ประมาณ 400 ล้านปีหลังจากการกำเนิดของจักรวาลของเรา ดาวดวงแรกเริ่มก่อตัวขึ้น ยุคมืดที่เรียกว่ายุคมืดของจักรวาลสิ้นสุดลงและยุคใหม่ที่เต็มไปด้วยแสงก็เริ่มต้นขึ้น กาแล็กซีต่างๆ เริ่มเป็นรูปเป็นร่างและทำหน้าที่เป็นโรงงานสำหรับการผลิตดาวดวงใหม่ ซึ่งเป็นกระบวนการที่ถึงจุดสูงสุดประมาณ 4 พันล้านปีหลังจากบิกแบง
โชคดีสำหรับนักดาราศาสตร์สามารถสังเกตยุคอดีตนี้ได้ แสงที่อยู่ห่างไกลต้องใช้เวลาในการเข้าถึงเรา และกล้องโทรทรรศน์ของเราสามารถรับแสงที่ปล่อยออกมาจากกาแล็กซีและดวงดาวเมื่อหลายพันล้านปีก่อน (จักรวาลของเรามีอายุ 13.8 พันล้านปี) แต่รายละเอียดของบทนี้ในประวัติศาสตร์จักรวาลของเรานั้นมืดมน เนื่องจากดาวฤกษ์ส่วนใหญ่ก่อตัวขึ้นเป็นลมและบดบังด้วยฝุ่นผง
โครงการ Caltech ใหม่ที่เรียกว่า COMAP (CO Mapping Array Project) จะช่วยให้เรามองเห็นภาพรวมของกาแล็กซีในยุคนี้ ซึ่งจะช่วยตอบคำถามเกี่ยวกับสาเหตุที่ทำให้เอกภพมีการผลิตดาวฤกษ์เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว
Kieran Cleary ผู้ตรวจสอบหลักของโครงการและรองผู้อำนวยการหอดูดาว Owens Valley Radio Observatory (OVRO) ของ Caltech กล่าวว่า “เครื่องมือส่วนใหญ่อาจมองเห็นส่วนปลายของภูเขาน้ำแข็ง “แต่ COMAP จะมองเห็นสิ่งที่อยู่ข้างใต้ ซ่อนให้พ้นสายตา”
ขั้นตอนปัจจุบันของโครงการใช้ จานวิทยุ “เลห์ตัน” ขนาด 10.4 เมตร ที่ OVRO เพื่อศึกษาประเภทดาราจักรก่อดาวที่พบบ่อยที่สุดที่แผ่กระจายไปทั่วอวกาศและเวลา ซึ่งรวมถึงกาแล็กซีที่มองเห็นได้ยากเกินไปในรูปแบบอื่นเพราะพวกมันเหมือนกัน เลือนลางหรือซ่อนเร้นด้วยฝุ่นผง การสังเกตการณ์ทางวิทยุติดตามวัตถุดิบที่ใช้สร้างดาว: ก๊าซไฮโดรเจนเย็น การระบุก๊าซนี้โดยตรงไม่ใช่เรื่องง่าย ดังนั้น COMAP จะวัดสัญญาณวิทยุที่สว่างจากก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ซึ่งมักปรากฏพร้อมกับไฮโดรเจนเสมอ กล้องวิทยุของ COMAP นั้นทรงพลังที่สุดเท่าที่เคยมีมาเพื่อตรวจจับสัญญาณวิทยุเหล่านี้
ผลงานทางวิทยาศาสตร์ชิ้นแรกจากโครงการนี้เพิ่งได้รับการตีพิมพ์ในบทความ 7 ฉบับใน The Astrophysical Journal จากการสังเกตการณ์ที่ใช้เวลาหนึ่งปีในการสำรวจห้าปีที่วางแผนไว้ COMAP ได้กำหนดขีดจำกัดบนว่าจะต้องมีก๊าซเย็นมากเพียงใดในดาราจักรในยุคที่ทำการศึกษา ซึ่งรวมถึงก๊าซที่ปกติจะจางและมีฝุ่นมากเกินกว่าจะมองเห็น แม้ว่าโครงการจะยังไม่ได้ทำการตรวจจับสัญญาณ CO โดยตรง แต่ผลลัพธ์ในช่วงแรกๆ เหล่านี้แสดงให้เห็นว่ามันอยู่ในเส้นทางที่จะทำเช่นนั้นได้เมื่อสิ้นสุดการสำรวจห้าปีแรก และท้ายที่สุดจะวาดภาพที่ครอบคลุมมากที่สุดในประวัติศาสตร์ของจักรวาล ของการเกิดดาว
“เมื่อมองไปยังอนาคตของโครงการ เราตั้งเป้าที่จะใช้เทคนิคนี้เพื่อย้อนเวลากลับไปในอดีตอย่างต่อเนื่อง” เคลียร์กล่าว “เริ่มต้น 4 พันล้านปีหลังจากบิ๊กแบง เราจะย้อนเวลากลับไปจนกว่าจะถึงยุคของดาวฤกษ์และกาแล็กซี่แรก เมื่อสองสามพันล้านปีก่อน”
แอนโธนี่ เรดเฮด ผู้ร่วมวิจัยหลักและศาสตราจารย์กิตติคุณด้านดาราศาสตร์ของโรบินสัน กล่าวว่า COMAP ไม่เพียงแต่จะได้เห็นดาวฤกษ์และกาแล็กซียุคแรกเท่านั้น แต่ยังเห็นความเสื่อมโทรมของดาวฤกษ์ด้วย “เราจะสังเกตการก่อตัวของดาวที่เพิ่มขึ้นและลดลงเหมือนกระแสน้ำในมหาสมุทร” เขากล่าว
COMAP ทำงานโดยการถ่ายภาพคลื่นวิทยุที่พร่ามัวของกระจุกดาราจักรในช่วงเวลาจักรวาล แทนที่จะเป็นภาพที่คมชัดของดาราจักรแต่ละแห่ง ความพร่ามัวนี้ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถจับแสงวิทยุทั้งหมดที่มาจากแอ่งกาแลคซีขนาดใหญ่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ แม้แต่แสงที่จางที่สุดและฝุ่นผงที่ไม่เคยเห็นมาก่อน
“ด้วยวิธีนี้ เราสามารถค้นหาคุณสมบัติโดยเฉลี่ยของดาราจักรทั่วไปที่มีแสงน้อยโดยไม่จำเป็นต้องรู้อย่างแน่ชัดว่าดาราจักรใดตั้งอยู่ตรงไหน” เคลียร์อธิบาย “สิ่งนี้เหมือนกับการหาอุณหภูมิของน้ำปริมาณมากโดยใช้เทอร์โมมิเตอร์ แทนที่จะวิเคราะห์การเคลื่อนที่ของโมเลกุลของน้ำแต่ละโมเลกุล”
การค้นพบนี้เป็นหัวข้อของ Focus Issue ใน Astrophysical Journalซึ่งมีลิงก์ไปยังเอกสารที่ตีพิมพ์
โครงการนี้ได้รับทุนจากสถาบัน Keck เพื่อการศึกษาอวกาศ (สำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีที่สำคัญในช่วงต้น) และจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (NSF) สำหรับการสร้าง “ผู้เบิกทาง” ระยะเริ่มต้นของโครงการและดำเนินการสำรวจ โครงการนี้เป็นความร่วมมือระหว่าง Caltech; Jet Propulsion Laboratory (JPL) ซึ่งบริหารงานโดย Caltech สำหรับ NASA; มหาวิทยาลัยนิวยอร์ก; มหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน; มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด; Université de Genève; มหาวิทยาลัยออสโล; มหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์; มหาวิทยาลัยแมริแลนด์; มหาวิทยาลัยไมอามี; และมหาวิทยาลัยโตรอนโต (รวมถึงสถาบันดาราศาสตร์ฟิสิกส์เชิงทฤษฎีของแคนาดาและสถาบันดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์ Dunlap)
เขียนโดย
Whitney Clavin
ติดต่อ
Whitney Clavin
(626) 395‑1944
wclavin@caltech.edu
