กระจุกกาแล็กซี

ภาพประกอบของBoRG-58ซึ่งเป็นกลุ่มกาแล็กซี 5 แห่งที่รวมตัวกันเมื่อ 600 ล้านปีก่อนกำเนิดจักรวาล^{[ 1 ]}

กระจุกกาแล็กซีหรือกลุ่มกาแล็กซีคือโครงสร้างที่ประกอบด้วยกาแล็กซีตั้งแต่หลายร้อยถึงหลายพันดวงที่ยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงโน้มถ่วง [ ^{1 ] โดย}มีมวลโดยทั่วไปอยู่ในช่วง10 ¹⁴ถึง10 ^{15 เท่า}มวลสุริยะ ( M☉ ) กระจุกดาวประกอบด้วยกาแล็กซี ก๊าซร้อน และสสารมืด^{[ 2 ]}พวกมันเป็น โครงสร้าง ที่ยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงโน้มถ่วง ที่ใหญ่ที่สุด เท่า ที่รู้จัก ในจักรวาล^{[ 3 ]}เชื่อกันว่าพวกมันเป็นโครงสร้างที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่รู้จักในจักรวาลจนกระทั่งทศวรรษ 1980 เมื่อมีการค้นพบซูเปอร์คลัสเตอร์^{[ 4 ]}กลุ่มกาแล็กซีขนาดเล็กเรียกว่ากลุ่มกาแล็กซีมากกว่ากระจุกกาแล็กซีกลุ่มกาแล็กซีและกระจุกกาแล็กซี รวมกัน เป็นซูเปอร์คลัสเตอร์

คุณสมบัติพื้นฐาน

โดยทั่วไปแล้ว กระจุกกาแล็กซีจะมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

ประกอบด้วยกาแล็กซี 100 ถึง 1,000 แห่ง ก๊าซร้อน ที่ปล่อย รังสีเอ็กซ์ และ สสารมืดจำนวนมาก^{[ 2 ]}รายละเอียดอธิบายไว้ในส่วน "องค์ประกอบ"
พวกมันมีมวลรวมประมาณ^10¹⁴ถึง 10¹⁵ เท่า^ของมวลของดวงอาทิตย์
โดยทั่วไปแล้วจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ 1 ถึง 5 เมกะพาร์เซก (ดู10 ²³เมตรสำหรับการเปรียบเทียบระยะทาง)
ความเร็วของกาแล็กซีแต่ละดวงมีความแตกต่างกันประมาณ 800–1000 กิโลเมตรต่อวินาที

องค์ประกอบ

กระจุกกาแล็กซีมีองค์ประกอบหลัก 3 ส่วน กาแล็กซีเองประกอบขึ้นเป็นเพียงส่วนน้อยของกระจุก แม้ว่าจะเป็นองค์ประกอบเดียวที่เราสามารถตรวจจับได้ในสเปกตรัมที่มองเห็นได้ก๊าซร้อนของตัวกลางระหว่างกระจุก (ICM) มีอุณหภูมิสูงสุดระหว่าง 30 ถึง 100 ล้านองศาเซลเซียส^{[ 2 ]}สสารมืดประกอบขึ้นเป็นมวลส่วนใหญ่ของกระจุกกาแล็กซี แต่ไม่สามารถตรวจจับได้ด้วยแสง^{[ 4 ]}

ส่วนประกอบ	เศษส่วนมวล	คำอธิบาย
กาแล็กซี	1%	ในการสังเกตการณ์ด้วยกล้องโทรทัศน์แบบออปติก จะเห็นได้เฉพาะกาแล็กซีเท่านั้น
ก๊าซระหว่างกาแล็กซีในตัวกลางระหว่างกระจุกกาแล็กซี	9%	พลาสมาระหว่างกาแล็กซีมีอุณหภูมิสูงและปล่อยรังสีเอ็กซ์ออกมาโดยกระบวนการเบร็ม ส์ตรัลลุงทางความร้อน
สสารมืด	90%	เป็นองค์ประกอบที่มีมวลมากที่สุด แต่ไม่สามารถตรวจจับได้ด้วยวิธีการทางแสง และต้องอนุมานจากปฏิสัมพันธ์ทางแรงโน้มถ่วง

การก่อตัวและวิวัฒนาการของกลุ่มคลัสเตอร์

เมื่อกระจุกกาแล็กซีเกิดขึ้น พลังงานจำนวนมหาศาลจะถูกปล่อยออกมาเนื่องจากคลื่นกระแทก ความร้อนของแก๊ส และปฏิสัมพันธ์ระหว่างกาแล็กซี^{[ 4 ]}แก๊สจะชนกับวัสดุที่มีอยู่ซึ่งก่อให้เกิดคลื่นกระแทก ทำให้ร้อนขึ้นถึงหลายสิบล้านองศาและปล่อยรังสีเอ็กซ์ออกมา^{[ 6 ]}วิวัฒนาการของกาแล็กซีภายในกระจุกถูกควบคุมโดยปฏิสัมพันธ์ระหว่างกาแล็กซี เช่นการรวมตัวของกาแล็กซีและการดึงแก๊สออก

การจำแนกประเภท

มีระบบการจำแนกประเภทกระจุกกาแล็กซีหลายระบบ โดยพิจารณาจากลักษณะต่างๆ เช่น สมมาตรของรูปร่างความสว่าง ของรังสีเอ็กซ์ และประเภทของกาแล็กซีที่เด่น^{[ 7 ]}การจำแนกประเภท Bautz-Morganแบ่งกระจุกกาแล็กซีออกเป็นประเภท I, II และ III โดยพิจารณาจากความสว่างสัมพัทธ์ของกาแล็กซี โดยประเภท I มีความคมชัดมากที่สุด และประเภท III มีความคมชัดน้อยที่สุด^{[ 8 ]}^{[ 9 ]}

ในฐานะเครื่องมือวัด

การเลื่อนความถี่เนื่องจากแรงโน้มถ่วง

ราเดค วอยทัก จากสถาบันนีลส์ โบห์ร มหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกน ได้ใช้กระจุกกาแล็กซีเพื่อทดสอบการคาดการณ์ของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปนั่นคือ การสูญเสียพลังงานจากแสงที่หลุดออกจากสนามโน้มถ่วง โฟตอนที่ปล่อยออกมาจากใจกลางกระจุกกาแล็กซีควรสูญเสียพลังงานมากกว่าโฟตอนที่มาจากขอบของกระจุก เนื่องจากแรงโน้มถ่วงที่ใจกลางนั้นแรงกว่า แสงที่ปล่อยออกมาจากใจกลางกระจุกมีความยาวคลื่นมากกว่าแสงที่มาจากขอบ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการเลื่อนแดงเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (gravitational redshift ) วอยทักใช้ข้อมูลที่รวบรวมจากกระจุกกาแล็กซี 8,000 กระจุกเพื่อศึกษาคุณสมบัติของการเลื่อนแดงเนื่องจากแรงโน้มถ่วงสำหรับการกระจายตัวของกาแล็กซีในกระจุก เขาพบว่าแสงจากกระจุกมีการเลื่อนแดงตามสัดส่วนของระยะทางจากใจกลางกระจุกตามที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปคาดการณ์ไว้ ผลลัพธ์นี้ยังสนับสนุนแบบจำลองสสารมืดเย็นแลมบ์ดา (Lambda-Cold Dark Matter model) ของเอกภพอย่างมาก ซึ่งระบุว่าจักรวาลส่วนใหญ่ประกอบด้วยสสารมืดที่ไม่ทำปฏิกิริยากับสสาร^{[ 10 ]}

การเลนส์ความโน้มถ่วง

กระจุกกาแล็กซียังใช้ประโยชน์จากศักยภาพแรงโน้มถ่วงที่แข็งแกร่งของพวกมันในฐานะเลนส์แรงโน้มถ่วงเพื่อเพิ่มระยะการมองเห็นของกล้องโทรทรรศน์^{[ 11 ]}การเลนส์แรงโน้มถ่วงที่เกิดจากกระจุกกาแล็กซีเหล่านี้ทำให้สามารถสังเกตกาแล็กซีที่อยู่ไกลออกไปในช่วงเริ่มต้น ซึ่งหากไม่มีสิ่งนี้จะไม่สามารถตรวจจับได้^{[ 12 ]}การบิดเบี้ยวของกาลอวกาศเนื่องจากแรงโน้มถ่วงเกิดขึ้นใกล้กับกระจุกกาแล็กซีขนาดใหญ่และเบี่ยงเบนเส้นทางของโฟตอนเพื่อสร้างแว่นขยายจักรวาล ซึ่งสามารถทำได้ด้วยโฟตอนที่มีความยาวคลื่นใดๆ ตั้งแต่ช่วงแสงไปจนถึงช่วงรังสีเอกซ์ ช่วงหลังนั้นยากกว่า เนื่องจากกระจุกกาแล็กซีปล่อยรังสีเอกซ์ออกมาเป็นจำนวนมาก^{[ 13 ]}อย่างไรก็ตาม การปล่อยรังสีเอกซ์ยังคงสามารถตรวจจับได้เมื่อรวมข้อมูลรังสีเอกซ์เข้ากับข้อมูลแสง กรณีหนึ่งโดยเฉพาะคือการใช้กระจุกกาแล็กซีฟีนิกซ์เพื่อสังเกตกาแล็กซีแคระในช่วงเริ่มต้นที่มีพลังงานสูงของการก่อตัวดาวฤกษ์^{[ 14 ]}

กระจุกกาแล็กซีที่น่าสนใจ

กระจุกกาแล็กซีที่โดดเด่นในเอกภพใกล้เคียง ได้แก่กระจุกกาแล็กซี เวอร์โก กระจุก กาแล็กซีฟอร์แน็ก ซ์ กระจุกกาแล็กซีเฮอร์คิวลีสและกระจุกกาแล็กซีโคมากลุ่มกาแล็กซีขนาดใหญ่มากที่รู้จักกันในชื่อ มหาแรงดึงดูด ( Great Attractor)ซึ่งมีกระจุกกาแล็กซี Norma เป็นศูนย์กลาง มีมวลมากพอที่จะส่งผลต่อการขยายตัวของเอกภพในบริเวณนั้นกระจุกกาแล็กซีที่โดดเด่นในเอกภพที่อยู่ไกลออกไปและมีค่าเรดชิฟต์สูง ได้แก่ SPT-CL J0546-5345 และSPT-CL J2106-5844ซึ่งเป็นกระจุกกาแล็กซีที่มีมวลมากที่สุดที่พบในเอกภพยุคแรก ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา ยังพบว่ากระจุกกาแล็กซีเหล่านี้เป็นแหล่งสำคัญของการเร่งอนุภาค ซึ่งเป็นลักษณะที่ค้นพบได้จากการสังเกตการปล่อยคลื่นวิทยุแบบกระจายที่ไม่ใช่ความร้อน เช่นฮาโลวิทยุและซากวิทยุการใช้กล้องโทรทรรศน์รังสีเอกซ์จันทรา (Chandra X-ray Observatory ) ยังพบโครงสร้างต่างๆ เช่น แนวปะทะเย็นและคลื่นกระแทก ในกระจุกกาแล็กซีหลายแห่งอีกด้วย


กลุ่ม	หมายเหตุ
กลุ่มดาวราศีกันย์	กระจุกกาแล็กซีขนาดใหญ่ที่อยู่ใกล้ที่สุด
กลุ่มนอร์มา	กลุ่มคลัสเตอร์ที่อยู่ใจกลางของGreat Attractor
กลุ่มกระสุน	การรวมตัวของกระจุกดาวที่สังเกตเห็นการแยกตัวครั้งแรกระหว่างสสารมืดและสสารปกติ
นี่คือรายชื่อกลุ่มคลัสเตอร์ที่โดดเด่นที่สุดบางส่วน หากต้องการดูรายชื่อคลัสเตอร์เพิ่มเติม โปรดดูบทความฉบับเต็ม

ในจักรวาลยุคแรก

ข้อมูลการสังเกตการณ์รวมจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์และหอดูดาวรังสีเอ็กซ์จันทราสำหรับกลุ่มกาแล็กซีต้นกำเนิดหรือ โปรโตคลัสเตอร์JADES-ID1บ่งชี้ว่าเอกภพขยายตัวและกำลังสร้างกลุ่มกาแล็กซีในช่วงแรกเริ่มของการวิวัฒนาการของเอกภพ^{[ 15 ]}^{[ 16 ]}^{[ 17 ]}

แกลเลอรี

ซ้าย: ภาพจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (2017) ขวา: ภาพจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (2022) ^{[ 18 ]}

สนามลึก – กระจุกกาแล็กซีSMACS J0723.3-7327 ^{[ 19 ]}^{[ 20 ]}^{[ 21 ]}^{[ 22 ]}^{[ 23 ]}^{[ 24 ]}

กระจุกกาแล็กซี Abell 2744 – กาแล็กซี ที่อยู่ไกลมาก ซึ่งถูกเปิดเผยโดยเลนส์ความโน้มถ่วง (16 ตุลาคม 2014) ^{[ 25 ]}^{[ 26 ]}

รูปภาพ

^{กระจุก}กาแล็กซีSPT-CL J0615-5746 [ ^{27 ]}
กระจุกกาแล็กซีRXC J0232.2-4420 ^{[ 28 ]}
กลุ่มกาแล็กซี RXC J0032.1+1808 เป็นส่วนหนึ่งของโครงการRELICS ^{[ 29 ]}
กระจุกกาแล็กซีขนาดใหญ่PSZ2 G138.61-10.84อยู่ห่างออกไปประมาณหกพันล้านปีแสง^{[ 30 ]}
HAWK-IและHubbleสำรวจ กระจุกดาว RCS2 J2327ซึ่งมีมวลสองพันล้านล้านเท่าของดวงอาทิตย์^{[ 31 ]}
Abell 2537มีประโยชน์ในการตรวจสอบปรากฏการณ์จักรวาล เช่น สสารมืดและพลังงานมืด^{[ 32 ]}
Abell 1300ทำหน้าที่เหมือนเลนส์ บิดเบือนโครงสร้างของอวกาศรอบตัวมัน^{[ 33 ]}
กระจุกกาแล็กซี WHL J24.3324-8.477 ^{[ 34 ]}
กาแล็กซีพื้นหลังถูกเลนส์ความโน้มถ่วงโดยกระจุกกาแล็กซีที่อยู่ระหว่างกลาง^{[ 35 ]}
ภาพ " รอยยิ้ม " – กระจุกกาแล็กซี (SDSS J1038+4849) และเลนส์โน้มถ่วง ( วงแหวนไอน์สไตน์ ) ( HST ) ^{[ 36 ]}
กลุ่มกาแล็กซีSpARCS1049ถ่ายโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์และฮับเบิล^{[ 37 ]}
กระจุกกาแล็กซีMOO J1142+1527ถูกค้นพบโดยโครงการสำรวจMaDCoWS
กระจุกกาแล็กซีAbell 2744 ( HST ) ^{[ 25 ]}
การขยายภาพจักรวาลอันไกลโพ้นผ่านMACS J0454.1-0300 ^{[ 38 ]}
ความปั่นป่วนอาจขัดขวางการเย็นตัวของกระจุกกาแล็กซี ดังภาพประกอบ: กระจุกกาแล็กซีเพอร์เซอุสและกระจุกกาแล็กซีเวอร์โก ( ภาพรังสีเอกซ์จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทรา )
MACS0416.1-2403ถ่ายโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (HST)
ภาพกระจุกกาแล็กซี Abell 2813 (หรือที่รู้จักกันในชื่อ ACO 2813) จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ของ NASA/ESA
กลุ่มกาแล็กซีมากมาย — กระจุกกาแล็กซีACO S 295
แสงแฟลร์จากเลนส์อวกาศ
กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลตรวจพบภาพสามภาพของซูเปอร์โนวาที่อยู่ไกลออกไป
กระจุกกาแล็กซีขนาดใหญ่ชื่อ WHL0137-08
กระจุกกาแล็กซีที่รู้จักกันในชื่อ "เอล กอร์โด"
การสังเกตการณ์จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์กลุ่มกาแล็กซีขนาดใหญ่ RX J2129 ^{[ 39 ]}