กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ เปิด 5 ภาพแรกแห่งประวัติศาสตร์

กว่า 3 ทศวรรษนับตั้งแต่โครงการ "กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์" (James Webb Space Telescope: JWST) ได้ถูกวางแผนเอาไว้ ต้องผ่านอุปสรรคหลากหลาย ทั้งความซับซ้อนทางด้านเทคโนโลยีที่ต้องใช้เทคโนโลยีมากมายที่ยังไม่มีในขณะนั้น เทคโนโลยีหลายสิ่งต้องถูกพัฒนาขึ้นมา กว่าจะมาถึงขั้นตอนการส่งจรวดขึ้นไป 

วิธีการอันซับซ้อนของตั้งแต่การขนส่ง กางออก ติดตั้ง หล่อเย็น กระบวนการตรวจสอบอุปกรณ์ ผ่านความมุมานะ และการทำงานร่วมกันนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรจำนวนมากจากทั่วทุกมุมโลก และในที่สุดเมื่อทุกอย่างเกี่ยวกับโครงการผ่านไปได้ด้วยดีแล้ว เราถึงเวลาที่จะได้ชมภาพแรกกัน

กว่าจะได้มาซึ่งภาพแรกทั้ง 5 ภาพของ JWST นั้น ต้องผ่านคณะกรรมการจำนวนมากที่ร่วมกันกลั่นกรองว่าวัตถุแรกๆ ที่ JWST จะเผยให้กับมวลมนุษยชาตินั้นคือภาพอะไร มีข้อพิจารณามากมาย ตั้งแต่ตำแหน่งของ JWST ในปัจจุบัน ที่สามารถศึกษาท้องฟ้าได้เพียงบางส่วนเพื่อหลีกเลี่ยงพลังงานที่อาจจะมาจากดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และโลก 

ภาพที่บันทึกได้นั้น ต้องถูกนำมาประมวลผลข้อมูลอีกหลายขั้นตอน จากแสงที่ตาของมนุษย์มองไม่เห็นให้อยู่ในภาพที่มนุษย์สามารถทำความเข้าใจได้ รวมถึงการคัดเลือกสีมาเพื่อใช้แสดงข้อมูลอันซับซ้อนต่างๆ  ขั้นตอนทั้งหลายเหล่านี้ ไม่ใช่เพียงเพื่อแสดงศักยภาพของกล้องโทรทรรศน์อวกาศตัวใหม่ล่าสุดของมนุษย์โลก 

แต่ยังต้องสะท้อนถึงความหมายทางวิทยาศาสตร์ที่ซ่อนอยู่ รวมทั้งยังต้องสื่อถึงสุนทรียศาสตร์ที่มนุษย์สามารถชื่นชมได้ เพื่อแสดงให้เห็นธรรมชาติของเอกภพที่เราอาศัยอยู่ได้อย่างสัตย์จริงที่สุด

และนี่คือภาพสีทั้ง 5 ภาพแรก ที่ถูกบันทึกเอาไว้โดย "กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์"

Deep Field - "SMACS 0723"

ภาพ “ห้วงอวกาศลึก” (Deep Field) ภาพแรกของ JWST เป็นภาพที่เปิดเผยไปแล้วก่อนหน้านี้ โดยประธานาธิบดี โจ ไบเดน ภาพนี้เต็มไปด้วยกาแล็กซีเป็นจำนวนมาก นอกจากดาวสว่างในกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา ที่สังเกตเห็นได้เป็นหกแฉกแล้ว แทบจะทุกจุดในภาพนี้เป็นกาแล็กซีที่อยู่ห่างไกลออกไปจากกาแล็กซีของเรา

ภาพของกระจุกกาแล็กซีที่แสดงกาแล็กซีพื้นหลังจำนวนนับไม่ถ้วนสุดลูกหูลูกตาเท่าที่จะสามารถสังเกตได้นี้ เป็นภาพที่แสดงถึงศักยภาพของ JWST ได้เป็นอย่างดี เราจะเห็นได้ว่าด้วยความสามารถของเว็บบ์ นั้น เบื้องหลังของภาพทุกภาพ วัตถุทุกวัตถุ และแทบทุกทิศทางที่เว็บบ์หันไป เราอาจจะพบกับกาแล็กซีอีกกาแล็กซีหนึ่งที่ยังรอคอยการค้นพบอยู่ด้านหลังดวงดาวอันมากมายในกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา

ภาพ Deep Field นี้ มีจุดกึ่งกลางอยู่ที่กระจุกกาแล็กซี SMACS 0723 ซึ่งอยู่ห่างออกไป 4,600 ล้านปีแสง แต่เบื้องหลังกระจุกกาแล็กซีนี้นั้นยังมีกาแล็กซีอื่นอีกมาก และด้วยปรากฏการณ์ “เลนส์ความโน้มถ่วง” ที่สามารถเบี่ยงทิศทางของแสงของกาแล็กซีเบื้องหลังเหล่านี้ออกไป ตามทฤษฎีที่ไอสไตน์ทำนายไว้ จึงทำให้ภาพนี้คล้ายกับภาพของการมองผ่าน “แว่นขยาย” 

ที่เปิดเผยรายละเอียดของกาแล็กซีที่ห่างไกลออกไปที่เราไม่เคยเห็นมาก่อนได้ รวมถึงบริเวณก่อกำเนิดดาวฤกษ์ดวงแรกๆ ในเอกภพ ที่สามารถสังเกตเห็นได้ในภาพของกาแล็กซีอันห่างไกลเหล่านี้

และเนื่องจากหลายกาแล็กซีเบื้องหลังในภาพนี้ เป็นกาแล็กซีที่ห่างไกลออกไปหลายหมื่นล้านปีแสง จึงเปรียบได้กับการย้อนเวลากลับไปสังเกตในยุคที่กาแล็กซีแรกๆ เพิ่งถือกำเนิดขึ้นมาในเอกภพ และด้วยความสามารถในการแยกแสงสเปกตรัมด้วยอุปกรณ์ NIRSpec ของ JWST 

ทำให้เราสามารถศึกษาธาตุองค์ประกอบจากดาวฤกษ์ดวงแรกๆ ได้ และสิ่งที่เราพบก็คือ “ธาตุไฮโดรเจน และออกซิเจนอะตอมแรกๆ” ที่ถูกสร้างขึ้นในเอกภพของเรา ซึ่งเป็นกระบวนการเดียวกันกับกำเนิดออกซิเจนแบบเดียวกันกับที่เรากำลังหายใจเข้าไปอยู่ ณ เวลานี้

Exoplanet - "WASP-96 b"

“ภาพ” นี้คือ “สเปกตรัม” ของดาวเคราะห์นอกระบบ WASP-96 b ที่อยู่ห่างออกไป 1,150 ปีแสง ดาวเคราะห์ดวงนี้จัดเป็นดาวเคราะห์แก๊สที่มีขนาดใหญ่ใกล้เคียงกับดาวพฤหัสบดี แต่มีมวลเพียงครึ่งหนึ่ง และโคจรรอบดาวฤกษ์ด้วยระยะห่างที่ใกล้กว่าวงโคจรของดาวพุธ จึงทำให้พื้นผิวของดาวเคราะห์ดวงนี้ร้อนมาก ร้อนเกินกว่าที่จะพบน้ำในรูปของเหลวใดๆ บนพื้นผิว

ในขณะที่ดาวเคราะห์นอกระบบ WASP-96b โคจรผ่านหน้าดาวฤกษ์นั้น แสงจากดาวบางส่วนจะถูกบดบังโดยดาวเคราะห์ และบางส่วนจะถูกดูดกลืนโดยโมเลกุลของแก๊สในชั้นบรรยากาศ อุปกรณ์ NIRISS ของ JWST สามารถแยกสเปกตรัมของแสงเหล่านี้ออกมา เพื่อศึกษาย่านความถี่ที่มีการดูดกลืนเพิ่มไป เมื่อเทียบกับขณะที่ไม่ได้มีการบดบังเอาไว้ได้ จากรูปแบบการดูดกลืนโดยเฉพาะของสารประกอบ จึงทำให้นักดาราศาสตร์สามารถศึกษาองค์ประกอบของโลกที่อยู่ห่างไกลออกไปได้

ครั้งนี้จึงนับเป็นสเปกตรัมแรกของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่ถูกบันทึกเอาไว้โดย JWST และนับเป็นครั้งแรกของโลกที่เราสามารถศึกษาสเปกตรัมของดาวเคราะห์นอกระบบในช่วงคลื่นนี้ได้ ผลที่ได้คือ “การพบหลักฐานของโมเลกุลของน้ำในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นี้อย่างชัดเจน และพบหลักฐานของเมฆ และหมอกในชั้นบรรยากาศของดาวดวงนี้” 

ข้อมูลสเปกตรัมเช่นนี้ จะช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถวัดปริมาณของไอน้ำในชั้นบรรยากาศ ประมาณอุณหภูมิในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ และประเมินปริมาณของธาตุอื่นๆ เช่น คาร์บอนและออกซิเจนได้ 

แม้ว่าดาวเคราะห์ WASP-96 b นี้น่าจะอยู่ใกล้ดาวฤกษ์ และร้อนเกินกว่าที่จะเป็นไปได้ว่าจะมีสิ่งมีชีวิตบนดาวดวงนี้ได้ แต่ความละเอียดของสเปกตรัม และความรวดเร็วที่ JWST สามารถศึกษาองค์ประกอบของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะได้นั้น บ่งบอกได้ถึงศักยภาพของ JWST ที่จะสามารถค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะได้อีกในอนาคต

เพราะ WASP-96 b นั้นก็ยังคงเป็นเพียงดาวดวงแรกที่ JWST ได้ใช้เวลาอันน้อยนิดในการสังเกต ท่ามกลางดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะอีกกว่า 5,000 ดวงที่ได้รับการยืนยันแล้ว และยังอีกมากที่ยังไม่เคยพบ เราคงต้องรอดูกันว่า JWST จะค้นพบน้ำ หรือโมเลกุลอื่นในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์แบบใดอีกในอนาคตอันใกล้

Stellar Death - "Southern Ring Nebula"

Southern Ring Nebula หรือ NGC 3132 เป็นเนบิวลาดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างออกไป 2,500 ปีแสง เนบิวลาดาวเคราะห์เกิดขึ้นเมื่อดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์สิ้นอายุขัย และปลดปล่อยมวลในช่วงบั้นปลายบางส่วนออก เหลือทิ้งไว้เพียงแกนกลางของดาวที่ร้อนจัด ที่แผ่รังสีออกไปรอบๆ

ดาวฤกษ์ ณ กึ่งกลางของ Southern Ring Nebula ได้ทำการปลดปล่อยฝุ่นและแก๊สออกไปทุกทิศทางมาตลอดระยะเวลาหลายพันปี แก๊สที่ถูกปลดปล่อยออกมาเป็นชั้นๆ ถูกรบกวนโดยดาวฤกษ์อีกดวงหนึ่งที่โคจรรอบๆ ดาวที่สิ้นอายุขัย ก่อให้เกิดโครงสร้างจำนวนมากมายท่ามกลางแก๊สที่ถูกปลดปล่อยออกมาเหล่านี้

ภาพในย่านอินฟราเรดใกล้ (ซ้าย) ที่บันทึกโดยอุปกรณ์ NIRCam เปิดเผยให้เห็นถึงโครงสร้างอันสลับซับซ้อนของชั้นแก๊สที่ถูกปลดปล่อยออกมาในช่วงสีส้มของภาพ ซึ่งมาจากการเปล่งรังสีของไฮโดรเจน นอกจากนี้ภายนอกเรายังสามารถสังเกตเห็นแนวลำแสงที่ดูราวกับเป็นเส้นตรงออกมาจากกึ่งกลางของเนบิวลา 

ซึ่งเกิดจากแสงที่ลอดผ่านช่องโปร่งในแถบฝุ่นออกมา คล้ายกับช่วงเย็นที่ลำแสงของดวงอาทิตย์ลอดผ่านช่องระหว่างเมฆบนโลก ในขณะที่บริเวณกึ่งกลางนั้นยังคงเต็มไปด้วยแสงที่แทนด้วยสีฟ้า ซึ่งส่องสว่างเนื่องจากได้รับพลังงานจากดาวที่อยู่กึ่งกลาง

หากเราพิจารณาภาพที่ได้ในย่านอินฟราเรดกลาง (ขวา) โดยอุปกรณ์ MIRI

เราจะพบบริเวณของเมฆโมเลกุลที่กำลังก่อตัวที่แทนด้วยโครงสร้างแสงสีฟ้า และนอกจากนี้ เรายังสามารถพบเห็นดาวบริวารทั้งสองของระบบดาวคู่ ณ กึ่งกลางเนบิวลา ถึงแม้ว่าเราจะมีหลักฐานมานานแล้วว่าระบบดาวนี้เป็นระบบดาวคู่ แต่นี่เป็นครั้งแรกที่เราสามารถสังเกตในช่วงอินฟราเรดได้ละเอียดมากพอจนสามารถทำการสังเกตการณ์ดาวฤกษ์ดวงนี้ได้

นอกจากนี้ เรายังพบว่าแม้กระทั่งเบื้องหลังของแก๊สอันส่องสว่างเหล่านี้ ก็ยังสามารถสังเกตเห็นกาแล็กซีที่อยู่เบื้องหลังที่ห่างออกไปอีกหลายล้านปีแสงได้อีกด้วย

อ่านเพิ่มเติม : 

**NIRCam- Near Infrared Camera https://shorturl.at/BCFQ0

***MIRI-Mid-infrared Instrument: MIRI  #JamesWebbTheSeriesEp2 ระบบควบคุมอุณหภูมิของ JWST  https://shorturl.at/ixX49

Galaxy - "Stephan’s Quintet"

Stephan’s Quintet เป็นกลุ่มของกาแล็กซี 5 กาแล็กซีที่มีตำแหน่งปรากฏอยู่ใกล้กันมาก 4 กาแล็กซีในภาพนี้ถูกยึดเหนี่ยวเอาไว้ด้วยแรงโน้มถ่วงและอยู่ห่างออกไป 290 ล้านปีแสง กาแล็กซีเหล่านี้กำลังหมุนไปรอบๆ ซึ่งกันและกัน และอยู่ในระหว่างกระบวนการรวมตัวกัน และจะค่อยๆ รวมตัวกันกลายเป็นกาแล็กซีเดียวไปในที่สุด

ภาพที่เห็นนี้เป็นภาพที่บันทึกในย่านอินฟราเรดใกล้และอินฟราเรดกลาง มีพื้นที่ประมาณ 1 ใน 5 ของขนาดปรากฏของของดวงจันทร์ และประกอบขึ้นจากภาพรวมกันกว่า 1,000 ภาพ ที่มาต่อกันเป็น mosaic มีความละเอียดกว่า 150 ล้านพิกเซล

ด้วยความละเอียดของเว็บบ์นั้น ทำให้เราสามารถสังเกตเห็นดาวฤกษ์เดี่ยวบางดวงในแต่ละกาแล็กซีได้ และสามารถสังเกตเห็นแถบฝุ่น ซึ่งเป็นบริเวณที่ดาวฤกษ์กำลังก่อตัวขึ้นใหม่ท่ามกลางกาแล็กซีเหล่านี้ รวมถึงแถบฝุ่นที่เกิดขึ้นใหม่เนื่องมาจากการชนกันของกาแล็กซี ซึ่งเปรียบได้กับห้องทดลองที่จะช่วยให้นักดาราศาสตร์ได้ศึกษาการก่อตัวของกาแล็กซี และการรบกวนที่เกิดขึ้นกับแก๊สระหว่างกาแล็กซี และดาวฤกษ์ที่เกิดใหม่ได้

ในกาแล็กซี NGC 7319 ด้านบนขวาของภาพ เราจะพบกับบริเวณกึ่งกลางที่ส่องสว่างเป็นอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในย่านคลื่นอินฟราเรดกลาง ซึ่งเป็นบริเวณของมวลที่กำลังตกลงสู่หลุมดำมวลยิ่งยวด ณ ใจกลางของกาแล็กซีนี้ ในแต่ละวินาทีหลุมดำมวลยิ่งยวดนี้เปล่งแสงสว่างออกมามากกว่าดวงอาทิตย์ถึงกว่า 40 ล้านเท่า การศึกษาการกระจายตัวของแก๊สผ่านทางฟิลเตอร์ต่างๆ ของ JWST จะช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถศึกษาเกี่ยวกับกลไกของหลุมดำมวลยิ่งยวด ณ ใจกลางกาแล็กซีได้

นอกจากนี้ จุดในเบื้องหลังของภาพเหล่านี้ คือ กาแล็กซีอีกมากที่อยู่ห่างไกลออกไป บ่งบอกถึงโอกาสในการค้นพบทางดาราศาสตร์อื่นๆ อีกมากอันไม่มีที่สิ้นสุดจาก JWST

Stellar Birth - "Carina Nebula"

ภาพที่เปรียบได้กับภาพวาดของ “ภูผา” นี้ คือภาพของบริเวณก่อกำเนิดดาวฤกษ์ NGC 3324 ใน Carina Nebula 

ภาพนี้มีชื่อว่า “Cosmic Cliff”  เป็นภาพใกล้เคียงกับภาพที่เคยบันทึกเอาไว้โดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลในบริเวณเดียวกัน เป็นเพียงบริเวณส่วนเล็ก ๆ ภายใน NGC 3324 ที่แก๊สและฝุ่นในเนบิวลากำลังถูกลมสุริยะจากดาวฤกษ์ใกล้เคียงด้านบนของภาพปัดเป่าออกไป 

จนมีลักษณะปรากฏคล้ายกับทิวเขา โครงสร้างจำนวนมากและรูโหว่ทุกรูในบริเวณนี้ เป็นผลที่เกิดขึ้นจากลมสุริยะที่ค่อยๆ ปัดเป่าสสารออกไปรอบๆ และก่อตัวเนบิวลานี้ขึ้นมาจนถึงทุกวันนี้

แต่สิ่งที่ทำให้ภาพนี้แตกต่างจากภาพของฮับเบิลเป็นอย่างมากนั้น มาจากย่านคลื่นอินฟราเรดของเว็บบ์ ที่แตกต่างออกไปจากฮับเบิล การศึกษาในช่วงอินฟราเรดนั้นทำให้เราสามารถที่จะมองทะลุฝุ่นและแก๊สอันหนาทึบของเนบิวลา และเปิดเผยให้เห็นถึงดาวฤกษ์จำนวนหลายร้อยดวงที่ยังไม่เคยมีใครสังเกตเห็นได้มาก่อน

การศึกษาบริเวณก่อกำเนิดดาวฤกษ์นี้จะช่วยให้นักดาราศาสตร์เข้าใจได้มากขึ้นเกี่ยวกับกระบวนการกำเนิดดาวฤกษ์ การปะทะกันของลมสุริยะกับเนบิวลา อาจจะก่อให้เกิดการรวมตัวกันของแก๊ส และนำไปสู่การรวมตัวเป็นดาวฤกษ์ใหม่ในที่สุด 

แต่ในทางกลับกัน การปัดเป่าที่แรงเกินไปก็อาจจะกำจัดวัสดุที่จำเป็นในการก่อตัว และยับยั้งการก่อตัวใหม่ไปในที่สุด กระบวนการทั้งสองนี้จึงเป็นกระบวนการที่มีความละเอียดอ่อนเป็นอย่างมาก ซึ่งเว็บบ์จะช่วยให้เราสามารถเข้าใจกระบวนการเหล่านี้ได้ดียิ่งขึ้นได้

และกระบวนการเหล่านี้เอง ที่เป็นกระบวนการเดียวกันกับการก่อกำเนิดระบบสุริยะและโลกของเรา วัสดุต่างๆ ที่เรากำลังเห็นในภาพนี้ จึงเป็นวัสดุเดียวกันกับที่เราทุกคนถือกำเนิดขึ้นมา และสิ่งที่เรากำลังพบเห็นนั้นก็คือต้นกำเนิดหนึ่ง ที่กลายมาเป็นมนุษย์ทุกคนบนโลกของเราในทุกวันนี้

จากภาพเหล่านี้ เราพบว่า "กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์" นั้น สามารถทำได้ทุกอย่างที่นักวิทยาศาสตร์ และวิศวกรได้ออกแบบเอาไว้ สามารถทำทุกอย่างที่ฮับเบิลทำได้โดยใช้เวลาเพียงเสี้ยวหนึ่งของฮับเบิล 

นอกจากนี้ ยังสามารถทำอีกหลายสิ่งที่ไม่เคยมีใครหรืออุปกรณ์ใดทำได้มาก่อน เป็นที่แน่ชัดแล้วว่ากล้องเจมส์ เว็บบ์ นั้นจะสามารถค้นพบสิ่งใหม่ๆ และวัตถุใหม่ๆ ที่ไม่มีใครเคยเห็นมาก่อนได้ และนี่คือใจความสำคัญของโครงการนี้

ภาพทั้งหมดนี้ เป็นภาพถ่ายที่บันทึกภายในเวลาเพียง 5 วันเท่านั้น นับตั้งแต่นี้เป็นต้นไป จะมีการค้นพบอะไรใหม่ๆ อีกบ้าง นักดาราศาสตร์ต่างก็คาดหวังเป็นอย่างมากว่าข้อมูลใหม่ที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ จะมอบให้นั้น จะช่วยไขอีกหลายปริศนาที่ยังคงไร้คำตอบ และสิ่งที่สำคัญยิ่งกว่านั้น คือคำถามและปริศนาอีกมากที่เราไม่อาจจินตนาการถึง ที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศลำนี้จะได้มอบให้มนุษยชาติของเราได้ศึกษาค้นหาคำตอบกันต่อไปอีกอย่างแน่นอน

เรียบเรียง : ดร. มติพล ตั้งมติธรรม - นักวิชาการดาราศาสตร์ สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

ภาพจาก www.nasa.gov/webbfirstimages