ดาราจักร
ดาราจักร หรือ กาแล็กซี (อังกฤษ: galaxy) เป็นกลุ่มของดาวฤกษ์นับล้านดวง กับสสารระหว่างดาวอันประกอบด้วยแก๊ส ฝุ่น และสสารมืด[1][2] รวมอยู่ด้วยกันด้วยแรงโน้มถ่วง คำนี้มีที่มาจากภาษากรีกว่า galaxias [γαλαξίας] หมายถึง “น้ำนม” ซึ่งสื่อโดยตรงถึงดาราจักรทางช้างเผือก (Milky Way)
ดาราจักรโดยทั่วไปมีขนาดน้อยใหญ่ต่างกัน นับแต่ดาราจักรแคระที่มีดาวฤกษ์ประมาณสิบล้านดวง[3] ไปจนถึงดาราจักรขนาดยักษ์ที่มีดาวฤกษ์นับถึงล้านล้านดวง[4] โคจรรอบศูนย์กลางมวลจุดเดียวกัน ในดาราจักรหนึ่ง ๆ ยังประกอบไปด้วยระบบดาวหลายดวง กระจุกดาวจำนวนมาก และเมฆระหว่างดาวหลายประเภท ดวงอาทิตย์ของเราเป็นหนึ่งในบรรดาดาวฤกษ์ในดาราจักรทางช้างเผือก เป็นศูนย์กลางของระบบสุริยะซึ่งมีโลกและวัตถุอื่น ๆ โคจรโดยรอบ
ในอดีตมีการแบ่งดาราจักรเป็นชนิดต่าง ๆ โดยจำแนกจากลักษณะที่มองเห็นด้วยตา รูปแบบที่พบโดยทั่วไปคือดาราจักรรี (elliptical galaxy)[5] ซึ่งปรากฏให้เห็นเป็นรูปทรงรี ดาราจักรชนิดก้นหอย (spiral galaxy) เป็นดาราจักรรูปร่างแบนเหมือนจาน ภายในมีแขนฝุ่นเป็นวงโค้ง ดาราจักรที่มีรูปร่างไม่แน่นอนหรือแปลกประหลาดเรียกว่าดาราจักรแปลก (peculiar galaxy) ซึ่งมักเกิดจากการถูกรบกวนด้วยแรงโน้มถ่วงของดาราจักรข้างเคียง อันตรกิริยาระหว่างดาราจักรในลักษณะนี้อาจส่งผลให้ดาราจักรมารวมตัวกัน และทำให้เกิดสภาวะที่ดาวฤกษ์มาจับกลุ่มกันมากขึ้นและกลายสภาพเป็นดาราจักรที่สร้างดาวฤกษ์ใหม่อย่างบ้าคลั่ง เรียกว่าดาราจักรชนิดดาวกระจาย (starburst galaxy) นอกจากนี้ดาราจักรขนาดเล็กที่ปราศจากโครงสร้างอันเชื่อมโยงกันก็มักถูกเรียกว่าดาราจักรไร้รูปแบบ (irregular galaxy)[6]
เชื่อกันว่าในเอกภพที่สังเกตได้มีดาราจักรอยู่ประมาณหนึ่งแสนล้านแห่ง[7] ดาราจักรส่วนใหญ่มีเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 1,000 ถึง 100,000 พาร์เซก[4] และแยกห่างจากกันและกันนับล้านพาร์เซก (หรือเมกะพาร์เซก)[8] ช่องว่างระหว่างดาราจักรประกอบด้วยแก๊สเบาบางที่มีความหนาแน่นเฉลี่ยต่ำกว่า 1 อะตอมต่อลูกบาศก์เมตร ดาราจักรส่วนใหญ่จะจับกลุ่มเรียกว่ากระจุกดาราจักร (cluster) ในบางครั้งกลุ่มของดาราจักรนี้อาจมีขนาดใหญ่มาก เรียกว่ากลุ่มกระจุกดาราจักร (supercluster) โครงสร้างขนาดมหึมาขึ้นไปกว่านั้นเป็นกลุ่มดาราจักรที่โยงใยถึงกันเรียกว่า ใยเอกภพ (filament) ซึ่งกระจายอยู่ครอบคลุมเนื้อที่อันกว้างใหญ่ไพศาลของเอกภพ[9]
แม้จะยังไม่เป็นที่เข้าใจนัก แต่ดูเหมือนว่าสสารมืดจะเป็นองค์ประกอบกว่า 90% ของมวลในดาราจักรส่วนใหญ่ ข้อมูลจากการสังเกตการณ์พบว่าหลุมดำมวลยวดยิ่งอาจอยู่ที่บริเวณใจกลางของดาราจักรจำนวนมาก แม้จะไม่ใช่ทั้งหมด มีข้อเสนอว่ามันอาจเป็นสาเหตุเริ่มต้นของนิวเคลียสดาราจักรกัมมันต์ (active galactic nucleus: AGN) ซึ่งพบที่บริเวณแกนกลางของดาราจักร ดาราจักรทางช้างเผือกเองก็มีหลุมดำเช่นว่านี้อยู่ที่นิวเคลียสด้วยอย่างน้อยหนึ่งหลุม
คำว่า กาแล็กซี มาจากคำศัพท์ในภาษากรีกที่ใช้เรียกดาราจักรของเรา คือ galaxias (γαλαξίας) หรือ kyklos galaktikos ซึ่งมีความหมายว่า “วงกลมน้ำนม” อันเนื่องมาจากลักษณะที่ปรากฏบนท้องฟ้า ในตำนานเทพปกรณัมกรีก เทพซุสมีบุตรคนหนึ่งกับสตรีชาวมนุษย์ คือ เฮราคลีส พระองค์วางบุตรผู้เป็นทารกบนทรวงอกของเทพีเฮราขณะที่นางหลับ เพื่อให้ทารกได้ดื่มน้ำนมของนางและจะได้เป็นอมตะ เมื่อเฮราตื่นขึ้นและพบว่าทารกแปลกหน้ากำลังดื่มนมจากอกนาง ก็ผลักทารกนั้นออกไป สายน้ำนมกระเซ็นออกไปบนฟากฟ้ายามราตรี เกิดเป็นแถบแสงจางๆ ซึ่งเป็นที่รู้จักกันว่า “ทางน้ำนม” (Milky Way; ไทยเรียก “ทางช้างเผือก”)[11]
ในบทความทางด้านดาราศาสตร์ คำว่า galaxy ที่ขึ้นต้นด้วยอักษรตัวใหญ่ (‘Galaxy’) จะใช้ในความหมายที่เฉพาะเจาะจงว่าหมายถึงดาราจักรทางช้างเผือกของเรา เพื่อให้แตกต่างจากดาราจักรอื่น
คำว่า “ทางน้ำนม” (Milky Way) ปรากฏครั้งแรกในวรรณกรรมภาษาอังกฤษ ในบทกวีของชอเซอร์ [12] ดังนี้
See yonder, lo, the Galaxyë
Which men clepeth the Milky Wey,
For hit is whyt.
— เจฟฟรีย์ ชอเซอร์, The House of Fame, ค.ศ. 1380
เมื่อวิลเลียม เฮอร์เชล ได้จัดทำรายการวัตถุท้องฟ้า เขาเรียกวัตถุแบบดาราจักร เช่น ดาราจักร M31 ว่า “spiral nebula” ในเวลาต่อมาจึงพบว่าวัตถุนั้นเป็นการรวมกลุ่มอย่างหนาแน่นของดาวฤกษ์จำนวนมาก และได้ทราบระยะห่างอย่างแท้จริง มันจึงถูกเรียกว่า island universes อย่างไรก็ดี คำว่า universe เป็นที่เข้าใจกันว่าหมายถึงห้วงอวกาศโดยรวมทั้งหมด ดังนั้นคำนี้จึงไม่ได้ใช้เรียกขานอีก ภายหลังวัตถุจำพวกดาราจักรจึงถูกเรียกว่า galaxy[13]
ประวัติการสังเกตการณ์
การค้นพบว่าเราอาศัยอยู่ในดาราจักร และความจริงที่ว่ามีดาราจักรอยู่เป็นจำนวนมากมาย เกิดขึ้นพร้อมๆ กันกับการพบข้อเท็จจริงของทางช้างเผือก และเนบิวลาต่างๆ ที่อยู่บนท้องฟ้า
ทางช้างเผือก
นักปรัชญาชาวกรีกชื่อ ดีโมครีตัส (450-370 ปีก่อนคริสตกาล) เสนอว่าแถบสว่างบนฟากฟ้ายามราตรีที่รู้จักกันในชื่อ ทางช้างเผือก อาจจะประกอบด้วยดวงดาวที่อยู่ไกลออกไป[14] นักดาราศาสตร์ชาวเปอร์เซียชื่อ อาบู รายาน อัล-บิรูนิ (Abū Rayhān al-Bīrūnī) (ค.ศ. 973-1048) ก็คิดว่าดาราจักรทางช้างเผือกเป็นที่รวมดาวฤกษ์มากมายเหมือนกลุ่มเมฆอันไม่อาจนับได้[15] การพิสูจน์ทฤษฎีนี้เกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1610 เมื่อ กาลิเลโอ กาลิเลอี ศึกษาดาราจักรทางช้างเผือกผ่านกล้องโทรทรรศน์ และค้นพบว่ามันประกอบด้วยดาวจาง ๆ จำนวนมาก[16] หนังสือเล่มหนึ่งในปี ค.ศ. 1755 อิมมานูเอล คานท์ วาดภาพดาราจักรจากผลงานก่อนหน้าของโทมัส ไรท์ โดยจินตนาการ (ได้ตรงเผง) ว่าดาราจักรน่าจะเป็นโครงสร้างหมุนวนที่ประกอบด้วยดาวฤกษ์จำนวนมากซึ่งดึงดูดกันและกันไว้ด้วยแรงโน้มถ่วง คล้ายคลึงกับระบบสุริยะ แต่ในระดับที่ใหญ่กว่ามาก เรามองเห็นแผ่นจานของดาวฤกษ์เหล่านั้นเป็นแถบอยู่บนท้องฟ้าได้เนื่องจากมุมมองของเราที่อยู่ภายในจานนั่นเอง คานท์ยังคิดไปอีกว่า เนบิวลาสว่างบางแห่งที่ปรากฏบนฟ้ายามค่ำคืนอาจเป็นดาราจักรอื่นที่แยกจากเราก็ได้[17]
แผนภาพดาราจักรทางช้างเผือกสร้างจากการเฝ้านับดวงดาวของ วิลเลียม เฮอร์เชล ในปี ค.ศ. 1785 โดยใช้สมมุติฐานว่าระบบสุริยะอยู่ใกล้ศูนย์กลาง
ความพยายามครั้งแรกที่จะบรรยายรูปร่างของทางช้างเผือกและตำแหน่งของดวงอาทิตย์ในดาราจักรนั้นเริ่มต้นขึ้นในปี ค.ศ. 1785 เมื่อ วิลเลียม เฮอร์เชล เฝ้านับดวงดาวบนท้องฟ้าส่วนต่างๆ อย่างละเอียด เขาสร้างแผนภาพของดาราจักรขึ้นโดยสมมุติว่าระบบสุริยะอยู่ใกล้กับศูนย์กลาง[18][19] จากจุดเริ่มต้นที่ละเอียดละออนี้ แคปทีย์น สามารถสร้างภาพวาดดาราจักรทรงรีขนาดเล็ก (เส้นผ่านศูนย์กลางราว 15 กิโลพาร์เซก) โดยมีดวงอาทิตย์อยู่ใกล้ศูนย์กลางได้ในปี ค.ศ. 1920 ต่อมา ฮาร์โลว์ แชปลีย์ ใช้วิธีการที่แตกต่างออกไปโดยอ้างอิงจากการจัดทำบัญชีกระจุกดาวทรงกลม สร้างเป็นภาพที่แตกต่างไปอย่างสิ้นเชิง คือแผ่นจานแบนมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 70 กิโลพาร์เซก ส่วนดวงอาทิตย์อยู่ห่างจากจุดศูนย์กลางมาก[17] การวิเคราะห์ทั้งสองรูปแบบนี้ไม่สามารถอธิบายการดูดกลืนแสงโดยฝุ่นระหว่างดาวซึ่งปรากฏในระนาบดาราจักรได้ แต่หลังจากที่โรเบิร์ต จูเลียส ทรัมเพลอร์ สามารถระบุปริมาณของปรากฏการณ์นี้ได้ในปี ค.ศ. 1930 โดยการศึกษากระจุกดาวเปิด ภาพปัจจุบันของดาราจักรทางช้างเผือกของเราก็เป็นรูปเป็นร่างขึ้น
