เอกภพและกาแล็กซี

1. เอกภพ
นายกันต์ธนากร น้อยเสนา
nu@mwit.ac.th

2. พื้นฐานเกี่ยวกับเอกภพในยุคแรก
ในยุคแรก แนวความคิดเกี่ยวกับเอกภพมีขอบเขตจากัดมาก
เนื่องจากพัฒนาการทางด้านแนวความคิด ประสบการณ์และ
เครื่องมือต่างๆ ยังอยู่ในวงแคบ คนโบราณมีความเชื่อว่าโลกแบนและ
มีวัตถุรูปครึ่งทรงกลมซึ่งมีช่องโหว่เป็นจานวนนับร้อยนับพันกระจาย
อยู่ทั่วผิว แล้วจินตนาการด้วยการใช้โดมแบ่งเอกภพออกเป็นด้าน
นอกเป็นโลกของเทพและด้านในก็เป็นโลกของมนุษย์

3. ชาวอียิปต์โบราณ เชื่อว่าดวงอาทิตย์เป็นเทพ
สุริยะ (SUN GOD) ซึ่งทุกวันจะประทับ
เรือข้ามท้องฟ้ า ซึ่งเป็นหลังของเทพดารา
(STARRY GODDESS)

4. เอกภพกาเนิดได้อย่างไร
ทฤษฎีการระเบิดครั้งใหญ่ หรือบิกแบง (Big Bang)
ทฤษฎีสภาวะคงที่ (Steady State Theory)

6. STEADY STATE THEORY
เสนอโดย บอนดี (Bondi) โกลด์ (Gold) และฮอยส์
(Hoyle)
แม้เอกภพจะกาลังขยายตัวอยู่ก็ตาม แต่อัตราการกระจาย
ของกาแลกซี่และอัตราการเกิดใหม่ของกาแลกซี่นั้นอยู่ใน
สภาพสมดุล ซึ่งแสดงว่าสถานภาพของเอกภพคงตัว หรือ
แม้ว่าขนาดจะเพิ่มมากขึ้น แต่ความหนาแน่นของสสารในเอก
ภพไม่เปลี่ยนแปลง

7. BIG BANG
เสนอโดย อับเบ จอร์ช เลเมตเทรอ ( Abbe Georges
Lemaitre )
ณ จุดเริ่มต้นของเอกภพนั้น สสารทุกอย่างรวมตัวกัน
หนาแน่นมากจนเป็นมวลเดียวที่ปริมาตรเป็นศูนย์ไม่ว่าจะเป็น
อวกาศ กาแลกซี่ อนุภาคต่างๆ หรือแม้แต่เวลา เรียกบริเวณ
ดังกล่าวว่า “ซิงกูลาริตี้”(singularity) จากนั้นเอกภพมี
การขยายตัวออกอย่างรุนแรงและเริ่มต้นนับเวลาทันที

9. เกิดอนุภาคพื้นฐานขึ้น

10. FERMIONS
BOSONS

17. หลักฐานที่สนับสนุนทฤษฎีขอบิกแบง
การค้นพบของฮับเบิลว่ากาแล็กซีกาลังเคลื่อนที่หนีห่าง
ออกจากันด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นตามระยะทาง กาแล็กซี
ที่อยู่ไกลยิ่งเคลื่อนที่ห่างออกไปเร็วกว่ากาแล็กซีที่อยู่ใกล้
การค้นพบคลื่นรังสีความร้อนระดับไมโครเวฟ มี
อุณหภูมิประมาณ 3 เคลวิน กระจาย อยู่ทั่วไปในเอก
ภพอย่างสม่าเสมอ

18. กฎของฮับเบิล (HUBBLE’S LAW)
เอ็ดวิน ฮับเบิล (Edwin Hubble) ได้ศึกษา
แถบสเปกตรัมของกาแลกซี่ซึ่งเลื่อนไปทางสีแดง
(galaxies’ red shifts) และได้ค้นพบ
หลักการขยายตัวของเอกภพ
กาแล็กซีกาลังวิ่งหนีห่างออกจากกัน

20. กฎของฮับเบิล (HUBBLE’S LAW)
จากกราฟได้ความสัมพันธ์
V=Hr
H คือค่าคงที่ของฮับเบิล
กฎของฮับเบิลกล่าวว่ากาแล็กซีที่ยิ่งอยู่ไกลมากเท่าใดก็ยิ่ง
เคลื่อนที่ห่างจากเรามากกว่ากาแล็กซีที่อยู่ใกล้

21. จากข้อสมมติฐานทั้ง 2 ข้อ และทฤษฎีสัมพัทธภาพ
ทั่วไป ทาให้ได้แบบจาลองของเอกภพขึ้นมา 3 แบบที่
กาลังมีการขยายตัว เรียกว่า เอกภพปิด (Closed)
เอกภพแบน (Flat) และเอกภพเปิด (Open)

22. แบบจาลองของเอกภพ
เอกภพปิด (Closed)
เอกภพแบน (Flat)
เอกภพเปิด (Open)

24. เอกภพปิด(CLOSED UNIVERSE)
เอกภพปิด(Closed Universe) : นั่นคือเอกภพมีความหนาแน่น
ของมวลสารและ พลังงาน มากเพียงพอ จนแรงโน้มถ่วงสามารถเอาชนะแรงดัน
ออกหลังจากการระเบิด ครั้งใหญ่ได้ ในที่สุดเอกภพจะหดตัวกลับ และถึงจุด
จบที่เรียกว่า บิ๊กครันช์ (Big Crunch)

25. เอกภพแบน (FLAT UNIVERSE)
เอกภพแบน (Flat Universe) : นั่นคือ เอกภพมีความ
หนาแน่นของมวลสารและพลังงาน ในระดับที่แรงโน้มถ่วงสมดุลกับ
แรงดันออกหลังจากการระเบิดครั้งใหญ่ ในที่สุดเอกภพจะขยายตัว แต่
ด้วยอัตราที่ช้าลงเรื่อยๆ

26. เอกภพเปิด (OPEN UNIVERSE)
เอกภพเปิด (Open Universe): นั่นคือ เอกภพมีความ
หนาแน่นของมวลสารและ พลังงาน ต่าเกินไป ทาให้แรงโน้มถ่วง ไม่
สามารถเอาชนะแรงดันออกหลังจากการ ระเบิดครั้งใหญ่ได้ เอกภพ
จะขยายตัวอย่างต่อเนื่องไปเรื่อย ๆ เรียกว่า บิ๊กชิลล์ (Big Chill)

27. รูปร่างทางเรขาคณิตของเอกภพ
(พลังงานจลน์ในการขยายตัว) = (พลังงานศักย์โน้มถ่วง) + (พลังงานรวม)
ถ้ามองภาพว่าเอกภพเปรียบเสมือนเปลือกทรงกลมที่
กาลังขยายตัวออกจากจุดศูนย์กลางด้วยพลังงานจลน์
ที่หลงเหลือมาจากการระเบิดครั้งใหญ่ของเอกภพ แต่
ในขณะเดียวกันมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงอันเนื่องจาก
มวลทั้งหมดของเอกภพคอยดึงให้เอกภพมีการยุบตัว
เข้าสู่ศูนย์กลางดังนั้นสามารถแบ่งเป็น 3 กรณี
ดังต่อไปนี้

28. OPEN UNIVERSE
พลังงานจลน์ในการขยายตัวของเอกภพสามารถ
เอาชนะพลังงานศักย์โน้มถ่วงได้ (พลังงานรวมเป็น
บวก) เอกภพก็จะขยายตัวออกไปเรื่อยๆ ไม่มีที่
สิ้นสุด

29. CLOSED UNIVERSE
พลังงานศักย์โน้มถ่วงสามารถเอาชนะพลังงานจลน์
ในการขยายตัวของเอกภพได้ (พลังงานรวมเป็น
ลบ) เอกภพจะขยายตัวถึงจุดหนึ่งแล้วจึงค่อยยุบตัว
ลง

30. FLAT UNIVERSE
พลังงานจลน์และพลังงานศักย์จะเท่ากันในที่สุด
(พลังงานรวมเป็นศูนย์) เอกภพจะขยายตัวจนถึง
จุดๆ หนึ่งแล้วหยุดนิ่ง

31. เรขาคณิตของเอกภพจะเป็นดัง
เรขาคณิตตามความหมายทางคณิตศาสตร์ ไม่ได้หมายความว่าเอกภพจะมีรูปร่าง
ดังกล่าวตามเงื่อนไขของพลังงาน แต่จะสามารถพบคุณสมบัติทางเรขาคณิตของเอก
ภพเหมือนกับคุณสมบัติทางเรขาคณิตบนรูปร่างต่างๆกันไป

32. กาเนิดและวิวัฒนาการของกาแล็กซี

34. ชนิดของกาแล็กซี
ฮับเบิล(Hubble) นักดาราศาสตร์แห่งหอสังเกตการณ์เมาท์วิล
สัน (Mount Wilson Observatory) ได้ศึกษา
และจาแนกออก เป็น 3 ประเภทคือ
กาแล็กซีแบบทรงรี (Elliptical Galaxy)
กาแล็กซีแบบกังหัน (Spiral Galaxy)
กาแล็กซีแบบรูปร่างไม่ปกติ (Irregular Galaxy)

35. กาแล็กซีแบบทรงรี (ELLIPTICAL GALAXY)

36.  กาแล็กซีที่พบจานวนมากนั้น นักดาราศาสตร์พบว่ามีรูปร่างแบบทรงรี ซึ่งมีขนาดใหญ่ที่สุดมี
มวลประมาณ 1013 เท่าของมวลของดวงอาทิตย์ และมีเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 105
พาร์เซก กาแล็กซีแบบทรงรีขนาดยักษ์ (Giant Elliptical)ดังกล่าวนี้ ค่อนข้างจะหา
ยาก แต่ที่พบมากที่สุดได้แก่ กาแล็กซีขนาดเล็ก (Dwarf Elliptical) ซึ่งมีมวล
ประมาณ 2.3 ล้านเท่าของดวงของดวงอาทิตย์ และมีเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 2000
พาร์เซค(parsec, pc).เท่านั้น กาแล็กซีขนาดเล็กดังกล่าวนี้สังเกตการณ์ได้โดยใช้กล้อง
ดูดาวขนาดใหญ่มาก ซึ่งต้องประกอบด้วยอุปกรณ์วัดสัญญาณทางอิเล็กโทรนิคส์ และ
คอมพิวเตอร์ที่มีความไวสูง เช่น เครื่องคู่ควบประจุ (Charge Coupled
Device, CCD) เครื่องขยายความเข้มของภาพ (Image Intensifier)
เป็นต้น

39. กาแล็กซีแบบกังหัน (SPIRAL GALAXY)
กาแล็กซีแบบนี้ พบว่าประกอบด้วย บริเวณใจกลาง
ที่มีดาวอยู่รวมกันหนาแน่น เรียกว่า”นิวเคลียส
(Nucleus)” และมีแขนยื่นม้วนออกไปใน
ลักษณะกังหัน (Spiral) ทั้งนิวเคลียสและแขน
กังหัน ประกอบขึ้นจากดาวฤกษ์ ฝุ่นและก๊าซ

41. ชนิด Sa แขนกังหันรอบนิวเคลียสค่อนข้างกระชับ
มากและมีนิวเคลียสขนาดใหญ่
ชนิด Sb แขนกังหันเริ่มคลายออกบ้าง และ
นิวเคลียสมีขนาดเล็กลง กาแล็กซีทาง ช้างเผือก
และกาแล็กซีแอนโดรเมดา จัดอยู่ในประเภทนี้
ชนิด Sc แขนกังหันกางออกมาและมีนิวเคลียส
ขนาดเล็ก

47. กาแล็กซีแบบรูปร่างไม่ปกติ (IRREGULAR GALAXY)
กาแล็กซีที่ค้นพบทั้งหมด พบว่ามีจานวนประมาณ 2.3 % ที่มี
รูปร่างไม่แน่นอน ซึ่งไม่อาจจัดได้ว่าเป็นแบบทรงรีหรือแบบกังหันปกติ
ได้ แบ่งเป็น สอง ประเภท
Irregular I หรือ Irr I เป็นกาแล็กซีแบบรูปร่างไม่ปกติ ที่
สามารถสังเกตเห็นดาวฤกษ์ ชนิด O และ B ตลอดจนบริเวณของ
กลุ่มไฮโดรเจนที่ไอออไนซ์ได้อย่างเด่นชัด
Irregular II หรือ Irr II เป็นกาแล็กซีแบบรูปร่างไม่ปกติ ที่ไม่
สามารถมองเห็นดาวหรือกลุ่มก๊าซต่างๆ ได้เลย

53. การชนกันของกาแล็กซี

54. RED SHIFT & BLUE SHIFT