หน่วยการเรียนรู้ที่ 2

กาแล็กซี

กาแล็กซีทางช้างเผือก (The Milky Way Galaxy) เป็นกาแล็กซีแบบกังหัน มีดาวประมาณแสนล้านดวง มวลรวมประมาณ 9 หมื่นล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์  แบ่งเป็น 3 ส่วน ดังนี้ 

           1. จาน (Disk) ประกอบด้วยแขนของกาแล็กซี มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 100,000 ปีแสง หนาประมาณ 1,000 – 2,000 ปีแสง มีดาวฤกษ์ประมาณ 400,000 ล้านดวง องค์ประกอบหลักเป็นฝุ่น ก๊าซ และประชากรดาวประเภทหนึ่ง (Population I) ซึ่งมีสเปคตรัมของโลหะอยู่มาก  

           2. ส่วนโป่ง (Bulge) คือบริเวณใจกลางของกาแล็กซี มีขนาดประมาณ 6,000 ปีแสง มีฝุ่นและก๊าซเพียงเล็กน้อย องค์ประกอบหลัก เป็นประชากรดาวประเภทหนึ่งที่มีอายุมาก และประชากรดาวประเภทสอง (Population II) ซึ่งเป็นดาวเก่าแก่แต่มีโลหะเพียงเล็กน้อย 
           3. เฮโล (Halo) อยู่ล้อมรอบส่วนโป่งของกาแล็กซี  มีองค์ประกอบหลักเป็น “กระจุกดาวทรงกลม” (Global Cluster) จำนวนมาก  แต่ละกระจุกประกอบด้วยดาวฤกษ์นับล้านดวง ล้วนเป็นประชากรดาวประเภทสอง  นักดาราศาสตร์สันนิษฐานว่า กระจุกดาวทรงกลมเป็นโครงสร้างเก่าของกาแล็กซี เพราะมันโคจรขึ้นลงผ่านส่วนโป่งของกาแล็กซี

ภาพถ่ายอินฟราเรดของกาแล็กซีทางช้างเผือก
ที่มาhttp://www.krugoo.net/wp-content/uploads/2010/07/milkyway_cobe.jpg

           การศึกษาทางช้างเผือกทำจากด้านในออกไป จึงยากที่จะเข้าใจภาพรวมว่า กาแล็กซีของเรามีรูปร่างหน้าตาอย่างไร  ประกอบกับระนาบของทางช้างเผือกหนาแน่นไปด้วยดาว ฝุ่น และก๊าซ เป็นอุปสรรคกีดขวางการสังเกตการณ์ว่า อีกด้านหนึ่งของกาแล็กซีเป็นอย่างไร  อุปกรณ์ที่ใช้ศึกษาโครงสร้างของกาแล็กซีได้ดีที่สุดก็คือ กล้องโทรทรรศน์อินฟราเรด เพราะว่าใช้คลื่นยาวซึ่งสามารถเดินทางผ่านกลุ่มก๊าซและฝุ่นได้

           ปัจจุบันเชื่อกันว่า ดวงอาทิตย์อยู่ห่างจากศูนย์กลางของกาแล็กซีประมาณ 30,000 ปีแสง และหมุนรอบศูนย์กลางไปตามแขนนายพราน ด้วยความเร็ว 220 km ต่อวินาที หนึ่งรอบใช้เวลา 240 ล้านปี  ดวงอาทิตย์มีอายุ 4,600 ล้านปี จึงโคจรรอบกาแล็กซีมาแล้วเกือบ 20 รอบ นักดาราศาสตร์ใช้กฎเคปเลอร์ข้อที่ 3 คำนวณหามวลรวมของทางช้างเผือกภายในวงโคจรของดวงอาทิตย์ได้ 9 x 1010 เท่าของดวงอาทิตย์   จากนั้นทำการตรวจวัดมวลของกาแล็กซีด้านนอกของวงโคจรดวงอาทิตย์เพิ่มเติม โดยใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุ พบว่า มวลทั้งหมดของกาแล็กซีทางช้างเผือกควรจะเป็น 6 x 1011 เท่าของดวงอาทิตย์  ในจำนวนนี้เป็นดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ ก๊าซ และฝุ่น ที่สังเกตได้โดยตรงด้วยแสงเพียง 10%  ฉะนั้นมวลสารส่วนใหญ่ของกาแล็กซีอีก 90% เป็นสิ่งที่ไม่สามารถมองเห็นได้ซึ่งอาจจะเป็น หลุมดำขนาดเล็ก ดาวที่เย็นมาก หรืออนุภาคขนาดเล็กจำนวนมาก  นักดาราศาสตร์จึงเรียกวัตถุเหล่านี้โดยรวมว่า “สสารมืด” (Dark Matter)

           แขนกังหันของกาแล็กซีทางช้างเผือกประกอบด้วย ฝุ่น ก๊าซ และดาวอายุน้อยอุณหภูมิสูง สเปกตรัม O และ B ซึ่งทำให้มองดูสว่างเป็นสีน้ำเงินกว่าบริเวณโดยรอบ แขนกังหันของมันทำหน้าที่เหมือนไม้กวาด ปัดรวบรวม ดาว ฝุ่น และก๊าซ ไว้ด้วยกัน ทำให้เกิดคลื่นความหนาแน่น กระตุ้นให้เกิดการก่อตัวของดาวดวงใหม่

การเคลื่อนที่ของแขนกังหันของกาแล็กซี

ที่มาhttps://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEgPTobQi3Fm7Z_uWp6UdsHeHkTgIalB9ZX4nFYx2cnJW1EXfnDT5EkqXqE268Vz9_oRanZWirsUL_3E2MeiSEPrFk-jEOvYaFBl0r4dxFYMhgCAo3WpKBlWVOMsrijy1ae8hJxoU79ll3U/s320/5.jpg

กาแลกซี่เพื่อนบ้านLocal Group

       เป็นกลุ่มกาแล็กซีที่มีขนาดค่อนข้างเล็ก ประกอบด้วยกาแล็กซี เพียงกว่า 30กาแล็กซี รวมกลุ่มกันอยู่ห่างๆรอบ 2 กาแล็กซีใหญ่คือ กาแล็กซีแอนโดรมีดา(M31) และกาแล็กซีทางช้างเผือก (Milky Way galaxy) ของเรา 

กาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา เป็นส่วนหนึ่งของLocal Group มีเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 1Mpc( Mega parsec ~ 3,260,000ปีแสง ) เลยออกไปนอกเขตของLocal Group เป็นอวกาศที่ว่างเปล่า ที่แทบจะไม่พบกาแล็กซีอื่นใดอยู่ กาแล็กซีกลุ่มอื่นที่ใกล้ที่สุด คือ Virgo Cluster อยู่ห่างออกไปประมาณ 18Mpc 

      กาแล็กซีอื่นที่มีขนาดรองลงมาใน Local Group คือ M33 (Triangulum galaxy) ทั้งกาแล็กซีทางช้างเผือก กาแล็กซีแอนโดรมีดา และM33 ต่างก็เป็นกาแล็กซีขนาดค่อนข้างใหญ่ และมีลักษณะเป็นกาแล็กซีแบบเกลียว(spiral) ส่วนกาแล็กซีอื่นๆที่เหลือใน Local Group เป็นกาแล็กซีแบบทรงรี(elliptical) และแบบ irregular (มีรูปร่างไม่แน่นอน) ส่องแสงออกมาเพียงจางๆ มีขนาดเพียงเล็กๆ แทบจะเรียกได้ว่าเป็นกาแล็กซีแคระ(dwarf galaxy) บางกาแล็กซีมีขนาดเล็กมาก จนดูคล้ายกระจุกดาว เลยทีเดียว

     ในขณะที่กาแล็กซีแอนโดรมีดา เป็นกาแล็กซีรูปเกลียว(Spiral galaxy) คือมีลักษณะกลมแบนเหมือนจานสองใบประกบกัน มีแขนเกลียวยื่นออกมา คล้ายๆกันกับ กาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา แต่ M32 และ M110 มีลักษณะเป็นกาแล็กซีรูปทรงรี(Elliptical galaxy) ปัจจุบันพบว่ากาแล็กซีรูปทรงรีมีจำนวนมากมาย มากกว่า กาแล็กซีรูปเกลียวเสียอีก 

 ღ กาแล็กซีแอนโดรมีดา กำลังเข้าใกล้กาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา ด้วยความเร็วประมาณ 500,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง คาดว่าจะสัมผัสกัน ในอีก 3พันล้านปีข้างหน้า หากจินตนาการช่วงเวลา

ღ กาแล็กซีแอนโดรมีดาอยู่ในกลุ่มดาวแอนโดรมีดา หากต้องการมองเห็นลักษณะ เป็นฝ้าขาวที่ชัดเจนขึ้น อาจต้องใช้กล้องส่องทางไกล หรือกล้องดูดาวโดยกลุ่มดาวแอนโดรมีดา จะอยู่สูงที่สุดบนฟ้า เวลาประมาณ สี่ทุ่มในเดือนตุลาคม-พฤศจิกายน

กาแล็กซีแม็กเจลแลน

          กลุ่มเมฆแม็กเจลแลนเล็ก และ กลุ่มเมฆแม็กเจลแลนเล็กใหญ่ ( Small and Large Clouds of Magellan) เป็นกาแล็กซีเล็กๆ ที่มีรูปทรงแบบ Irregular บริวารของทางช้างเผือก เนื่องจากสามารถเห็นได้ เฉพาะจากซีกโลกใต้ จึงเป็นที่รู้จักในหมู่นักดูดาว ทางซีกโลกใต้มานาน แต่เพิ่งได้รับการบันทึกจนเป็นที่รู้จักกัน เมื่อปีค.ศ.1519 โดยกัปตันเฟอร์ดินานด์ แม็กเจลแลน ( Ferdinand Magellan ) ผู้นำเรือออกเดินทางรอบโลก 

          400 ปีถัดมา เฮนริเอตทา เลวิตต์ (Henrietta Leavitt) ก็ใช้บริเวณกลุ่มเมฆแม็กเจลแลนนี้แหละ ศึกษาเกี่ยวกับ ดาวแปรแสงประเภทซีฟีอิด(Cepheid Variable) จนเราสามารถใช้ดาวแปรแสงชนิดนี้ วัดระยะทางไกลมากๆ ระหว่างกาแล็กซีในเอกภพได้

         ด้วยอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงจากจากแต่ละกาแล็กซี ทำให้กาแล็กซีทั้งหลายใน Local Group เคลื่อนที่ไปด้วยกันในเอกภพ ดังนั้นเมื่อตรวจดูสเป็คตรัม ของกาแล็กซีเหล่านี้ จึงไม่พบลักษณะของ redshift แบบในกาแล็กซีอื่นๆ ที่อยู่ไกลออกไป  ที่จริงมีผู้สังเกตเห็นกาแล็กซีอื่นๆใน Local Group มานานแล้ว ( แม้จะเคยไม่ทราบว่ามันเป็นกาแล็กซีอื่น จนกระทั่งช่วงไม่ถึง 100ปีมานี้ ) เช่น กาแล็กซีแอนโดรมีดา มีบันทึกอยู่ในตำราดูดาวของชาวเปอร์เซีย ตั้งแต่ปีค.ศ. 905 

 กาแล็กซีแอนโดรมีดา

ที่มาhttp://images.astronet.ru/pubd/2004/07/19/0001198725/Andromeda_gendler_sm.jpg

          กาแล็กซีแอนโดรมีดาอยู่ไกลออกไปประมาณ 2.2ล้านปีแสง มีลักษณะคล้ายๆทางช้างเผือกของเรา แต่อาจจะใหญ่กว่าเล็กน้อย และถ้าสังเกตให้ดีจะเห็นว่า มันมีกาแล็กซีเพื่อนบ้านเล็กๆ เป็นฝ้าจางๆอีก 2กาแล็กซี คือ M32(NGC 221) และ M110(NGC 205)