่วนทำให้เกิดดาวฤกษ์และเศษซากในป่องกลาง (bulge) และรัศมีชั้นในของดาราจักร บัดนี้ดูเหมือนจะเป็นเหตุการณ์ที่กำหนดและเปลี่ยนแปลงกาแล็กซีของเราอย่างสิ้นเชิง

โดยสรุป งานของทีมเดอร์แฮมนำเสนอคำอธิบายที่น่าเชื่อถือที่สุดจนถึงปัจจุบัน ว่าทำไมรัศมีขนาดยักษ์ของดาวฤกษ์โบราณของทางช้างเผือกจึงหมุนช้าเหลือเกิน ผู้ร้ายไม่ใช่กระบวนการที่ค่อยเป็นค่อยไป แต่เป็นเหตุการณ์รุนแรงที่เปลี่ยนแปลงกาแล็กซีในช่วงวัยรุ่นของมัน — การชนจักรวาลที่เปลี่ยนโฉมหน้ากาแล็กซีบ้านเกิดของเราไปตลอดกาล