จักรวาลมีกาแล็กซีกี่แห่ง? คำตอบสำหรับคำถามนี้ยากมาก นักดาราศาสตร์ในอดีตหลายคนพยายามหาว่าในจักรวาลมีกาแล็กซีกี่แห่ง การนับพวกเขาดูเหมือนเป็นงานที่เป็นไปไม่ได้ เมื่อบิลไปเป็นพันล้านต้องใช้เวลาพอสมควรในการรวมกัน ปัญหาอีกประการหนึ่งคือเครื่องมือของเรามีจำนวนจำกัด เพื่อให้ได้ภาพที่ดีที่สุด กล้องโทรทรรศน์ควรมีรูรับแสงกว้าง (เส้นผ่านศูนย์กลางของกระจกหลักหรือเลนส์) และจัดตำแหน่งเหนือบรรยากาศเพื่อหลีกเลี่ยงการบิดเบือนจากอากาศของโลก
ทุ่งฮับเบิล
บางทีตัวอย่างที่สะท้อนได้มากที่สุดของข้อเท็จจริงข้างต้นคือ Hubble Extreme Deep Field ซึ่งเป็นภาพที่ได้จากการรวมภาพถ่ายที่ถ่ายในช่วงเวลาสิบปีจากกล้องโทรทรรศน์ที่มีชื่อเดียวกัน ตามรายงานของ NASA กล้องโทรทรรศน์ได้สำรวจพื้นที่เล็ก ๆ บนท้องฟ้าเป็นเวลา 50 วัน ถ้าเอานิ้วโป้งปาดช่วงแขนให้บังดวงจันทร์เป็นพื้นที่ลึกระยะขอบจะเป็นขนาดหัวเข็ม
ด้วยการรวบรวมแสงจาง ๆ จากการสังเกตเป็นเวลาหลายชั่วโมง กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลได้ค้นพบกาแล็กซีหลายพันแห่งทั้งในระยะใกล้และไกล ทำให้ภาพที่ถ่ายจากมันกลายเป็นภาพที่สมบูรณ์ที่สุดของจักรวาล ดังนั้นแม้ว่าจะมีกาแล็กซีหลายพันแห่งในจุดเล็กๆ บนท้องฟ้านี้ ลองนึกภาพว่ามีอีกมากเพียงใดที่สามารถพบได้ที่อื่นในจักรวาล
การประเมินโดยผู้เชี่ยวชาญ
แม้ว่าผู้เชี่ยวชาญจะประเมินแตกต่างกันไป แต่คำตอบสำหรับคำถามเช่น "มีกาแลคซีกี่แห่งในจักรวาล" สามารถแสดงเป็นตัวเลขทางดาราศาสตร์ได้ตั้งแต่ 100 ถึง 200 พันล้าน เมื่อกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ เปิดตัวในปี 2020 คาดว่า NASA จะเปิดเผยข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับดาราจักรในยุคแรกๆ ในจักรวาล
เทคโนโลยีใช้งานได้จริงอย่างมหัศจรรย์ เท่าที่นักดาราศาสตร์สมัยใหม่ทราบ กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลเป็นเครื่องมือที่ดีที่สุดสำหรับการนับและประเมินจำนวนดาราจักรที่รู้จักในจักรวาล กล้องโทรทรรศน์ซึ่งเปิดตัวในปี 1990 ในขั้นต้นมีความผิดเพี้ยนที่กระจกหลัก ซึ่งได้รับการแก้ไขในระหว่างการเยี่ยมชมของกระสวยอวกาศในปี 1993 ฮับเบิลยังได้รับการอัพเกรดและภารกิจมากมาย จนกระทั่งภารกิจสุดท้ายในเดือนพฤษภาคม 2552 จักรวาลมีอนันต์หรือไม่ มีกาแล็กซีกี่กาแล็กซี มีดาวเคราะห์กี่ดวงในนั้น? เห็นได้ชัดว่าเรายังไม่ทราบอีกในอนาคต
หมีใหญ่
ในปี 1995 นักดาราศาสตร์ได้เล็งกล้องดูดาวไปยังสิ่งที่ดูเหมือนจะเป็นพื้นที่ว่างของ Ursa Major และรวบรวมข้อสังเกตสิบวัน ที่เป็นผลให้พบกาแลคซีจาง ๆ ประมาณ 3000 กาแล็กซี่ในหนึ่งเฟรมซึ่งกลายเป็นสลัวเช่นขนาด 30 สำหรับการเปรียบเทียบ: ดาวเหนือมีขนาดประมาณสอง ส่วนประกอบของภาพนี้เรียกว่าห้วงลึกของฮับเบิลและเป็นส่วนที่อยู่ไกลที่สุดในจักรวาล
เมื่อกล้องโทรทรรศน์อเมริกันดังกล่าวได้รับการอัพเกรดอย่างละเอียดถี่ถ้วน นักดาราศาสตร์ทำการทดลองซ้ำสองครั้ง ในปี พ.ศ. 2546 และ พ.ศ. 2547 นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบกาแลคซีประมาณ 10,000 กาแล็กซี่ในพื้นที่เล็กๆ ในกลุ่มดาวฟอร์แน็กซ์
ในปี 2012 อีกครั้งด้วยเครื่องมือที่ได้รับการอัพเกรด นักวิทยาศาสตร์ใช้กล้องโทรทรรศน์เพื่อดูส่วนหนึ่งของสนามที่ลึกมาก แม้แต่ในขอบเขตการมองเห็นที่แคบลงนี้ นักดาราศาสตร์ก็สามารถตรวจจับกาแล็กซีได้ประมาณ 5,500 กาแล็กซี นักวิจัยขนานนามว่า "Extreme Deep Field"
พันล้านที่มองไม่เห็น
ไม่ว่าจะใช้เครื่องมือใด วิธีการประมาณจำนวนกาแล็กซีในเอกภพจะเหมือนกันมากหรือน้อย คุณเป็นส่วนหนึ่งของท้องฟ้าที่ถ่ายโดยกล้องโทรทรรศน์ (ในกรณีนี้คือฮับเบิล) จากนั้น ใช้อัตราส่วนของชิ้นส่วนของท้องฟ้าต่อทั้งจักรวาล คุณจะสามารถระบุจำนวนกาแลคซีที่มีอยู่ในจักรวาลได้
หลักการจักรวาลวิทยาและอายุของจักรวาล
ตัวอย่างหนึ่งของหลักการจักรวาลวิทยาในการศึกษาจักรวาลคือพื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาล รังสีที่เหลือจากช่วงเริ่มต้นของจักรวาลหลังบิ๊กแบง
วัดการขยายตัวของเอกภพผ่านการสังเกตกาแล็กซีเคลื่อนตัวออกไปจากเรา แสดงว่ามีอายุประมาณ 13.82 พันล้านปี อย่างไรก็ตาม เมื่อเอกภพมีอายุมากขึ้นและใหญ่ขึ้น ดาราจักรจะเคลื่อนตัวออกห่างจากโลกมากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งจะทำให้มองเห็นได้ยากขึ้น
จักรวาลกำลังขยายตัวเร็วกว่าความเร็วแสง (ซึ่งไม่ได้ละเมิดขีดจำกัดความเร็วของไอน์สไตน์ เพราะการขยายตัวเกิดจากตัวเอกภพเอง ไม่ใช่วัตถุที่เคลื่อนที่ผ่าน) นอกจากนี้ จักรวาลกำลังขยายตัวอย่างรวดเร็ว
นี่คือจุดที่ "จักรวาลที่สังเกตได้" เข้ามาเล่น - จักรวาลที่เรามองเห็น ตามที่ผู้เชี่ยวชาญหลายคนกล่าว ใน 1-2 ล้านล้านปี นี่จะหมายความว่าจะมีกาแล็กซีที่อยู่นอกอวกาศที่เราสามารถมองเห็นได้จากโลก
ไฟเปลี่ยน
เราสามารถเห็นแสงจากกาแล็กซีที่มีเวลามากพอที่จะเข้าใกล้เราเท่านั้น นั่นคือเข้าใกล้ทางช้างเผือกมากพอ นี่ไม่ได้หมายความว่าวัตถุเหล่านี้ล้วนมีอยู่ในอวกาศ ดังนั้นคำจำกัดความของ "จักรวาลที่สังเกตได้"
อนาคตของทางช้างเผือก
กาแล็กซีก็เปลี่ยนไปตามกาลเวลา ทางช้างเผือกอยู่ในเส้นทางชนกับดาราจักรแอนโดรเมดาที่อยู่ใกล้เคียง และทั้งสองจะรวมกันในอีกประมาณสี่พันล้านปี ต่อมา กาแล็กซีอื่นๆ ในกลุ่มท้องถิ่นของเราจะรวมกันในที่สุด นักดาราศาสตร์เชื่อว่าผู้อาศัยในกาแลคซี่ในอนาคตเหล่านี้จะสังเกตเห็นจักรวาลที่มืดมนกว่า
เมื่อก่อนอารยธรรม พวกเขาไม่มีหลักฐานของจักรวาลที่มีกาแลคซีนับแสนล้าน ดังนั้นลูกหลานของเราจะไม่เห็นการขยายตัวของจักรวาล พวกเขาคงไม่รู้ด้วยซ้ำว่าบิ๊กแบงเกิดขึ้น
ถ้าเราคนธรรมดาอยากรู้ว่ามีดาราจักรและดาวเคราะห์กี่ดวงในจักรวาล นักดาราศาสตร์จะสนใจมากขึ้นว่าเอกภพกำเนิดขึ้นอย่างไร ตามที่ NASA ระบุ กาแล็กซีให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับการจัดระเบียบสสารในจักรวาล อย่างน้อยก็ในวงกว้าง นักวิทยาศาสตร์ยังสนใจประเภทอนุภาคและกลศาสตร์ควอนตัมในด้านเล็ก ๆ ของสเปกตรัมที่สังเกตได้
ดาราจักรยุคแรก
โดยการศึกษาดาราจักรยุคแรกๆ และเปรียบเทียบกับดาราจักรในปัจจุบัน เราจะเข้าใจการเติบโตและการพัฒนาของดาราจักรเหล่านั้น กล้องโทรทรรศน์ขั้นสูงที่เรียกว่าเวบบ์จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับประเภทของดาวที่มีอยู่ในดาราจักรแรกได้ การสังเกตติดตามผลโดยใช้สเปกโทรสโกปีของดาราจักรนับร้อยหรือหลายพันแห่งจะช่วยให้นักวิจัยเข้าใจว่าธาตุที่หนักกว่าไฮโดรเจนก่อตัวและสะสมอย่างไรเมื่อกระจุกดาวก่อตัวขึ้นตลอดหลายศตวรรษ การศึกษาเหล่านี้จะเปิดเผยรายละเอียดของการควบรวมกิจการและให้ความกระจ่างในกระบวนการอื่นๆ อีกมากมาย
สสารมืด
นักวิทยาศาสตร์ยังสนใจในบทบาทของสสารมืดในการกำเนิดกาแล็กซี นี่เป็นคำถามที่อยากรู้อยากเห็นมาก ในขณะที่บางส่วนของจักรวาลสามารถมองเห็นได้ในวัตถุต่างๆ เช่น ดาราจักรหรือดวงดาว สสารมืดก็คือสิ่งที่ทำให้จักรวาลส่วนใหญ่มองไม่เห็นเลย มีกาแลคซีกี่แห่งในจักรวาล? ยังไม่ทราบจำนวนวัตถุทั้งหมด แต่มีมากกว่าแสนล้านแน่นอน
สรุป
เมื่อคุณมองดูท้องฟ้ายามค่ำคืนผ่านม่านดวงดาวและระนาบของทางช้างเผือก คุณอดไม่ได้ที่จะรู้สึกเล็ก ๆ อยู่หน้าก้นบึ้งของจักรวาลที่อยู่เหนือท้องฟ้า ในขณะที่เกือบทั้งหมดมองไม่เห็นด้วยตาของเรา แต่จักรวาลที่สังเกตได้ซึ่งครอบคลุมหลายหมื่นล้านปีแสงในทุกทิศทางมีกาแลคซีจำนวนมากอย่างน่าอัศจรรย์
จำนวนกระจุกดาวที่รู้จักเพิ่มขึ้นด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีกล้องส่องทางไกล - จากพันเป็นล้าน จากพันล้านเป็นล้านล้าน ถ้าเราจะทำการวิเคราะห์ที่ง่ายที่สุดโดยใช้เทคโนโลยีที่ดีที่สุดในปัจจุบัน เราจะบอกว่ามีกาแลคซี่ 170 พันล้านกาแล็กซี่ในจักรวาลของเรา แต่เราจะค้นพบวัตถุเหล่านี้มากยิ่งขึ้น เพราะเชื่อกันแล้วว่ามีอยู่จริงไม่น้อยกว่าสองล้านล้านชิ้น
สักวันเราจะนับให้หมด เราจะเล็งกล้องดูดาวขึ้นไปบนท้องฟ้า รวบรวมโฟตอนทุกดวงที่ดาวปล่อยออกมา และตรวจจับวัตถุในจักรวาลทุกชิ้น ไม่ว่าแสงนั้นจะจางแค่ไหน
แต่มันจะไม่ได้ผลในทางปฏิบัติ กล้องโทรทรรศน์ของเรามีขนาดจำกัด ซึ่งจะจำกัดจำนวนโฟตอนที่สามารถรวบรวมได้ มีความสัมพันธ์กันระหว่างความสลัวของวัตถุที่คุณมองเห็นและท้องฟ้าที่คุณสามารถ "ปิด" ด้วยอุปกรณ์เกี่ยวกับสายตาได้ บางส่วนของจักรวาลถูกบดบังด้วยสสารมืดภายใน ยิ่งวัตถุอยู่ไกลเท่าไรก็ยิ่งจางลงเท่านั้น
เราดูได้เฉพาะส่วนที่สว่างไสวของจักรวาลเท่านั้น ไม่ได้มองเข้าไปในสสารมืด ดวงดาว หรือกาแล็กซี นักวิทยาศาสตร์ได้รวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับวัตถุในอวกาศที่ห่างไกลและมืดสลัวนับร้อย พวกเขายังคงหวังว่าจะได้รู้ว่าโลกที่ห่างไกลจริงๆ เป็นอย่างไร และเราเป็นเพียงผู้สังเกตการณ์หวังมากเท่ากับที่พวกเขาทำ
