นักวิจัยนำสเปกตรัมอินฟราเรดใกล้ที่ลึกมากจากโครงการ JWST-IMFERNO มารวมกับสเปกตรัมแสงที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าจากโครงการ LEGA-C ของ VLT การครอบคลุมช่วงคลื่นที่กว้างช่วยให้แยกสัญญาณของดาวแคระมวลต่ำในอินฟราเรดใกล้ออกจากสัญญาณที่ใช้วัดอายุ องค์ประกอบโลหะ และปริมาณธาตุต่าง ๆ ในช่วงแสงได้

กาแล็กซีทั้ง 9 แห่งในกลุ่มตัวอย่างหยุดสร้างดาวไปแล้ว ทำให้นักวิจัยสามารถตรวจสอบประชากรดาวฤกษ์ที่สะสมอยู่ภายในได้อย่างละเอียดเป็นพิเศษ

มวลที่เคยประเมินไว้อาจต่ำกว่าความเป็นจริง

เมื่อเทียบกับ IMF ที่คล้ายทางช้างเผือก กาแล็กซีเหล่านี้มีดาวฤกษ์มวลต่ำมากกว่า ดาวเหล่านี้มีส่วนช่วยต่อแสงที่สังเกตได้เพียงเล็กน้อย แต่มีส่วนต่อมวลรวมของดาวฤกษ์อย่างมาก ดังนั้น หากใช้ IMF แบบทางช้างเผือกในการคำนวณ ก็อาจประเมินมวลดาวฤกษ์ของกาแล็กซีต่ำกว่าความเป็นจริง

สำหรับกาแล็กซีที่เก่าแก่ที่สุด 2 แห่ง ซึ่งถูกระบุว่าเป็นลูกหลานโดยตรงของกาแล็กซีที่โตเต็มที่อย่างน่าประหลาดใจในเอกภพยุคแรก การใช้ IMF แบบเอนเข้าหาดาวมวลต่ำทำให้มวลดาวฤกษ์ที่คำนวณได้เพิ่มขึ้นประมาณ 3–4 เท่า

ทำไมการค้นพบนี้ทำให้ปริศนากาแล็กซียุคแรกหนักขึ้น

หนึ่งในประชากรดาวฤกษ์ที่เก่าแก่ที่สุดอาจก่อตัวขึ้นภายในเวลาไม่ถึง 1,500 ล้านปีหลังบิกแบง หาก IMF แบบเอนเข้าหาดาวมวลต่ำนี้มีลักษณะคล้ายกันตั้งแต่ช่วงที่ดาวฤกษ์กำลังก่อตัว กาแล็กซีต้นกำเนิดก็ต้องสะสมมวลดาวฤกษ์ให้ได้มากกว่าเดิม และต้องทำเช่นนั้นในเวลาที่สั้นกว่าที่เคยประเมินไว้

ก่อนหน้านี้ JWST พบกาแล็กซีมวลสูงและมีวิวัฒนาการมากในช่วงเวลาแรก ๆ ของเอกภพแล้ว รวมถึงกาแล็กซีที่ได้รับการยืนยันทางสเปกโทรสโกปีว่าไม่มีการสร้างดาวใหม่ ราว 1,250 ล้านปีหลังบิกแบง การก่อตัวอย่างรวดเร็วเช่นนี้สร้างความตึงเครียดให้กับแบบจำลองการก่อตัวกาแล็กซีอยู่แล้ว และการปรับมวลให้สูงขึ้นก็ยิ่งเพิ่มความท้าทาย แทนที่จะช่วยคลี่คลายปัญหา

อย่างไรก็ตาม ผลการศึกษาครั้งนี้เป็นการวัด IMF ที่มีความน่าเชื่อถือในกาแล็กซีที่เรดชิฟต์ประมาณ 0.7 ไม่ใช่การวัดโดยตรงในกาแล็กซีที่เรดชิฟต์ตั้งแต่ 10 ขึ้นไป การเชื่อมโยงไปยังกาแล็กซีที่อาจสังเกตได้ภายในราว 500 ล้านปีแรกหลังบิกแบงจึงยังเป็นการอนุมานต่อยอด ไม่ใช่หลักฐาน IMF โดยตรงของกาแล็กซียุคแรกที่สุด

อาจมีระบบดาวเคราะห์ยุคแรกมากกว่าที่คิด

หากการก่อตัวดาวฤกษ์แบบเอนเข้าหาดาวมวลต่ำเกิดขึ้นอย่างแพร่หลายในเอกภพวัยเยาว์ ก็หมายความว่าเอกภพอาจสร้างดาวฤกษ์มวลต่ำที่มีอายุยืนจำนวนมากกว่าที่แบบจำลองซึ่งอิง IMF แบบทางช้างเผือกคาดไว้ ดาวฤกษ์เหล่านี้เป็นหนึ่งในแหล่งที่อาจมีระบบดาวเคราะห์ได้ จึงอาจทำให้จำนวนระบบดาวเคราะห์ที่ก่อตัวขึ้นในยุคแรกมีค่าประเมินสูงขึ้นด้วย แต่การศึกษานี้ยังไม่ได้วัดอัตราการเกิดดาวเคราะห์โดยตรง

ขั้นต่อไปของทีมวิจัยคือการนำวิธีวิเคราะห์สเปกตรัมอินฟราเรดเชิงลึกและครอบคลุมช่วงคลื่นกว้างแบบเดียวกันไปใช้กับกาแล็กซีที่อยู่ไกลออกไปเรื่อย ๆ จนเข้าใกล้ยุคของดาวฤกษ์รุ่นแรก เพื่อทดสอบว่าดาวมวลต่ำจำนวนมากเป็นลักษณะทั่วไปของกาแล็กซียุคแรกจริงหรือไม่

นักวิจัยนำสเปกตรัมอินฟราเรดใกล้ที่ลึกมากจากโครงการ JWST-IMFERNO มารวมกับสเปกตรัมแสงที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าจากโครงการ LEGA-C ของ VLT การครอบคลุมช่วงคลื่นที่กว้างช่วยให้แยกสัญญาณของดาวแคระมวลต่ำในอินฟราเรดใกล้ออกจากสัญญาณที่ใช้วัดอายุ องค์ประกอบโลหะ และปริมาณธาตุต่าง ๆ ในช่วงแสงได้

กาแล็กซีทั้ง 9 แห่งในกลุ่มตัวอย่างหยุดสร้างดาวไปแล้ว ทำให้นักวิจัยสามารถตรวจสอบประชากรดาวฤกษ์ที่สะสมอยู่ภายในได้อย่างละเอียดเป็นพิเศษ

มวลที่เคยประเมินไว้อาจต่ำกว่าความเป็นจริง

เมื่อเทียบกับ IMF ที่คล้ายทางช้างเผือก กาแล็กซีเหล่านี้มีดาวฤกษ์มวลต่ำมากกว่า ดาวเหล่านี้มีส่วนช่วยต่อแสงที่สังเกตได้เพียงเล็กน้อย แต่มีส่วนต่อมวลรวมของดาวฤกษ์อย่างมาก ดังนั้น หากใช้ IMF แบบทางช้างเผือกในการคำนวณ ก็อาจประเมินมวลดาวฤกษ์ของกาแล็กซีต่ำกว่าความเป็นจริง

สำหรับกาแล็กซีที่เก่าแก่ที่สุด 2 แห่ง ซึ่งถูกระบุว่าเป็นลูกหลานโดยตรงของกาแล็กซีที่โตเต็มที่อย่างน่าประหลาดใจในเอกภพยุคแรก การใช้ IMF แบบเอนเข้าหาดาวมวลต่ำทำให้มวลดาวฤกษ์ที่คำนวณได้เพิ่มขึ้นประมาณ 3–4 เท่า

ทำไมการค้นพบนี้ทำให้ปริศนากาแล็กซียุคแรกหนักขึ้น

หนึ่งในประชากรดาวฤกษ์ที่เก่าแก่ที่สุดอาจก่อตัวขึ้นภายในเวลาไม่ถึง 1,500 ล้านปีหลังบิกแบง หาก IMF แบบเอนเข้าหาดาวมวลต่ำนี้มีลักษณะคล้ายกันตั้งแต่ช่วงที่ดาวฤกษ์กำลังก่อตัว กาแล็กซีต้นกำเนิดก็ต้องสะสมมวลดาวฤกษ์ให้ได้มากกว่าเดิม และต้องทำเช่นนั้นในเวลาที่สั้นกว่าที่เคยประเมินไว้

ก่อนหน้านี้ JWST พบกาแล็กซีมวลสูงและมีวิวัฒนาการมากในช่วงเวลาแรก ๆ ของเอกภพแล้ว รวมถึงกาแล็กซีที่ได้รับการยืนยันทางสเปกโทรสโกปีว่าไม่มีการสร้างดาวใหม่ ราว 1,250 ล้านปีหลังบิกแบง การก่อตัวอย่างรวดเร็วเช่นนี้สร้างความตึงเครียดให้กับแบบจำลองการก่อตัวกาแล็กซีอยู่แล้ว และการปรับมวลให้สูงขึ้นก็ยิ่งเพิ่มความท้าทาย แทนที่จะช่วยคลี่คลายปัญหา

อย่างไรก็ตาม ผลการศึกษาครั้งนี้เป็นการวัด IMF ที่มีความน่าเชื่อถือในกาแล็กซีที่เรดชิฟต์ประมาณ 0.7 ไม่ใช่การวัดโดยตรงในกาแล็กซีที่เรดชิฟต์ตั้งแต่ 10 ขึ้นไป การเชื่อมโยงไปยังกาแล็กซีที่อาจสังเกตได้ภายในราว 500 ล้านปีแรกหลังบิกแบงจึงยังเป็นการอนุมานต่อยอด ไม่ใช่หลักฐาน IMF โดยตรงของกาแล็กซียุคแรกที่สุด

อาจมีระบบดาวเคราะห์ยุคแรกมากกว่าที่คิด

หากการก่อตัวดาวฤกษ์แบบเอนเข้าหาดาวมวลต่ำเกิดขึ้นอย่างแพร่หลายในเอกภพวัยเยาว์ ก็หมายความว่าเอกภพอาจสร้างดาวฤกษ์มวลต่ำที่มีอายุยืนจำนวนมากกว่าที่แบบจำลองซึ่งอิง IMF แบบทางช้างเผือกคาดไว้ ดาวฤกษ์เหล่านี้เป็นหนึ่งในแหล่งที่อาจมีระบบดาวเคราะห์ได้ จึงอาจทำให้จำนวนระบบดาวเคราะห์ที่ก่อตัวขึ้นในยุคแรกมีค่าประเมินสูงขึ้นด้วย แต่การศึกษานี้ยังไม่ได้วัดอัตราการเกิดดาวเคราะห์โดยตรง

ขั้นต่อไปของทีมวิจัยคือการนำวิธีวิเคราะห์สเปกตรัมอินฟราเรดเชิงลึกและครอบคลุมช่วงคลื่นกว้างแบบเดียวกันไปใช้กับกาแล็กซีที่อยู่ไกลออกไปเรื่อย ๆ จนเข้าใกล้ยุคของดาวฤกษ์รุ่นแรก เพื่อทดสอบว่าดาวมวลต่ำจำนวนมากเป็นลักษณะทั่วไปของกาแล็กซียุคแรกจริงหรือไม่