ดาราจักรทางช้างเผือกมีรูปทรงอย่างไร

กาแล็กซี (Galaxy) หรือ ดาราจักร หมายถึง อาณาจักรของดาว กาแล็กซีหนึ่งๆ ประกอบด้วยก๊าซ ฝุ่น และดาวฤกษ์หลายพันล้านดวง กาแล็กซีมีขนาดใหญ่หมื่นล้านถึงแสนล้านปีแสง “ทางช้างเผือก” เป็นกาแล็กซีของเรามีขนาดประมาณหนึ่งแสนปีแสง เนื่องจากโลกของเราอยู่ภายในทางช้างเผือก การศึกษาโครงสร้างของทางช้างเผือก จำต้องศึกษาจากภายในออกมา การศึกษากาแล็กซีอื่นๆ จึงช่วยให้เราเข้าใจกาแล็กซีของตัวเองมากขึ้น

แต่โบราณมนุษย์เข้าใจว่า ทางช้างเผือกเป็นปรากฏการณ์ภายในบรรยากาศโลกเช่นเดียวกับเมฆ หมอก รุ้งกินน้ำ จนกระทั่งคริสต์ศตวรรษที่ 18 ได้มีการสร้างกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่จึงทราบว่า ทางช้างเผือกประกอบด้วยดวงดาวมากมาย เซอร์ วิลเลียม เฮอร์เชล (ผู้ค้นพบดาวยูเรนัส) ทำการสำรวจความหนาแน่นของดาวบนท้องฟ้าและให้ความเห็นว่า ดวงอาทิตย์อยู่ตรงใจกลางของทางช้างเผือก ศตวรรษต่อมา ฮาร์โลว์ แชพลีย์ ทำการวัดระยะทางของ กระจุกดาวทรงกลมซึ่งห่อหุ้มกาแล็กซี โดยใช้ความสัมพันธ์คาบ-กำลังส่องสว่างของดาวแปรแสงแบบ RR Lyrae ที่อยู่ในกระจุกดาวทรงกลมทั้งหลาย เขาพบว่ากระจุกดาวเหล่านี้อยู่ห่างจากโลกนับหมื่นปีแสง รอบล้อมส่วนป่องของกาแล็กซี ดังนั้นดวงอาทิตย์ไม่น่าจะอยู่ตรงใจกลางของทางช้างเผือก

นักวิทยาศาสตร์ได้จาแนกกาแล็กซี่ออกเป็น 4 ประเภท ตามลักษณะรูปร่าง ดังนี้

1. กาแล็กซี่กลมรี ( Elliptical Galaxy ) มีรูปร่างกลมรี ซึ่ง บางกาแล็กซี่อาจกลมมาก บางกาแล็กซี่อาจรีมาก นักดาราศาสตร์ให้ ความเห็นว่า กาแล็กซี่ประเภทนี้จะมีรูปร่างกลมรีมากน้อยเพียงใดนั่น ขึ้นอยู่กับอัตราการหมุนของกาแล็กซี่ ถ้าหมุนเร็วกาแล็กซี่จะมีรูปร่าง ยาวรีมาก

2. กาแล็กซี่ก้นหอย ( Spiral Galaxy ) มีรูปร่างแบบก้นหอย มีแขนโค้งเหมือนลายก้นหอยหรือกังหัน บางทีจึงเรียกว่า กาแล็กซี่ กังหัน ตัวอย่างเช่น กาแล็กซี่ทางช้างเผือก กาแล็กซี่แอนโดรเมดา กา แล็กซี่ส่วนใหญ่ที่พบในเอกภพจะเป็นกาแล็กซี่ประเภทนี้

3. กาแล็กซี่ก้นหอยคาน (Barred Spiral Galaxy) มีลักษณะ คล้ายคลึงกับกาแล็กซี่ก้นหอย แต่ตรงกลางมีลักษณะเป็นคาน และมี แขนแบบกาแล็กซี่ก้นหอยต่อออกมาจาก ปลายคานทั้งสองหรือเรียก อีกชื่อว่า กาแล็กซี่กังหันแบบมีแกน มีอัตราหมุนรอบตัวเองเร็วกว่า กาแล็กซี่ทุกประเภท

4. กาแล็กซี่ไร้รูปร่าง (Irregular Galaxy) เป็นกาแล็กซี่ที่มี รูปร่างลักษณะต่างออกไปจากกาแล็กซี่ทั้ง 3 ประเภทที่กล่าวมาแล้ว เป็นกาแล็กซี่ส่วนน้อย มีรูปร่างที่ไม่แน่นอน หรือเรียกว่า กาแล็กซี่อ สัณฐาน มักจะเป็นกาแล็กซี่ขนาดเล็ก เช่น กาแล็กซี่แมกเจลแลนใหญ่ และกาแล็กซี่แมกเจลแลนเล็ก

แผนที่สามมิติล่าสุดของกาแล็กซีทางช้างเผือก ซึ่งมีความแม่นยำมากที่สุดในบรรดาแผนที่ของดาราจักรแห่งนี้ที่เคยจัดทำมา เผยให้เห็นว่ากาแล็กซีที่เราอาศัยอยู่นั้น ไม่ได้มีรูปทรงเป็นจานแบนเรียบเหมือนขนมแพนเค้กตามที่เคยเข้าใจกัน แต่มีสภาพโค้งงอบิดเบี้ยวที่บริเวณแถบริมขอบ จนดูคล้ายกับตัวอักษรเอส (S) ที่ถูกยืดให้ขยายตัวออก

ทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติจากมหาวิทยาลัยแม็กควอรีของออสเตรเลีย และหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์แห่งชาติของสถาบันวิทยาศาสตร์จีน (NAOC) ร่วมกันตีพิมพ์เผยแพร่แผนที่สามมิติฉบับดังกล่าวในวารสาร Nature Astronomy โดยชี้ว่าขอบนอกของกาแล็กซีทางช้างเผือกบิดงอและโค้งมากขึ้นเรื่อย ๆ ซึ่งน่าจะเป็นผลมาจากแรงเหวี่ยงมหาศาลของส่วนจานหมุนด้านในที่ใจกลางดาราจักร

อันที่จริงแล้ว การจะล่วงรู้ถึงรูปทรงที่แท้จริงของกาแล็กซีที่เราอาศัยอยู่ไม่ใช่เรื่องง่าย ทีมนักวิทยาศาสตร์ผู้จัดทำแผนที่ฉบับล่าสุดบอกว่า เปรียบเสมือนคนที่อยู่ในเรือดำน้ำลำหนึ่งต้องการจะทราบถึงรูปทรงของมหาสมุทรอันกว้างใหญ่ที่ล้อมรอบตนเองอยู่ ซึ่งถือว่าเป็นเรื่องยากพอกับการพยายามวัดระยะทางจากดวงอาทิตย์ออกไปยังขอบนอกของดาราจักรในหลายตำแหน่ง เพื่อให้ทราบถึงรูปร่างของกาแล็กซีทางช้างเผือกที่ถูกต้อง

อย่างไรก็ตาม ทีมผู้วิจัยได้ใช้วิธีวัดระยะทางจากโลกไปยังดาวแปรแสงเซฟีด (Cepheid variable ) กว่า 1,300 ดวงทั่วกาแล็กซีทางช้างเผือก แล้วนำข้อมูลที่ได้มาสร้างเป็นแบบจำลองรูปทรงของดาราจักรขึ้น โดยดาวแปรแสงเซฟีดที่สว่างจ้ากว่าดวงอาทิตย์นับแสนเท่านั้นเป็นเสมือนเทียนมาตรฐาน (Standard candle) หรือประภาคารของจักรวาล โดยนักดาราศาสตร์ใช้ความสว่างและการกระพริบแสงในความถี่ที่แน่นอนของมันเป็นหลักเทียบวัด เพื่อคำนวณหาระยะทางในห้วงอวกาศได้อย่างแม่นยำ

ที่มาของภาพ, NASA/ESA/STSCI

คำบรรยายภาพ,

ดาวแปรแสงเซฟีดเป็นเสมือนเทียนมาตรฐาน (Standard candle) ของจักรวาล โดยใช้ความสว่างของมันเป็นหลักวัดระยะทางในห้วงอวกาศได้แม่นยำ

ส่วนข้อมูลการวัดระยะทางในห้วงอวกาศครั้งนี้มีความแม่นยำถึง 95% ซึ่งสูงกว่าในอดีต เนื่องจากใช้ข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศความยาวคลื่นอินฟราเรด WISE ขององค์การนาซา โดยรังสีอินฟราเรดจะช่วยขจัดการบดบังแสงดาวของกลุ่มฝุ่นและก๊าซในห้วงอวกาศลงได้มาก

ดร.ริชาร์ด เดอ กริจส์ นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ซึ่งเป็นหนึ่งในทีมผู้วิจัยบอกว่า "การที่ดาราจักรรูปเกลียวเกิดการบิดเบี้ยวที่ขอบนอกนั้นผิดปกติอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของกาแล็กซีทางช้างเผือก ซึ่งขอบนอกที่โค้งงอมีกลุ่มก๊าซของอะตอมไฮโดรเจนและมีดาวฤกษ์เกิดใหม่รวมอยู่ด้วย"

"เรื่องนี้แสดงถึงการมีกลไกหรือพลวัตรบางอย่างซ่อนเร้นอยู่ ซึ่งเป็นสาเหตุทำให้เกิดความผิดปกตินี้ขึ้น และอาจเกี่ยวข้องกับการกระจายตัวของสสารมืดก็เป็นได้"

กาแล็กซีทางช้างเผือกมีลักษณะรูปร่างดังภาพใด

โครงสร้างของกาแล็กซี ทางช้างเผือก ประกอบด้วย ส่วน ใด บาง

นักวิทยาศาสตร์ทราบได้อย่างไรว่ากาแล็กซีทางช้างเผือกเป็นกาแล็กซี่ที่มีรูปร่างแบบใด

ดาราจักรมีรูปร่างอะไรบ้าง