อ่าน 6 นาที
โครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาล
โครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาลเป็นคำที่ใช้ในจักรวาลวิทยาเพื่ออธิบายลักษณะการกระจายตัวของสสารในระดับจักรวาลที่สังเกตได้ทั้งหมด การสำรวจท้องฟ้า และการทำแผนที่ของแถบ...
โครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาล
| ส่วนหนึ่งของชุดบทความเกี่ยวกับ |
| จักรวาลวิทยาเชิงฟิสิกส์ |
|---|
โครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาลเป็นคำที่ใช้ในจักรวาลวิทยาเพื่ออธิบายลักษณะการกระจายตัวของสสารในระดับจักรวาลที่สังเกตได้ทั้งหมด การสำรวจท้องฟ้า และการทำแผนที่ของแถบ ความยาวคลื่นต่างๆของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (โดยเฉพาะการปล่อยคลื่น 21 ซม. ) ได้ให้ข้อมูลมากมายเกี่ยวกับเนื้อหาและลักษณะของ โครงสร้าง จักรวาลการจัดระเบียบของโครงสร้างดูเหมือนจะเป็นไปตาม แบบจำลอง ลำดับชั้นโดยมีการจัดระเบียบจนถึงระดับของซูเปอร์คลัสเตอร์และฟิลาเมนต์ใหญ่กว่านี้ (ที่ระดับระหว่าง 30 ถึง 200 เมกะพาร์เซก) [ 1 ]ดูเหมือนจะไม่มีโครงสร้างต่อเนื่อง ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าจุดสิ้นสุดของความยิ่งใหญ่ [ 2 ] รูปร่างของโครงสร้างขนาดใหญ่สามารถสรุปได้ด้วยสเปกตรัมกำลังของสสาร
โครงข่ายจักรวาล: ผนัง เส้นใย จุดเชื่อมต่อ และช่องว่าง

การจัดระเบียบโครงสร้างอาจเริ่มต้นที่ระดับดาวฤกษ์ แม้ว่านักจักรวาลวิทยาส่วนใหญ่จะไม่ค่อยกล่าวถึงฟิสิกส์ดาราศาสตร์ในระดับนั้น ก็ตาม ดาวฤกษ์ถูกจัดระเบียบเป็นกาแล็กซีซึ่งในทางกลับกันก็ก่อตัวเป็นกลุ่มกาแล็กซีกระจุกกาแล็กซีซูเปอร์คลัสเตอร์แผ่นผนัง และเส้นใยซึ่งถูกคั่นด้วยช่องว่าง ขนาดใหญ่ ทำให้เกิดโครงสร้างคล้ายฟองขนาดใหญ่[ 5 ]ซึ่งบางครั้งเรียกว่า "ใยจักรวาล" ก่อนปี 1989 เป็นที่เชื่อกันโดยทั่วไปว่า กระจุกกาแล็กซี ที่สมดุลแล้วเป็นโครงสร้างที่ใหญ่ที่สุดที่มีอยู่ และกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งจักรวาลในทุกทิศทาง อย่างไรก็ตาม ตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1980 เป็นต้นมา มีการค้นพบโครงสร้างมากขึ้นเรื่อยๆ ในปี 1983 เอเดรียน เว็บสเตอร์ ได้ระบุWebster LQGซึ่ง เป็น กลุ่มควาซาร์ขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยควาซาร์ 5 ดวง การค้นพบนี้เป็นการระบุโครงสร้างขนาดใหญ่ครั้งแรก และได้ขยายข้อมูลเกี่ยวกับการจัดกลุ่มของสสารที่รู้จักในจักรวาล
ในปี 1987 โรเบิร์ต เบรนต์ ทัลลีได้ระบุถึงกลุ่มซูเปอร์คลัสเตอร์ปลา-วาฬซึ่งเป็นเส้นใยกาแล็กซีที่กาแล็กซีทางช้างเผือกตั้งอยู่ มีขนาดประมาณ 1 พันล้านปีแสง ในปีเดียวกันนั้นเอง ได้มีการค้นพบพื้นที่ขนาดใหญ่ผิดปกติที่มีการกระจายตัวของกาแล็กซีต่ำกว่าค่าเฉลี่ยมาก นั่นคือ ไจแอนท์ วอยด์ซึ่งมีขนาด 1.3 พันล้านปีแสง จากข้อมูลการสำรวจการเลื่อนไปทางแดง ในปี 1989 มาร์กาเร็ต เกลเลอร์และจอห์น ฮูชราได้ค้นพบ " กำแพงเมืองจีน " [ 6 ]ซึ่งเป็นแผ่นกาแล็กซีที่มีความยาวมากกว่า 500 ล้านปีแสงกว้าง 200 ล้านปีแสง แต่หนาเพียง 15 ล้านปีแสง การมีอยู่ของโครงสร้างนี้ไม่เป็นที่สังเกตมานานมาก เนื่องจากต้องระบุตำแหน่งของกาแล็กซีในสามมิติ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการรวมข้อมูลตำแหน่งเกี่ยวกับกาแล็กซีเข้ากับข้อมูลระยะทางจากการเลื่อนไปทางแดง
สองปีต่อมา นักดาราศาสตร์ Roger G. Clowes และ Luis E. Campusano ค้นพบClowes–Campusano LQGซึ่งเป็นกลุ่มควาซาร์ขนาดใหญ่ที่มีความกว้างที่สุดถึงสองพันล้านปีแสง ซึ่งเป็นโครงสร้างที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่รู้จักในจักรวาล ณ เวลาที่ประกาศ ในเดือนเมษายน พ.ศ. 2546 ได้มีการค้นพบโครงสร้างขนาดใหญ่อีกแห่งหนึ่ง คือSloan Great Wallในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2550 ได้มีการตรวจพบช่องว่างขนาดใหญ่ที่เป็นไปได้ในกลุ่มดาวอีริดานัส [ 7 ] ซึ่งตรงกับ ' จุดเย็น CMB ' ซึ่งเป็นบริเวณเย็นในท้องฟ้าไมโครเวฟที่ไม่น่าจะเป็นไปได้สูงภายใต้แบบจำลองจักรวาลวิทยาที่นิยมในปัจจุบัน ช่องว่างขนาดใหญ่นี้อาจทำให้เกิดจุดเย็นได้ แต่ถ้าจะทำให้เกิดเช่นนั้น มันจะต้องมีขนาดใหญ่อย่างไม่น่าเชื่อ อาจจะกว้างถึงหนึ่งพันล้านปีแสง เกือบเท่ากับ Giant Void ที่กล่าวถึงข้างต้น

โครงสร้างขนาดใหญ่อีกแห่งหนึ่งคือ กลุ่ม กาแล็กซี SSA22 Protoclusterซึ่งเป็นกลุ่มกาแล็กซีและฟองก๊าซขนาดมหึมาที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 200 ล้านปีแสง
ในปี 2011 มีการค้นพบกลุ่มควาซาร์ขนาดใหญ่U1.11ซึ่งมีขนาดประมาณ 2.5 พันล้านปีแสง ในวันที่ 11 มกราคม 2013 มีการค้นพบกลุ่มควาซาร์ขนาดใหญ่อีกกลุ่มหนึ่งชื่อHuge-LQGซึ่งมีขนาดวัดได้ 4 พันล้านปีแสง นับเป็นโครงสร้างที่ใหญ่ที่สุดที่รู้จักในจักรวาลในขณะนั้น[ 8 ]ในเดือนพฤศจิกายน 2013 นักดาราศาสตร์ได้ค้นพบกำแพงยักษ์เฮอร์คิวลีส-โคโรนาโบเรียลิส [ 9 ] [ 10 ] ซึ่งเป็นโครงสร้างที่ใหญ่กว่าเดิมถึงสองเท่า โดยกำหนดจากแผนที่ของการระเบิดรังสีแกมมา[ 9 ] [ 11 ]
ในปี 2021 สมาคมดาราศาสตร์อเมริกันประกาศการตรวจพบGiant Arcซึ่งเป็นกลุ่มกาแล็กซีรูปพระจันทร์เสี้ยวที่มีความยาว 3.3 พันล้านปีแสง ตั้งอยู่ห่างจากโลก 9.2 พันล้านปีแสงในกลุ่มดาวBoötesจากการสังเกตการณ์ที่บันทึกโดยSloan Digital Sky Survey [ 12 ]
จุดจบแห่งความยิ่งใหญ่
จุดสิ้นสุดของความยิ่งใหญ่ (The End of Greatness)เป็นชื่อที่ใช้เรียกช่วงการสังเกตการณ์ประมาณ 100 Mpc (ประมาณ 300 ล้านปีแสง) ซึ่งความไม่สม่ำเสมอที่เห็นในโครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาลจะถูกทำให้เป็นเนื้อเดียวกันและสมมาตรตามหลักการจักรวาลวิทยา [ 13 ] "ความไม่สม่ำเสมอ" นี้ถูกวัดปริมาณโดยการคำนวณ มิติ แฟรกทัลจากการสังเกตการณ์[ 14 ] [ 15 ]ซูเปอร์คลัสเตอร์และเส้นใยที่เห็นในการสำรวจขนาดเล็กจะถูกสุ่มไปจนถึงระดับที่การกระจายตัวที่ราบเรียบของจักรวาลนั้นปรากฏให้เห็นได้ชัดเจน จนกระทั่งการสำรวจการเลื่อนแดงในช่วงทศวรรษ 1990 เสร็จสมบูรณ์ จึงจะสามารถสังเกตช่วงนี้ได้อย่างแม่นยำ[ 2 ]
ข้อสังเกต

ตัวบ่งชี้โครงสร้างขนาดใหญ่อีกประการหนึ่งคือ ' ป่าไลแมน-อัลฟา ' ซึ่งเป็นกลุ่มของเส้นดูดกลืนที่ปรากฏในสเปกตรัมของแสงจากควาซาร์ซึ่งตีความได้ว่าบ่งชี้ถึงการมีอยู่ของแผ่นก๊าซระหว่างกาแล็กซีขนาดใหญ่และบาง (ส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจน ) แผ่นเหล่านี้ดูเหมือนจะยุบตัวลงเป็นเส้นใย ซึ่งสามารถป้อนกาแล็กซีขณะที่พวกมันเติบโต โดยที่เส้นใยจะตัดกันหรือมีความหนาแน่น หลักฐานโดยตรงในช่วงแรกสำหรับใยก๊าซจักรวาลนี้คือการตรวจจับในปี 2019 โดยนักดาราศาสตร์จาก RIKEN Cluster for Pioneering Research ในญี่ปุ่นและมหาวิทยาลัยเดอร์แฮมในสหราชอาณาจักร ของแสงจากส่วนที่สว่างที่สุดของใยนี้ ซึ่งล้อมรอบและส่องสว่างโดยกระจุกกาแล็กซีที่กำลังก่อตัว ทำหน้าที่เป็นไฟฉายจักรวาลสำหรับการเรืองแสงของไฮโดรเจนระหว่างกระจุกผ่านการปล่อยไลแมน-อัลฟา[ 17 ] [ 18 ]
ในปี 2021 ทีมงานนานาชาติที่นำโดย Roland Bacon จาก Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (ฝรั่งเศส) ได้รายงานการสังเกตการณ์ครั้งแรกของการปล่อย Lyman-alpha แบบกระจายตัวจาก redshift 3.1 ถึง 4.5 ซึ่งติดตามเส้นใยใยจักรวาลหลายเส้นในระดับ 2.5−4 cMpc (เมกะพาร์เซกเคลื่อนที่ร่วม) ในสภาพแวดล้อมที่เป็นเส้นใยนอกโครงสร้างขนาดใหญ่ทั่วไปของจุดเชื่อมต่อใยจักรวาล[ 19 ]
ต้องใช้ความระมัดระวังในการอธิบายโครงสร้างในระดับจักรวาล เพราะโครงสร้างเหล่านั้นมักแตกต่างจากที่ปรากฏการเลนส์ความโน้มถ่วงสามารถทำให้ภาพดูเหมือนมาจากทิศทางที่แตกต่างจากแหล่งกำเนิดจริง เมื่อวัตถุในฉากหน้าทำให้กาลอวกาศโดยรอบโค้งงอ (ตามที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปทำนาย ไว้ ) และเบี่ยงเบนรังสีแสงที่ผ่านเข้ามา ในทางกลับกัน การเลนส์ความโน้มถ่วงที่รุนแรงบางครั้งสามารถขยายกาแล็กซีที่อยู่ไกลออกไป ทำให้ตรวจจับได้ง่ายขึ้นการเลนส์ความโน้มถ่วงที่อ่อนแอโดยเอกภพที่อยู่ระหว่างกลางโดยทั่วไปก็เปลี่ยนแปลงโครงสร้างขนาดใหญ่ที่สังเกตได้อย่างละเอียดอ่อนเช่นกัน
โครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาลจะดูแตกต่างออกไปหากใช้เพียงค่าการเลื่อนไปทางแดง (redshift) ในการวัดระยะทางไปยังกาแล็กซี ตัวอย่างเช่น กาแล็กซีที่อยู่ด้านหลังกระจุกกาแล็กซีจะถูกดึงดูดเข้าหาและเคลื่อนที่เข้าหา ทำให้เกิดการเลื่อนไปทางน้ำเงิน (blueshift ) (เมื่อเทียบกับกรณีที่ไม่มีกระจุกกาแล็กซี) ในขณะที่ด้านใกล้กว่านั้น วัตถุต่างๆ จะเลื่อนไปทางแดง ดังนั้น สภาพแวดล้อมของกระจุกกาแล็กซีจึงดูแคบลงหากใช้ค่าการเลื่อนไปทางแดงในการวัดระยะทาง ส่วนกาแล็กซีที่อยู่ภายในกระจุกกาแล็กซีจะมีผลตรงกันข้าม คือ กาแล็กซีเหล่านั้นมีการเคลื่อนที่แบบสุ่มรอบศูนย์กลางของกระจุก และเมื่อแปลงการเคลื่อนที่แบบสุ่มเหล่านี้เป็นค่าการเลื่อนไปทางแดง กระจุกกาแล็กซีจะปรากฏยาวขึ้น ทำให้เกิดภาพลวงตาที่เรียกว่า " นิ้วของพระเจ้า " ซึ่งเป็นภาพลวงตาของโซ่กาแล็กซีที่ยาวเหยียดชี้มายังโลก
ภูมิศาสตร์จักรวาลของบริเวณใกล้เคียงโลก
ที่ใจกลางของกระจุกกาแล็กซีไฮดรา-เซนทอรัสความผิดปกติทางแรงโน้มถ่วงที่เรียกว่า มหาแรงดึงดูด ( Great Attractor)ส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของกาแล็กซีในบริเวณที่มีขนาดหลายร้อยล้านปีแสง กาแล็กซีเหล่านี้ทั้งหมดมีการเลื่อนไปทางแดง (redshift)ตามกฎของฮับเบิลซึ่งบ่งชี้ว่าพวกมันกำลังเคลื่อนที่ออกห่างจากเราและจากกันและกัน แต่ความแปรผันของการเลื่อนไปทางแดงนั้นเพียงพอที่จะเปิดเผยการมีอยู่ของมวลที่รวมตัวกันเทียบเท่ากับกาแล็กซีหลายหมื่นกาแล็กซี
กาแล็กซีเกรตแอทแทรกเตอร์ (Great Attractor) ซึ่งถูกค้นพบในปี 1986 อยู่ห่างออกไปประมาณ 150 ล้านถึง 250 ล้านปีแสง ในทิศทางของกลุ่มดาวไฮดราและเซนทอรัส บริเวณใกล้เคียงมีกาแล็กซีขนาดใหญ่และเก่าแก่จำนวนมาก ซึ่งหลายแห่งกำลังชนกับกาแล็กซีข้างเคียง หรือแผ่คลื่นวิทยุออกมาในปริมาณมาก
ในปี พ.ศ. 2530 นักดาราศาสตร์R. Brent Tullyจากสถาบันดาราศาสตร์ มหาวิทยาลัยฮาวาย ได้ระบุสิ่งที่เขาเรียกว่า Pisces–Cetus Supercluster Complexซึ่งเป็นโครงสร้างที่มีความยาว 1,000 ล้านปีแสงและกว้าง 150 ล้านปีแสง โดยเขาอ้างว่า Local Supercluster ฝังตัวอยู่ในโครงสร้างนี้[ 20 ]
ดูเพิ่มเติม
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ โครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาล
โครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาลเป็นคำที่ใช้ในจักรวาลวิทยาเพื่ออธิบายลักษณะการกระจายตัวของสสารในระดับจักรวาลที่สังเกตได้ทั้งหมด การสำรวจท้องฟ้า และการทำแผนที่ของแถบ...
โครงข่ายจักรวาล: ผนัง เส้นใย จุดเชื่อมต่อ และช่องว่าง
การจัดระเบียบโครงสร้างอาจเริ่มต้นที่ระดับดาวฤกษ์ แม้ว่านักจักรวาลวิทยาส่วนใหญ่จะไม่ค่อยกล่าวถึง ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ในระดับนั้น ก็ตาม ดาวฤกษ์ ถูกจัดระเบียบเป็น กาแล็กซี ซึ่งในทางกลับกันก็ก่อตัวเป็น กลุ่มกาแล็กซี กระจุก กาแล็กซี ซู เปอร์คลัสเตอร์ แผ่น ผนัง...
จุดจบแห่งความยิ่งใหญ่
จุดสิ้นสุดของความยิ่งใหญ่ (The End of Greatness) เป็นชื่อที่ใช้เรียกช่วงการสังเกตการณ์ประมาณ 100 Mpc (ประมาณ 300 ล้านปีแสง) ซึ่งความไม่สม่ำเสมอที่เห็นในโครงสร้างขนาดใหญ่ของ จักรวาล จะถูกทำให้เป็นเนื้อเดียวกันและ สมมาตร ตาม หลักการจักรวาลวิทยา [ 13 ] "...
ข้อสังเกต
ตัวบ่งชี้โครงสร้างขนาดใหญ่อีกประการหนึ่งคือ ' ป่าไลแมน-อัลฟา ' ซึ่งเป็นกลุ่มของ เส้นดูดกลืน ที่ปรากฏในสเปกตรัมของแสงจาก ควาซาร์ ซึ่งตีความได้ว่าบ่งชี้ถึงการมีอยู่ของแผ่นก๊าซระหว่างกาแล็กซีขนาดใหญ่และบาง (ส่วนใหญ่ เป็นไฮโดรเจน )...