กาแล็กซี

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

ดาราจักร NGC 4414 ซึ่งเป็นดาราจักรแบบกังหันทั่วไป มีเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 56,000 ปีแสง และอยู่ห่างจากโลกประมาณ 60 ล้านปีแสง

ดาราจักร หรือ กาแล็กซี (อังกฤษ: Galaxy) เป็นกลุ่มของดาวฤกษ์นับล้านดวง กับตัวกลางระหว่างดวงดาวอันประกอบด้วยแก๊ส ฝุ่น และสสารมืด^[1][2] รวมอยู่ด้วยกันด้วยแรงดึงดูดร่วมกันของดาวแต่ละดวง คำนี้มีที่มาจากภาษากรีกว่า galaxias [γαλαξίας] หมายถึง "น้ำนม" ซึ่งสื่อโดยตรงถึงกาแล็กซีทางช้างเผือก (Milky Way) ดาราจักรโดยทั่วไปมีขนาดน้อยใหญ่ต่างกัน นับแต่กาแล็กซีแคระที่มีดวงดาวประมาณสิบล้านดวง^[3] ไปจนถึงกาแล็กซีขนาดยักษ์ที่มีดวงดาวนับถึงล้านล้านดวง^[4] โคจรรอบจุดศูนย์รวมมวลจุดเดียวกัน ในกาแล็กซีหนึ่งๆ ยังประกอบไปด้วยระบบดาวฤกษ์หลายระบบ กระจุกดาวจำนวนมาก และเมฆระหว่างดวงดาวหลายประเภท ดวงอาทิตย์ของเราเป็นหนึ่งในบรรดาดาวฤกษ์ในกาแล็กซีทางช้างเผือก เป็นศูนย์กลางของระบบสุริยะซึ่งมีโลกและวัตถุอื่นๆ โคจรโดยรอบ

ในอดีตมีการแบ่งกาแล็กซีเป็นประเภทต่างๆ โดยจำแนกจากลักษณะที่มองเห็นด้วยตา รูปแบบที่พบโดยทั่วไปคือกาแล็กซีทรงรี (Elliptical Galaxy)^[5] ซึ่งมีแสงปรากฏให้เห็นเป็นรูปทรงรี กาแล็กซีแบบกังหัน (Spiral Galaxy) เป็นกาแล็กซีรูปร่างแบนเหมือนจานซึ่งมีส่วนขอบเป็นเส้นโค้งของฝุ่น กาแล็กซีที่มีรูปร่างแปลกประหลาดเรียกว่า กาแล็กซีแบบพิเศษ (Peculiar Galaxy) ซึ่งมักเกิดจากการถูกรบกวนด้วยแรงดึงดูดของกาแล็กซีข้างเคียง การเกิดปฏิสัมพันธ์ระหว่างกาแล็กซีในลักษณะนี้ซึ่งอาจส่งผลให้กาแล็กซีมารวมตัวกัน ทำให้เกิดสภาวะที่ดาวฤกษ์มาจับกลุ่มกันมากขึ้นและกลายสภาพเป็นกาแล็กซีที่สร้างดาวฤกษ์ใหม่อย่างบ้าคลั่ง หรือกาแล็กซีดาวระเบิด (Starburst Galaxy) นอกจากนี้กาแล็กซีขนาดเล็กที่ปราศจากโครงสร้างอันเชื่อมโยงกลุ่มดาวก็มักถูกเรียกว่าเป็นกาแล็กซีแบบพิเศษเช่นกัน^[6]

เชื่อกันว่า มีกาแล็กซีอยู่ในเขตเอกภพในสังเกตการณ์ประมาณหนึ่งแสนล้านแห่ง^[7] กาแล็กซีส่วนใหญ่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 1,000 ถึง 100,000 พาร์เซก^[4] และแยกห่างจากกันและกันนับล้านพาร์เซก (หรือเมกะพาร์เซก)^[8] ช่องว่างระหว่างกาแล็กซีประกอบด้วยแก๊สเบาบางที่มีความหนาแน่นต่ำกว่า 1 อะตอมต่อลูกบาศก์เมตร กาแล็กซีส่วนใหญ่จะจับกลุ่มเป็นชุดๆ ที่มีความเกี่ยวข้องกัน เรียกว่า คลัสเตอร์ (Cluster) ในบางครั้งกลุ่มของกาแล็กซีนี้อาจมีขนาดใหญ่มาก เรียกว่าเป็น ซุปเปอร์คลัสเตอร์ (Supercluster) โครงสร้างขนาดมหึมาขึ้นไปกว่านั้นเป็นกลุ่มกาแล็กซีที่โยงใยถึงกันเรียกว่า ใยเอกภพ (Filament) ซึ่งกระจายอยู่ครอบคลุมเนื้อที่อันกว้างใหญ่ไพศาลของเอกภพ^[9]

แม้จะยังไม่เป็นที่เข้าใจนัก แต่สสารมืดก็ปรากฏครอบคลุมเป็นองค์ประกอบกว่า 90% ของมวลส่วนใหญ่ในกาแล็กซี ข้อมูลจากการสังเกตการณ์พบว่า น่าจะมีหลุมดำแบบซุปเปอร์แมสสิฟอยู่ที่บริเวณใจกลางของกาแล็กซีจำนวนมาก แม้จะไม่ใช่ทั้งหมด มีข้อเสนอว่ามันอาจเป็นสาเหตุเริ่มต้นของแกนกลางกาแล็กซีแอ็คทีฟ (Active Galactic Nucleus: AGN) ซึ่งพบที่บริเวณแกนกลางของกาแล็กซี ในกาแล็กซีทางช้างเผือกเองก็มีหลุมดำเช่นว่านี้อยู่ที่แกนกลางด้วยหนึ่งหลุม^[10]

[แก้] ที่มาของชื่อ

คำว่า กาแล็กซี มาจากคำศัพท์ในภาษากรีกที่ใช้เรียกกาแล็กซีของเรา คือ galaxias (γαλαξίας) หรือ kyklos galaktikos ซึ่งมีความหมายว่า "วงกลมน้ำนม" อันเนื่องมาจากลักษณะที่ปรากฏบนท้องฟ้า ในตำนานเทพปกรณัมกรีก เทพซูสมีบุตรคนหนึ่งกับสตรีชาวมนุษย์ คือ เฮราคลีส พระองค์วางบุตรผู้เป็นทารกบนทรวงอกของเทพีเฮราขณะที่นางหลับ เพื่อให้ทารกได้ดื่มน้ำนมของนางและจะได้เป็นอมตะ เมื่อเฮราตื่นขึ้นและพบว่าทารกแปลกหน้ากำลังดื่มนมจากอกนาง ก็ผลักทารกนั้นออกไป สายน้ำนมกระเซ็นออกไปบนฟากฟ้ายามราตรี เกิดเป็นแถบแสงจางๆ ซึ่งเป็นที่รู้จักกันว่า "ทางน้ำนม" (Milky Way; ไทยเรียก "ทางช้างเผือก")^[11]

ในบทความทางด้านดาราศาสตร์ คำว่า กาแล็กซี ที่สะกดอักษรต้นด้วยอักษรอังกฤษตัวใหญ่ ('Galaxy') จะใช้ในความหมายเฉพาะหมายถึงกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา เพื่อให้แตกต่างจากกาแล็กซีอื่นๆ

คำว่า "ทางน้ำนม" (Milky Way) ปรากฏครั้งแรกในวรรณกรรมภาษาอังกฤษ ในบทกวีของชอเซอร์ ดังนี้

"See yonder, lo, the Galaxyë
Which men clepeth the Milky Wey,
For hit is whyt."

—เจฟฟรีย์ ชอเซอร์, The House of Fame, ค.ศ. 1380^[12]

เมื่อวิลเลียม เฮอร์เชล จัดทำรายการวัตถุในอวกาศ เขาใช้ชื่อ "เนบิวลาแบบกังหัน" (spiral nebula) สำหรับเรียกวัตถุบางอย่างเช่น กาแล็กซี M31 ในเวลาต่อมาจึงพบว่าวัตถุนั้นเป็นการรวมกลุ่มอย่างหนาแน่นของดาวฤกษ์จำนวนมาก และได้ทราบระยะห่างอย่างแท้จริง มันจึงถูกเรียกว่า เอกภพเกาะ (island universes) อย่างไรก็ดี คำว่า เอกภพ จะใช้ในความเข้าใจที่หมายถึงห้วงอวกาศโดยรวมทั้งหมด ดังนั้นคำนี้จึงไม่ได้ใช้เรียกขานอีก และต่อมาเปลี่ยนชื่อเรียกเป็น กาแล็กซี^[13]

[แก้] ประวัติการสังเกตการณ์

การค้นพบว่าเราอาศัยอยู่ในกาแล็กซี และความจริงที่ว่ามีกาแล็กซีอยู่เป็นจำนวนมากมาย เกิดขึ้นพร้อมๆ กันกับการพบข้อเท็จจริงของทางช้างเผือก และเนบิวลาต่างๆ ที่อยู่บนท้องฟ้า

[แก้] ทางช้างเผือก

นักปรัชญาชาวกรีกชื่อ เดโมครีตุส (450-370 ปีก่อนคริสตกาล) เป็นผู้แรกที่เสนอว่าแถบสว่างบนฟากฟ้ายามราตรีที่รู้จักกันในชื่อ ทางช้างเผือก อาจจะประกอบด้วยดวงดาวที่อยู่ไกลจากโลกมากๆ^[14] นักดาราศาสตร์ชาวเปอร์เซียชื่อ อาบู รายาน อัล-บิรูนิ (Abū Rayhān al-Bīrūnī) (ค.ศ. 973-1048) ก็คิดว่ากาแล็กซีทางช้างเผือกเป็นที่รวมดาวฤกษ์มากมายเหมือนกลุ่มเมฆอันไม่อาจนับได้^[15] การพิสูจน์ทฤษฎีนี้เกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1610 เมื่อ กาลิเลโอ กาลิเลอี ศึกษากาแล็กซีทางช้างเผือกผ่านกล้องโทรทรรศน์ และค้นพบว่ามันประกอบด้วยดวงดาวจางๆ จำนวนมาก^[16] หนังสือเล่มหนึ่งในปี ค.ศ. 1755 อิมมานูเอล คานท์ วาดภาพกาแล็กซีจากผลงานก่อนหน้าของโทมัส ไรท์ โดยจินตนาการ (ได้ตรงเผง) ว่ากาแล็กซีน่าจะเป็นโครงสร้างหมุนวนที่ประกอบด้วยดาวฤกษ์จำนวนมากซึ่งดึงดูดกันและกันไว้ด้วยแรงโน้มถ่วง คล้ายคลึงกับระบบสุริยะ แต่ในระดับที่ใหญ่กว่ามากๆ เรามองเห็นแผ่นจานของดาวฤกษ์เหล่านั้นเป็นแถบอยู่บนท้องฟ้าได้เนื่องจากมุมมองของเราที่อยู่ภายในจานนั่นเอง คานท์ยังคิดไปอีกว่า เนบิวลาสว่างบางแห่งที่ปรากฏบนฟ้ายามค่ำคืนอาจเป็นกาแล็กซีอื่นที่แยกจากเราก็ได้^[17]

แผนภาพของกาแล็กซีทางช้างเผือกสร้างจากการเฝ้านับดวงดาวของ วิลเลียม เฮอร์เชล ในปี ค.ศ. 1785 โดยใช้สมมุติฐานว่าระบบสุริยะเป็นศูนย์กลาง

ความพยายามครั้งแรกที่จะบรรยายรูปร่างของทางช้างเผือกและตำแหน่งของดวงอาทิตย์ในกาแล็กซีนั้นเริ่มต้นขึ้นในปี ค.ศ. 1785 เมื่อ วิลเลียม เฮอร์เชล เฝ้านับดวงดาวบนท้องฟ้าส่วนต่างๆ อย่างละเอียด เขาสร้างแผนภาพของกาแล็กซีขึ้นโดยสมมุติว่าระบบสุริยะอยู่ใกล้กับศูนย์กลาง^[18][19] จากจุดเริ่มต้นที่ละเอียดละออนี้ เคปเทย์น สามารถสร้างภาพวาดกาแล็กซีทรงรีขนาดเล็ก (มีเส้นผ่านศูนย์กลางราว 15 กิโลพาร์เซก) โดยมีดวงอาทิตย์อยู่ใกล้ศูนย์กลางได้ในปี ค.ศ. 1920 ต่อมา ฮาร์โลว์ แชปลี่ย์ ใช้วิธีการที่แตกต่างออกไปโดยอ้างอิงจากรายชื่อดาวในคลัสเตอร์แบบกลม (Globular Cluster) สร้างเป็นภาพที่แตกต่างไปอย่างสิ้นเชิง คือแผ่นจานแบนมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 70 กิโลพาร์เซก ส่วนดวงอาทิตย์อยู่ห่างจากจุดศูนย์กลางมาก^[17] การวิเคราะห์ทั้งสองรูปแบบนี้ไม่สามารถอธิบายการดูดกลืนแสง (Extinction) โดยฝุ่นที่อยู่ระหว่างดวงดาวซึ่งปรากฏในแนวแกนของกาแล็กซีได้ แต่หลังจากที่จูเลียส ทรัมเปลอร์ สามารถระบุปริมาณของปรากฏการณ์นี้ในปี ค.ศ. 1930 โดยการศึกษาคลัสเตอร์แบบเปิด (Open Cluster) ภาพปัจจุบันของกาแล็กซีทางช้างเผือกของเราก็เป็นรูปเป็นร่างขึ้น^[20]

[แก้] เนบิวลา

ภาพร่างกาแล็กซีแบบเกลียวหมุน (Whirlpool Galaxy) วาดโดยลอร์ดรอสเซ ในปี ค.ศ. 1845

ในช่วงปลายคริสต์ทศวรรษที่ 18 ชาร์ลส เมสสิแยร์ รวบรวมรายชื่อเนบิวลา (วัตถุท้องฟ้าที่สว่างและปรากฏรูปร่างเหมือนกลุ่มแก๊ส) ที่สว่างที่สุด 109 รายการ และต่อมาวิลเลียม เฮอร์เชล รวบรวมรายชื่อเนบิวลาได้ในปริมาณมากกว่า คือ 5,000 รายการ^[17] ปี ค.ศ. 1845 ลอร์ดรอสเซ ได้สร้างกล้องโทรทรรศน์ใหม่ทำให้สามารถแยกแยะระหว่างเนบิวลาทรงกลมกับทรงรีออกจากกันได้ เขายังสามารถแยกแยะจุดแสงที่แยกจากกันในเนบิวลาเหล่านี้ได้อีกจำนวนหนึ่ง โดยใช้จินตนาการของคานท์เมื่อก่อนหน้านี้ซึ่งเขาเชื่อว่าน่าจะเป็นจริง^[21]

ปี ค.ศ. 1917 เฮเบอร์ เคอร์ติส สังเกตพบโนวา เอส แอนโดรเมดี ซึ่งอยู่ใน "เนบิวลาใหญ่แอนโดรเมดา" (วัตถุท้องฟ้าของเมสสิแยร์ หมาบเลข M31) เมื่อตรวจสอบบันทึกภาพถ่าย เขาพบโนวาเพิ่มอีก 11 แห่ง เคอร์ติสสังเกตว่าโนวาเหล่านี้มีค่าความสว่างเฉลี่ยที่จางกว่ากลุ่มที่อยู่ในกาแล็กซีของเรา 10 หน่วยแมกนิจูด ผลที่ได้คือเขาสามารถประเมินระยะห่างของโนวาเหล่านั้นได้ 150,000 พาร์เซก เขาเสนอสมมุติฐานที่เรียกชื่อว่า "เอกภพเกาะ" ซึ่งประกอบด้วยเนบิวลารูปกังหันอันเป็นกาแล็กซีที่แยกเป็นอิสระ^[22]

ภาพถ่ายของ "เนบิวลาใหญ่แอนโดรเมดา" ในปี 1899 ซึ่งต่อมาสามารถระบุได้ว่าเป็น กาแล็กซีแอนโดรเมดา

ในปี ค.ศ. 1920 มีการถกเถียงทางวิชาการเรียกว่า "การโต้วาทีครั้งใหญ่" (The Great Debate) ระหว่าง ฮาร์โลว์ แชปลีย์ กับ เฮเบอร์ เคอร์ติส เกี่ยวกับลักษณะทางธรรมชาติของทางช้างเผือก เนบิวลารูปกังหัน และขนาดของเอกภพ เคอร์ติสชี้ให้เห็นถึงแถบสีดำมืดกับกลุ่มฝุ่นที่อยู่บนทางช้างเผือก ซึ่งมีความสำคัญเช่นกันกับปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ เพื่อสนับสนุนแนวคิดของเขาว่า เนบิวลาใหญ่แอนโดรเมดาแท้จริงคือกาแล็กซีภายนอกแห่งหนึ่ง^[23]

ประเด็นนี้คลี่คลายลงได้ในช่วงต้นทศวรรษ 1920 เมื่อ เอ็ดวิน ฮับเบิลใช้กล้องโทรทรรศน์ตัวใหม่ของเขา และสามารถไขปริศนาขององค์ประกอบด้านนอกของเนบิวลารูปกังหันจำนวนหนึ่งได้ว่า มันประกอบด้วยดาวฤกษ์เดี่ยวๆ หลายดวง และสามารถระบุดาวแปรแสงประเภทซีฟีอิดได้อีกด้วย ทำให้เขาสามารถประเมินระยะห่างของเนบิวลาเหล่านั้นได้ว่ามันอยู่ห่างไกลจากโลกของเรามากกว่าทางช้างเผือกมาก^[24] ปี ค.ศ. 1936 ฮับเบิลสร้างระบบการจัดกลุ่มกาแล็กซีซึ่งยังคงใช้มาจนถึงปัจจุบัน เรียกว่า "ลำดับของฮับเบิล" (Hubble Sequence)^[25]

[แก้] งานวิจัยยุคใหม่

ปี ค.ศ. 1944 เฮนดริก แวน เดอ ฮัลสต์ ทำนายเรื่องการแผ่รังสีของคลื่นไมโครเวฟที่ความยาวคลื่น 21 ซม. ว่าเป็นผลจากแก๊สไฮโดรเจนระหว่างดวงดาว^[26] มีการตรวจพบการแผ่รังสีนี้ในปี ค.ศ. 1951 ซึ่งช่วยพัฒนาแนวทางการศึกษาเกี่ยวกับทางช้างเผือกมากขึ้น เพราะมันมิได้เกิดจากการดูดกลืนของฝุ่นในอวกาศ และปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ของมันก็ช่วยให้สามารถสร้างแผนที่การเคลื่อนที่ของแก๊สในกาแล็กซีได้ การสังเกตการณ์นี้ทำให้สามารถยืนยันถึงการเคลื่อนหมุนของแกนกลางกาแล็กซีด้วย^[27] ด้วยกล้องโทรทรรศน์วิทยุที่พัฒนายิ่งขึ้นทำให้สามารถตรวจจับแก๊สไฮโดรเจนได้ในกาแล็กซีอื่นๆ ด้วย

กราฟการหมุนตัวของกาแล็กซีแบบกังหันทั่วไป A คือการคาดการณ์ B คือสิ่งที่ได้จากการสังเกตจริง โดยวัดระยะทางจากแกนกาแล็กซี

ช่วงทศวรรษ 1970 เวอรา รูบิน นักดาราศาสตร์หญิง ศึกษาเรื่องความเร็วในการหมุนของแก๊สในกาแล็กซี และพบว่ามวลที่สังเกตได้โดยรวม (จากดวงดาวและแก๊ส) ไม่สอดคล้องกันกับความเร็วในการหมุนของแก๊ส ปัญหานี้จะสามารถอธิบายได้ด้วยการมีอยู่ของสสารมืดที่มองไม่เห็นจำนวนมหาศาล^[28]

เมื่อถึงช่วงทศวรรษ 1990 กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลช่วยเปิดเผยการค้นพบใหม่ๆ ที่พัฒนายิ่งขึ้น และการค้นพบประการหนึ่งก็คือ สสารมืดที่หายไปในกาแล็กซีของเราไม่อาจเป็นเพียงดาวฤกษ์เล็กๆ ที่จางมากแต่เพียงอย่างเดียว^[29] ในห้วงอวกาศลึกของฮับเบิล (Hubble Deep Field: HDF) ซึ่งเป็นพื้นที่ว่างเปล่าบนท้องฟ้ามานานแสนนาน ได้เผยให้เห็นว่ามีกาแล็กซีอื่นอีกราว 125,000 ล้านแห่งในเอกภพแห่งนี้^[30] เทคโนโลยีที่ก้าวหน้าขึ้นในการตรวจจับภาพสเปคตรัมซึ่งมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า (เช่นกล้องโทรทรรศน์วิทยุ กล้องอินฟราเรด และกล้องโทรทรรศน์เอ็กซเรย์) ช่วยให้เราสามารถตรวจพบกาแล็กซีอื่นๆ ที่กล้องฮับเบิลยังหาไม่พบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการค้นหากาแล็กซีที่อยู่ในห้วงอวกาศส่วนที่ถูกบังไว้ (คือส่วนที่อยู่ข้างหลังทางช้างเผือก) ทำให้มีจำนวนกาแล็กซีใหม่ถูกค้นพบมากขึ้น^[31]

[แก้] ประเภทและรูปร่างของกาแล็กซี

กาแล็กซีประเภทต่างๆ ตามการจัดแบ่งของฮัยเบิล E หมายถึงกาแล็กซีแบบรี (Elliptical) S หมายถึงกาแล็กซีแบบกังหัน (Spiral) และ SB คือแบบกังหันมีคาน (Barred-Spiral)

กาแล็กซีสามารถแบ่งออกได้เป็นสามประเภทใหญ่ๆ คือ แบบทรงรี แบบกังหัน และแบบพิเศษ นอกจากนี้ยังมีแบบอื่นๆ ที่กำหนดไว้ในลำดับของฮับเบิล ตามรายละเอียดปลีกย่อยของลักษณะปรากฏ ทั้งนี้ ลำดับของฮับเบิลได้แยกแยะประเภทของกาแล็กซีตามลักษณะภายนอกที่มองเห็น ดังนั้นจึงอาจมีคุณลักษณะสำคัญบางอย่างของกาแล็กซีที่ถูกละเลยไป เช่น อัตราการจับกลุ่มของดาวฤกษ์ (ในกาแล็กซีแบบดาวระเบิด) หรือสิ่งที่เกิดขึ้นในแกนกลาง (ในกาแล็กซีแอ็คทิฟ) เป็นต้น^[6]

[แก้] กาแล็กซีแบบรี

บทความหลัก : กาแล็กซีแบบรี

จากระบบการจัดประเภทกาแล็กซีของฮับเบิล มีการจัดระดับของกาแล็กซีแบบรีไว้ตามลักษณะความรี เริ่มตั้งแต่ E0 ซึ่งเป็นกาแล็กซีที่มีลักษณะเกือบกลม ไปจนถึง E7 ที่มีความเรียวยาวมาก กาแล็กซีเหล่านี้มีลักษณะพื้นฐานเป็นรูปทรงไข่ ทำให้สามารถมองเห็นมันเป็นทรงรีได้ไม่ว่าจะเปลี่ยนมุมมองไปในทางใด ภาพที่เห็นไม่สื่อถึงโครงสร้างนัก และไม่ค่อยมีส่วนประกอบของห้วงอวกาศระหว่างดาว ทำให้กาแล็กซีเหล่านี้มีส่วนประกอบของคลัสเตอร์แบบเปิดค่อนข้างน้อย และมีอัตราการเกิดดาวฤกษ์ใหม่น้อยลงด้วย กาแล็กซีประเภทนี้มักเป็นกาแล็กซีที่มีอายุมาก ดาวฤกษ์แก่ๆ จะโคจรไปรอบจุดศูนย์กลางของแรงโน้มถ่วงในทิศทางต่างกันไม่เป็นระเบียบ ในแง่นี้มันจึงมีความคล้ายคลึงกับคลัสเตอร์แบบกลมขนาดเล็ก^[32]

กาแล็กซีที่ใหญ่ที่สุดเป็นกาแล็กซีแบบรี เชื่อกันว่ากาแล็กซีแบบรีหลายแห่งก่อตัวขึ้นจากปฏิกิริยาระหว่างกาแล็กซี (Interacting Galaxy) ทำให้เกิดการแตกสลายแล้วรวมตัวเข้าด้วยกัน มันอาจขยายตัวขึ้นจนมีขนาดมหึมา (เมื่อเทียบกับกาแล็กซีแบบกังหัน) และกาแล็กซีแบบรีขนาดยักษ์มักพบอยู่ใกล้กับแกนกลางของคลัสเตอร์กาแล็กซีใหญ่ๆ^[33] กาแล็กซีดาวระเบิดเป็นผลจากการสลายตัวและรวมตัวของกาแล็กซี และอาจก่อตัวกลายเป็นกาแล็กซีทรงรีได้^[32]

[แก้] กาแล็กซีแบบกังหัน

บทความหลัก : กาแล็กซีแบบกังหัน

กาแล็กซีซอมบรีโร กาแล็กซีแบบกังหันไม่มีคาน ภาพถ่ายจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล

กาแล็กซี NGC 1300; ตัวอย่างของกาแล็กซีแบบกังหันมีคาน ภาพถ่ายจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล

กาแล็กซีแบบกังหันประกอบด้วยแถบจานหมุนของดาวฤกษ์และพื้นที่ว่างระหว่างดวงดาว พร้อมกับกระเปาะโป่งนูนบริเวณกึ่งกลางซึ่งเป็นกลุ่มดาวฤกษ์ที่มีอายุเก่าแก่ จากกระเปาะนูนตรงกลางเป็นแขนกังหันสว่างทอดออกไป ตามระบบการจัดกลุ่มกาแล็กซีของฮับเบิล กาแล็กซีแบบกังหันอยู่ในรายชื่อกลุ่ม "เอส" (S) ตามด้วยอักษร (a, b หรือ c) ซึ่งเป็นตัวบอกระดับความแน่นของแขนกังหันและขนาดของกระเปาะที่ศูนย์กลาง กาแล็กซีแบบ Sa จะมีแขนกังหันที่บีบแน่น ไม่ค่อยเห็นเป็นแขนชัดเจนนัก และมีพื้นที่แกนกลางค่อนข้างใหญ่ ในทางตรงข้าม กาแล็กซีแบบ Sc จะมีแขนกังหันที่กว้าง เห็นเป็นแขนชัดเจน และมีพื้นที่แกนกลางที่ค่อนข้างเล็ก^[34]

แขนกังหันของกาแล็กซีแบบกังหันนั้นมีลักษณะคล้ายคลึงกับก้นหอยลอการิทึม ซึ่งเป็นรูปแบบที่สามารถแสดงให้เห็นในทางทฤษฎีได้ว่าเกิดจากการรบกวนมวลของดาวฤกษ์ที่หมุนวนไปในทางเดียวกัน แขนกังหันมีการเคลื่อนที่ไปรอบๆ ศูนย์กลางเช่นเดียวกันกับดาวฤกษ์ แต่มันเคลื่อนไปด้วยความเร็วเชิงมุมที่คงที่ หมายความว่า ดาวฤกษ์ต่างๆ จะเคลื่อนเข้าและออกจากแขนกังหัน โดยที่ดาวฤกษ์ใกล้แกนกาแล็กซีมีการโคจรเร็วกว่าแขน ส่วนดาวฤกษ์ส่วนที่อยู่รอบนอกจะโคจรช้ากว่าแขน เชื่อกันว่าแขนกังหันเป็นส่วนที่มีความหนาแน่นของสสารสูง หรือเป็น "คลื่นหนาแน่น" เมื่อดาวฤกษ์เคลื่อนผ่านแขน ความเร็วของระบบดาวแต่ละระบบจะเปลี่ยนแปลงไปตามแรงโน้มถ่วงของส่วนที่มีความหนาแน่นสูงกว่า (ความเร็วจะกลับคืนเป็นปกติหลังจากดาวฤกษ์เคลื่อนออกจากส่วนนอกของแขน) ปรากฏการณ์นี้คล้ายคลึงกับ "คลื่น" ในการเคลื่อนที่ของรถยนต์บนถนนที่ติดขัด เราสามารถมองเห็นแขนกังหันได้เนื่องจากความหนาแน่นของดาวฤกษ์ทำให้เกิดเป็นภาพรวมกลุ่มของดาว ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ที่สว่างและยังมีอายุน้อย

กาแล็กซีแบบกังหันส่วนใหญ่มักจะมีแถบแบนเหมือนคานของดาวฤกษ์ขยายออกไปจากแกนกลาง ไปบรรจบกับแนวแขนกังหันของกาแล็กซี^[35] ตามระบบการจัดแบ่งประเภทกาแล็กซีของฮับเบิล กาแล็กซีแบบนี้จัดเป็นประเภท SB ตามด้วยตัวอักษรเล็ก (a, b หรือ c) ซึ่งระบุลักษณะของแขนกังหัน (ทำนองเดียวกันกับการอธิบายลักษณะเพิ่มเติมของกาแล็กซีแบบกังหันตามปกติ) แถบคานของกาแล็กซีนี้ เชื่อว่าเป็นเพียงโครงสร้างชั่วคราวซึ่งอาจเกิดขึ้นจากการแผ่ความหนาแน่นของคลื่นออกจากแกนกลาง หรืออาจเกิดจากการเกิดปฏิสัมพันธ์กับกาแล็กซีอื่น^[36] กาแล็กซีแบบกังหันมีคานส่วนมากเป็นแบบแอ็คทิฟ อันอาจเป็นผลจากการที่แก๊สไหลผ่านแขนกังหันเข้าไปสู่แกนกลาง^[37]

สำหรับกาแล็กซีของเราเป็นกาแล็กซีแบบกังหันมีคานขนาดใหญ่^[38] มีเส้นผ่านศูนย์กลางราว 30 กิโลพาร์เซก และมีความหนาประมาณ 1 กิโลพาร์เซก มีดาวฤกษ์อยู่ประมาณ 200,000 ล้านดวง^[39] และมีมวลรวมประมาณ 600,000 ล้านเท่าของมวลของดวงอาทิตย์^[40]

[แก้] กาแล็กซีแบบอื่นๆ

Hoag's Object ตัวอย่างกาแล็กซีแบบวงแหวน ภาพถ่ายจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล

กาแล็กซีแบบพิเศษคือการก่อตัวของกาแล็กซีที่มีคุณลักษณะผิดปกติอันเนื่องมาจากการเกิดปฏิสัมพันธ์กับกาแล็กซีอื่น ตัวอย่างเช่น กาแล็กซีแบบวงแหวน ซึ่งมีโครงของกลุ่มดาวฤกษ์เรียงตัวกันคล้ายวงแหวน มีมวลสารระหว่างดวงดาวคั่นอยู่รอบแกนกลาง เชื่อว่ากาแล็กซีแบบวงแหวนเกิดขึ้นจากการที่กาแล็กซีขนาดเล็กเคลื่อนที่ผ่านแกนกลางของกาแล็กซีแบบกังหัน^[41] เหตุการณ์นี้อาจเกิดขึ้นกับกาแล็กซีแอนโดรเมดาก็ได้ เพราะเมื่อตรวจจับการแผ่รังสัอินฟราเรดจะพบว่ามีโครงสร้างวงแหวนหลายชั้นอยู่รอบๆ กาแล็กซี^[42]

กาแล็กซีแบบเลนติคูลาร์ เป็นกาแล็กซีที่มีรูปร่างกึ่งๆ ระหว่างแบบรีกับแบบกังหัน ถูกจัดกลุ่มตามลำดับของฮับเบิลเป็นกาแล็กซีประเภท S0 มีแขนกังหันจางๆ ที่ไม่ชัดเจน และมีกลุ่มดาวฤกษ์รวมตัวกันเป็นทรงรีด้วย^[43] (สำหรับกาแล็กซีแบบเลนติคูลาร์มีคาน จัดเป็นกาแล็กซีประเภท SB0)

กาแล็กซี NGC 5866 ตัวอย่างกาแล็กซีแบบเลนติคูลาร์ ภาพถ่ายจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล

นอกเหนือจากการจัดประเภทของกาแล็กซีตามที่บรรยายไว้ข้างต้นแล้ว ยังมีกาแล็กซีอีกจำนวนหนึ่งที่ไม่สามารถจัดกลุ่มเป็นทั้งแบบทรงรีหรือแบบกังหัน จึงเรียกกาแล็กซีเหล่านี้ว่า "กาแล็กซีแบบไร้รูปร่าง" กาแล็กซีประเภท Irr-I อาจมีโครงสร้างให้เห็นบ้าง แต่ไม่ชัดเจนพอจะจัดประเภทตามระบบกาแล็กซีของฮับเบิล ส่วนกาแล็กซีประเภท Irr-II นั้นไม่ปรากฏโครงสร้างใดๆ ให้เห็นพอจะจัดประเภทตามระบบกาแล็กซีของฮับเบิลได้เลย และมักมีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างอยู่เสมอ^[44] ตัวอย่างของกาแล็กซีแบบไร้รูปร่าง (กาแล็กซีแคระ) ได้แก่ เมฆแมกเจลแลน

[แก้] กาแล็กซีแคระ

บทความหลัก : กาแล็กซีแคระ

แม้กาแล็กซีที่โดดเด่นสะดุดตาและเป็นที่รู้จักคือกาแล็กซีแบบรีและกาแล็กซีแบบกังหัน แต่ความเป็นจริง กาแล็กซีส่วนมากในเอกภพเป็นกาแล็กซีแคระ กาแล็กซีขนาดเล็กเหล่านี้มีขนาดเล็กกว่าทางช้างเผือกราวหนึ่งในร้อยเท่านั้น ประกอบด้วยดาวฤกษ์เป็นจำนวนเพียงไม่กี่พันล้านดวง ยังมีกาแล็กซีขนาดจิ๋วอีกหลายแห่งที่เพิ่งค้นพบเมื่อเร็วๆ นี้ โดยมีขนาดราว 100 พาร์เซกเท่านั้น^[45]

กาแล็กซีแคระหลายแห่งอาจโคจรรอบกาแล็กซีอื่นที่มีขนาดใหญ่กว่า กาแล็กซีทางช้างเผือกเองมีกาแล็กซีขนาดเล็กโคจรอยู่รอบๆ ราวหนึ่งโหล จากจำนวนที่ค้นพบแล้วราว 300-500 แห่ง^[46] กาแล็กซีแคระอาจมีรูปร่างแบบทรงรี แบบกังหัน หรือแบบไร้รูปร่างก็ได้ แต่กาแล็กซีแคระทรงรีมักไม่ค่อยดูเหมือนกาแล็กซีแบบรีที่มีขนาดใหญ่ มันจึงมักถูกเรียกว่าเป็นกาแล็กซีแคระรูปไข่ (dwarf spheroidal galaxies) มากกว่า

[แก้] สภาวะความเปลี่ยนแปลงที่ผิดปกติ

[แก้] ปฏิกิริยาระหว่างกาแล็กซี

บทความหลัก : Interacting Galaxy

กาแล็กซีแอนเทนนา ขณะกำลังแตกสลายและรวมตัวใหม่ ภาพถ่ายจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล

กาแล็กซีต่างๆ ในคลัสเตอร์หนึ่งอยู่ห่างจากกันโดยเฉลี่ยเพียงไม่เกินความกว้างเส้นผ่านศูนย์กลางของมันเอง ด้วยเหตุนี้จึงมีปฏิกิริยาระหว่างกาแล็กซีเหล่านี้เกิดขึ้นอยู่เนืองๆ และมีส่วนสำคัญอย่างยิ่งต่อกระบวนการเปลี่ยนแปลงของกาแล็กซี กาแล็กซีที่อยู่ใกล้กันมากๆ จะทำให้เกิดปฏิกิริยาระหว่างกัน (tidal Interaction) เกิดการบิดผันรูปร่างจนคดโค้ง และอาจมีการแลกเปลี่ยนแก๊สกับฝุ่นระหว่างกันด้วย^[47][48]

การแตกสลายของกาแล็กซีเกิดขึ้นเมื่อกาแล็กซีสองแห่งเคลื่อนตัดผ่านกันและกัน และเกิดโมเมนตัมสัมพัทธ์มากพอที่มันจะไม่รวมตัวเข้าด้วยกัน ดาวฤกษ์ในกาแล็กซีเหล่านี้มักเคลื่อนผ่านไปโดยตรงได้โดยไม่แตกสลาย อย่างไรก็ดี แก๊สและฝุ่นของกาแล็กซีทั้งสองแห่งจะมีปฏิกิริยาต่อกัน เมื่อมวลสารระหว่างดวงดาวถูกรบกวนและบีบอัดอย่างรุนแรง อาจทำให้เกิดการระเบิดและก่อตัวเป็นดาวฤกษ์ได้ การแตกสลายของกาแล็กซีสามารถทำให้เกิดการบิดผันรูปร่างของกาแล็กซีข้างใดข้างหนึ่งหรือทั้งสองข้างอย่างรุนแรง และอาจทำให้เกิดโครงสร้างแบบคาน แบบวงแหวน หรือแบบมีหางเกิดขึ้นก็ได้^[47][48]

กรณีสุดโต่งของการเกิดปฏิกิริยาระหว่างกาแล็กซี คือการรวมตัวกันของกาแล็กซี ในกรณีนี้ โมเมนตัมสัมพัทธ์ของกาแล็กซีทั้งสองแห่งต้องมีไม่มากพอ ทำให้มันไม่สามารถเคลื่อนผ่านกันและกันไปได้ ตรงกันข้าม มันจะค่อยๆ รวมตัวเข้าด้วยกันกลายเป็นกาแล็กซีใหม่ที่มีขนาดใหญ่กว่าเดิม การรวมตัวกันสามารถทำให้รูปร่างของกาแล็กซีใหม่แตกต่างไปจากรูปแบบของกาแล็กซีเดิม หากกาแล็กซีข้างใดข้างหนึ่งมีมวลมากกว่า จะเกิดผลลัพธ์ที่เรียกว่า "cannibalism" กาแล็กซีที่ใหญ่กว่าจะยังคงรูปเหมือนก่อนการรวมตัวได้ ส่วนกาแล็กซีที่เล็กกว่าจะแตกเป็นเสี่ยงๆ กาแล็กซีทางช้างเผือกกำลังอยู่ในกระบวนการนี้เช่นกัน โดยมีกาแล็กซีแคระแบบรีกลุ่มดาวคนยิงธนู และ กาแล็กซีแคระกลุ่มดาวสุนัขใหญ่ กำลังเคลื่อนผ่าน^[47][48]

[แก้] การระเบิดของดาวฤกษ์

บทความหลัก : กาแล็กซีดาวระเบิด

M82 ต้นแบบของกาแล็กซีแบบดาวระเบิด ภาพถ่ายจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล

ดาวฤกษ์ก่อกำเนิดขึ้นในกาแล็กซีได้โดยการจับกลุ่มกันของแก๊สเย็นที่รวมตัวอยู่ในกลุ่มเมฆโมเลกุลขนาดยักษ์ (Giant Molecular Clouds) กาแล็กซีบางแห่งมีการก่อเกิดดาวฤกษ์ใหม่ในอัตราที่สูงมากเป็นพิเศษ รู้จักกันในชื่อว่า "กาแล็กซีดาวระเบิด" แม้มันจะยังคงสภาพเช่นนั้น อย่างไรก็ดี มันจะใช้แก๊สสะสมในกรอบเวลาที่น้อยกว่าช่วงอายุของกาแล็กซี ดังนั้นการระเบิดเพื่อก่อดาวฤกษ์ใหม่มักใช้เวลานานเพียงสิบล้านปี ซึ่งนับเป็นช่วงเวลาที่สั้นเมื่อเทียบกับอายุของกาแล็กซี กาแล็กซีดาวระเบิดถือเป็นเรื่องปกติในยุคต้นของเอกภพ^[49] ในปัจจุบัน ยังคงมีสภาวะดังกล่าวทำให้เกิดดาวใหม่ในอัตราประมาณ 15%^[50]

กาแล็กซีดาวระเบิดประกอบไปด้วยฝุ่นแก๊สหนาแน่นและดาวฤกษ์เกิดใหม่ รวมถึงมวลดาวฤกษ์ในกลุ่มเมฆรอบๆ ซึ่งก่อตัวเป็นกลุ่มเมฆ