กาแล็กซี่ทางช้างเผือกประกอบด้วยอะไรบ้าง

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

ประกอบด้วยแขนของกาแล็กซี มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 100,000 ปีแสง ความหนา 1,000 – 2,000 ปีแสง มีดาวฤกษ์ประมาณ 400,000 ล้านดวง องค์ประกอบหลักเป็นฝุ่น แก๊สและประชากรดาวประเภทหนึ่ง (Population I) ซึ่งมีสเปคตรัมของโลหะอยู่มาก

ส่วนโป่ง (Bulge)

คือบริเวณใจกลางของกาแล็กซี มีขนาดประมาณ 6,000 ปีแสง มีฝุ่นและแก๊สเพียงเล็กน้อย องค์ประกอบหลักเป็นประชากรดาวประเภทหนึ่งที่เก่าแก่ และประชากรดาวประเภทสอง (Population II) ซึ่งเป็นดาวเก่าแก่แต่มีโลหะเพียงเล็กน้อย

เฮโล (Halo)

อยู่ล้อมรอบส่วนโป่งของกาแล็กซี มีองค์ประกอบหลักเป็น “กระจุกดาวทรงกลม” (Global Cluster) ดังในภาพที่ 4 อยู่เป็นจำนวนมาก กระจุกดาวทรงกลมแต่ละกระจุกประกอบด้วยดาวฤกษ์นับล้านดวง ซึ่งล้วนเป็นประชากรดาวประเภทสองซึ่งมีอายุมาก นักดาราศาสตร์สันนิษฐานว่า กระจุกดาวทรงกลมเป็นโครงสร้างเก่าแก่ของกาแล็กซี โคจรขึ้นลงผ่านส่วนโป่งของกาแล็กซี

กาแล็กซีทางช้างเผือก (Milky Way) เป็นกาแล็กซีที่พวกเราอาศัยอยู่ แต่เนื่องจากดวงอาทิตย์ก็อยู่ภายในกาแล็กซี่แห่งนี้ เราจึงไม่สามารถมองเห็นได้ว่ากาแล็กซีทางช้างเผือกมีรูปร่างเป็นอย่างไร สิ่งที่เราเห็นได้คือแถบขาวจางๆที่เหยียดตัวพาดผ่านท้องฟ้ายามค่ำคืน ชื่อ Milky Way มาจากคำว่า Via Lactea ในภาษาละติน ซึ่งแปลตรงตัวว่า “ทางน้ำนม” เมื่อเราสำรวจแถบนี้อย่างละเอียดแล้ว จะพบว่าแถบทางช้างเผือกประกอบไปด้วยดาวฤกษ์ที่อยู่ห่างไกลนับพันล้านดวง แต่แสงจากดาวฤกษ์เหล่านี้ส่วนใหญ่ ถูกลดทอนด้วยฝุ่นแก๊สที่อยู่ในระนาบของกาแล็กซี

ผลจากการสังเกตการณ์บ่งชี้ว่ากาแล็กซีทางช้างเผือกเป็นกาแล็กซีแบบกังหันมีคาน ที่มีดาวฤกษ์อยู่อย่างน้อย 2 แสนล้านดวง มีเส้นผ่านศูนย์กลางราว 100,000 ปีแสง และมีความหนาเฉลี่ยประมาณ 1,000 ปีแสง ดวงอาทิตย์จะอยู่ในบริเวณค่อนข้างมืดมิด (มีดาวฤกษ์ค่อนข้างน้อย) ที่อยู่ห่างออกไปจากใจกลางกาแล็กซีไปราว 2/3 ของขนาดรัศมีกาแล็กซี

ระนาบของกาแล็กซีทางช้างเผือกเอียงทำมุมราว 60 องศาจากระนาบสุริยวิถี (ระนาบของระบบสุริยะ) ซึ่งใจกลางของกาแล็กซีทางช้างเผือกจะปรากฏอยู่ในทิศทางของกลุ่มดาวคนยิงธนู

ดวงอาทิตย์โคจรรอบใจกลางทางช้างเผือก เช่นเดียวกับโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ โดยอัตราเร็วในการโคจรของดวงอาทิตย์อยู่ที่ประมาณ 220 กิโลเมตร/วินาที อย่างไรก็ตาม เนื่องจากวงโคจรของดวงอาทิตย์รอบใจกลางทางช้างเผือกเป็นระยะทางที่ยาวมาก ดวงอาทิตย์จึงต้องใช้เวลาถึง 225 ล้านปีในการโคจรครบรอบ

– กาแล็กซีทางช้างเผือก (Milky Way Galaxy) คือ กาแล็กซีที่ระบบสุริยะของเราอาศัยอยู่ จัดเป็นกาแล็กซีประเภทกังหันมีคาน (Barred Spiral Galaxy) ประกอบไปด้วยดาวฤกษ์สมาชิกกว่า 200,000 ล้านดวง มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 100,000 ปีแสง ดาวฤกษ์และวัตถุต่าง ๆ ส่วนใหญ่จะกระจายตัวตามระนาบของกาแล็กซี มีความหนาเฉลี่ยประมาณ 2,000 ปีแสง

2. ดวงอาทิตย์กำลังโคจรรอบใจกลางทางช้างเผือกด้วยอัตราเร็ว 282,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง !

– ระบบสุริยะของเราที่มีดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลาง พร้อมกับดาวเคราะห์และวัตถุขนาดเล็กอื่น ๆ กำลังเคลื่อนที่โคจรรอบศูนย์กลางทางช้างเผือกด้วยอัตราเร็ว 282,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง และจะใช้เวลาโคจรรอบทางช้างเผือกครบหนึ่งรอบ ประมาณ 230 ล้านปี

3. เราอยู่ในทางช้างเผือก แล้วเรามองเห็นทางช้างเผือกได้ยังไง ?

– นั่นเป็นเพราะว่า ระบบสุริยะของเราอยู่บริเวณแขนของทางช้างเผือก ห่างออกมาจากใจกลางกาแล็กซีประมาณ 25,800 ปีแสง เราจึงสามารถมองออกไปเห็นส่วนต่าง ๆ ภายในกาแล็กซีของเราได้ และเป็นมุมมองจากด้านข้างของทางช้างเผือก ปรากฏเป็นแนวยาวพาดผ่านบนท้องฟ้าจากทิศเหนือจรดทิศใต้ โดยบริเวณที่มีดาวฤกษ์หนาแน่นมากที่สุดจะเป็นบริเวณใกล้กับใจกลางทางช้างเผือกนั่นเอง

4. ดาวทุกดวงที่เห็นบนท้องฟ้า อยู่ในทางช้างเผือกทั้งหมด

– ท้องฟ้าตอนกลางคืนนั้น นอกจากจะเต็มไปด้วยดาวฤกษ์ที่เรียงตัวกันเป็นกลุ่มดาวต่าง ๆ แล้ว ยังมีวัตถุในห้วงอวกาศลึกที่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าด้วย เช่น กาแล็กซีแอนโดรเมดา (Andromeda Galaxy) เป็นกาแล็กซีขนาดใหญ่ที่อยู่ใกล้เรามากที่สุด เราสามารถมองเห็นกาแล็กซีนี้ได้ด้วยตาเปล่าหากท้องฟ้ามืดมิดมากพอ แต่จะมองเห็นเป็นแค่ฝ้าจาง ๆ บนท้องฟ้าเพียงเท่านั้น เราไม่สามารถมองเห็นดาวฤกษ์เดี่ยว ๆ ภายในกาแล็กซีแอนโดรเมดาได้เลย ดังนั้น จึงเป็นไปไม่ได้เลยที่เราจะมองเห็นดาวฤกษ์ดวงอื่นนอกทางช้างเผือกได้ ดาวทุกดวงที่เรามองเห็นบนท้องฟ้าตอนกลางคืน จึงเป็นดาวที่อยู่ภายในกาแล็กซีทางช้างเผือกของเราทั้งสิ้น

* กาแล็กซีแอนโดรเมดา (Andromeda Galaxy) อยู่ห่างออกไปจากโลก 2.5 ล้านปีแสง จัดเป็นวัตถุที่ไกลที่สุดที่มนุษย์สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า

5. “ใจกลางทางช้างเผือก” ตำแหน่งที่ท้องฟ้างดงามอลังการที่สุด

– ทางช้างเผือกที่เรามองเห็นบนท้องฟ้า จะมีลักษณะเป็นแนวยาวพาดผ่านจากทิศเหนือจรดทิศใต้ แต่ละตำแหน่งจะมีดาวฤกษ์กระจายตัวหนาแน่นไม่เท่ากัน โดยที่ใจกลางทางช้างเผือกจะมีดาวฤกษ์และวัตถุท้องฟ้าอยู่หนาแน่นมากที่สุด อยู่ระหว่างกลุ่มดาวแมงป่องและกลุ่มดาวคนยิงธนู สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่าเป็นแนวเมฆสว่างสลับกับแนวทึบแสงที่เป็นกลุ่มฝุ่นหนาทึบภายในทางช้างเผือก หากใช้กล้องสองตาส่องกราดบริเวณนี้ จะเห็นดาวฤกษ์ระยิบระยับราวกับเม็ดทราย อีกทั้งยังมีวัตถุในห้วงอวกาศลึกอยู่หนาแน่น เช่น เนบิวลา และกระจุกดาวต่าง ๆ

 

 

6. ภายใต้ความงดงาม มี “หลุมดำยักษ์” ซ่อนอยู่ที่ใจกลางทางช้างเผือก

– ที่บริเวณใจกลางทางช้างเผือก มีดาวฤกษ์กำลังเคลื่อนที่โคจรรอบอะไรบางอย่างที่ไม่สามารถมองเห็นได้ในช่วงคลื่นที่ตามองเห็น นักดาราศาสตร์เก็บข้อมูลดาวฤกษ์เหล่านี้เป็นเวลากว่า 10 ปี และพบว่า วัตถุที่ดาวฤกษ์กำลังโคจรรอบนั้น มีมวลเท่ากับ 4 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ ! แต่มีขนาดเล็กเพียงเท่ากับระบบสุริยะของเราเท่านั้น ! นี่เป็นหลักฐานชิ้นสำคัญที่บ่งบอกว่า มีหลุมดำมวลยวดยิ่ง (Supermassive Black Hole) อยู่ที่ใจกลางทางช้างเผือกจริง ๆ ซึ่งนักดาราศาสตร์ตั้งชื่อว่า Sagittarius A* (ซาจิทาเรียส เอ สตาร์)

7. WiFi ที่เราใช้อยู่ทุกวันนี้ เริ่มต้นจากการค้นหาหลุมดำในทางช้างเผือก

– ย้อนกลับไปในช่วงคริสต์ทศวรรษที่ 1970 John O’Sullivan วิศวกรชาวออสเตรเลีย ทำงานร่วมกับนักดาราศาสตร์เพื่อค้นหาหลุมดำขนาดเล็กตามที่ Stephen Hawking นักฟิสิกส์ชื่อดังชาวอังกฤษเคยทำนายไว้ ซึ่งยากที่จะตรวจจับได้ John O’Sullivan จำเป็นจะต้องพัฒนาเทคนิคการประมวลผลข้อมูลใหม่ให้สามารถแยกข้อมูลคลื่นวิทยุของหลุมดำ ออกจากคลื่นวิทยุพื้นหลังที่ไม่ต้องการ

สุดท้ายแล้ว แม้เขาและทีมจะไม่ได้ค้นพบหลุมดำขนาดเล็กตามที่คาดหวังไว้ แต่วิธีการประมวลผลข้อมูลที่คิดค้นขึ้นใหม่นี้ กลายมาเป็นเครื่องมือสำคัญที่ John O’Sullivan ใช้ในการแก้ปัญหาสัญญาณเชื่อมต่อระหว่างคอมพิวเตอร์แบบไร้สาย ซึ่งเป็นหัวใจสำคัญและจุดเริ่มต้นของเทคโนโลยี WiFi ที่เราใช้กันอยู่ทุกวันนี้ และเทคโนโลยีนี้ก็ได้สร้างรายได้เข้าสู่ประเทศออสเตรเลียหลายล้านดอลลาร์เลยทีเดียว

8. แล้วมีอะไรที่ใหญ่กว่าทางช้างเผือกอีกมั้ย

– กาแล็กซีทางช้างเผือกเป็นสมาชิกของกลุ่มกาแล็กซี เรียกว่า กลุ่มกาแล็กซีท้องถิ่น หรือ “Local Group” กินอาณาบริเวณกว่า 10 ล้านปีแสง ประกอบด้วยกาแล็กซีสมาชิกมากกว่า 80 กาแล็กซี มีสมาชิกที่มีขนาดใหญ่ที่สุด 3 อันดับแรก ได้แก่ กาแล็กซีแอนโดรเมดา (Andromeda Galaxy) กาแล็กซีทางช้างเผือก (Milky Way Galaxy) และกาแล็กซีสามเหลี่ยม (Triangulum Galaxy) ตามลำดับ และยังมีระบบที่ใหญ่กว่า Local Group อีกนั่นคือ กระจุกกาแล็กซีหญิงสาว (Virgo Supercluster)

Galaxy ทางช้างเผือกประกอบด้วยอะไรบ้าง

กาแล็กซี่ทางช้างเผือกมีรูปร่างแบบใด

Milky Way Galaxy มีรูปร่างเป็นแบบใด

กาแล็กซีทางช้างเผือกมีดาวอะไรบ้าง