การสังเกตให้เบาะแสเกี่ยวกับประวัติศาสตร์จักรวาลในยุคแรกนักดาราศาสตร์อาจเห็นละอองดาวที่เก่าแก่ที่สุดบางส่วนที่เคยสร้างขึ้นในจักรวาล
นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ Nicolas Laporte แห่ง University College London และเพื่อนร่วมงานได้ตรวจพบฝุ่นในกาแลคซีที่มองเห็นได้เหมือนกับ ตอนที่เอกภพมีอายุ เพียง600 ล้านปี “เราอาจจะได้เห็นละอองดาวดวงแรกของจักรวาล” ลาปอร์ตกล่าว ข้อสังเกตซึ่งตีพิมพ์ออนไลน์ในวันที่ 8 มีนาคมในAstrophysical Journal Lettersสามารถช่วยให้นักดาราศาสตร์เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับช่วงแรกๆ ที่เรียกว่าการรีออไนเซชันของจักรวาล เมื่อรังสีอัลตราไวโอเลตดึงอิเล็กตรอนออกจากอะตอมไฮโดรเจน
Michal Michalowski นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยเอดินบะระ
ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษานี้ กล่าวว่า ฝุ่นมีอยู่ทั่วไปในกาแลคซีใกล้เคียงและห่างไกลมากขึ้น แต่จนถึงเมื่อไม่นานนี้ ตรวจพบได้ยากในเอกภพยุคแรกๆ “เอกสารนี้นำเสนอกาแลคซีที่ห่างไกลที่สุดซึ่งตรวจพบฝุ่น”
กาแลคซีที่เรียกว่า A2744_YD4 อยู่หลังกระจุกกาแลคซีที่เรียกว่า Abell 2744 กระจุกดาวนั้นทำหน้าที่เป็นเลนส์โน้มถ่วง ซึ่งขยายและทำให้แสงของดาราจักรไกลโพ้นสว่างขึ้นประมาณสองเท่า Laporte และเพื่อนร่วมงานได้สำรวจกาแลคซีด้วย ALMA ซึ่งเป็นอาร์เรย์มิลลิเมตร/มิลลิเมตรขนาดใหญ่ของ Atacama ในชิลี ซึ่งเผยให้เห็นฝุ่น
ฝุ่นในดาราจักรที่ห่างไกลเช่นนี้มาจากการระเบิดซุปเปอร์โนวาของดาวมวลสูงซึ่งอยู่ในหมู่ดาวฤกษ์ดวงแรกสุดในเอกภพ นักดาราศาสตร์ประเมินว่าดาวฤกษ์ดวงแรกก่อตัวขึ้นราว 400 ล้านปีหลังจากบิ๊กแบง ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อ 13.8 พันล้านปีก่อน Laporte และเพื่อนร่วมงานประเมินว่าฝุ่นของ A2744_YD4 ที่ 600 ล้านปีหลังบิ๊กแบง มีน้ำหนักประมาณ 6 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ “นี่หมายความว่าการระเบิดของซุปเปอร์โนวาสามารถผลิตฝุ่นจำนวนมากได้อย่างรวดเร็ว” มิคาลอฟสกีกล่าว
Laporte และคณะยังได้ตรวจพบอะตอมของออกซิเจนที่มีประจุบวกหรือแตกตัวเป็นไอออน และลายเซ็นของไฮโดรเจน ซึ่งบ่งชี้ว่าก๊าซของดาราจักรนั้นแตกตัวเป็นไอออน
การรีออไนเซชันของจักรวาลทำให้เอกภพเริ่มต้นใหม่โดยสมบูรณ์ ดังนั้นการแตกตัวเป็นไอออนมากกว่าอะตอมที่เป็นกลางจะแผ่กระจายไปทั่วพื้นที่ การทำความเข้าใจการเปลี่ยนจากอะตอมที่เป็นกลางไปเป็นอะตอมที่แตกตัวเป็นไอออนจะช่วยให้ทราบว่าดาวและกาแลคซีเกิดขึ้นได้อย่างไรในเอกภพยุคแรก การค้นพบออกซิเจนที่แตกตัวเป็นไอออนในดาราจักรห่างไกลดังกล่าว “แสดงหลักฐานว่าอย่างน้อยเศษเสี้ยวของการรีออไนเซชันในจักรวาลเกิดจากกาแลคซีอย่าง A2744_YD4” Michalowski กล่าว
จนถึงปัจจุบัน นักดาราศาสตร์ได้จัดทำแผนภูมิประวัติศาสตร์ของดาราจักรในยุคแรกๆ
โดยการนับและดูที่สีของดาราจักร ริชาร์ด เอลลิส ผู้เขียนร่วมศึกษาด้านจักรวาลวิทยาซึ่งขณะนี้กำลังลาจาก University College London ที่หอดูดาว European Southern Observatory การจำแนกฝุ่นในเอกภพอันไกลโพ้นเป็นเส้นทางใหม่ในการพิจารณาว่าดาราจักรแรกสุดก่อตัวขึ้นเมื่อใด โดยอิงจากปริมาณออกซิเจน ซิลิกอน และธาตุหนักอื่นๆ ที่มีอยู่มากมาย องค์ประกอบหนักน้อยกว่าจะชี้ไปที่ดาราจักรอายุน้อยกว่าและอายุน้อยกว่า
การตรวจจับออกซิเจนที่แตกตัวเป็นไอออนยังสามารถบอกเป็นนัยว่าหลุมดำแฝงตัวอยู่ที่ศูนย์กลางของ A2744_YD4 ออกซิเจนที่แตกตัวเป็นไอออนซึ่งมองเห็นได้จากสัญญาณที่ปล่อยออกมาในความยาวคลื่นมิลลิเมตร อาจสร้างได้ยากจากดาวร้อนอายุน้อยเพียงลำพัง อาจจำเป็นต้องมีแหล่งกำเนิดรังสีไอออไนซ์ที่รุนแรงอีกแหล่งหนึ่ง เช่น หลุมดำ เพื่อพิจารณาลายเซ็น “โชคไม่ดีที่มีท่อปล่อยก๊าซเพียงเส้นเดียว เราไม่สามารถอ้างว่ามีหลุมดำใน A2744_YD4 ได้อย่างแน่นอน” เอลลิสกล่าว
เพื่อทดสอบแนวคิดเหล่านี้ นักดาราศาสตร์ต้องการข้อมูล แหล่งที่ดีที่สุดตอนนี้มาจากดาวเคราะห์ที่ผ่านหน้าหรือผ่านหน้าดาวของพวกมันเป็นระยะ ( SN: 4/30/16, p. 32 ) ในระหว่างการเดินทาง แสงดาวบางส่วนจะเคลื่อนผ่านชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ และโมเลกุลในชั้นบรรยากาศดูดซับความถี่เฉพาะของแสงนั้น การวิเคราะห์อย่างละเอียดถี่ถ้วนว่าความถี่ใดถูกดูดซับ และเท่าใด สามารถเปิดเผยการมีอยู่ของไอน้ำและสารประกอบอื่นๆ ได้โดยตรง และสามารถเปิดเผยพารามิเตอร์ของสภาพอากาศ เช่น อุณหภูมิและความดัน ที่กำหนดว่าน้ำในของเหลวมีความยั่งยืนหรือไม่
เมื่อพูดถึงดาวเคราะห์แคระ M ที่อาศัยอยู่ได้ “เรายังไม่มีข้อมูลใดๆ” บาร์นส์กล่าว “จุดข้อมูลทุกจุดจะมีขนาดใหญ่และเปิดหน้าต่างใหม่สู่โลกเหล่านี้” การตรวจจับล่าสุดอย่างหนึ่งกำลังบอก: ดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวแคระ M อายุประมาณ 5 พันล้านปี ชื่อ Gliese 1132 ดูเหมือนจะมีชั้นบรรยากาศที่อาจมีไอน้ำหรือมีเทนจอห์น เซาท์เวิร์ธ นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยคีลในอังกฤษ และเพื่อนร่วมงานรายงานในวารสาร April Astronomical Journal ดาวเคราะห์ซึ่งมีมวลประมาณ 1.6 เท่าของโลก อยู่ใกล้ดาวฤกษ์มากเกินไปจนไม่สามารถอยู่อาศัยได้ แต่มันแสดงให้เห็นว่า 5 พันล้านปีหลังจากการก่อตัว ดาวเคราะห์ที่แนบชิดดาวแคระ M สามารถรักษาชั้นบรรยากาศไว้ได้
