'นักดาราศาสตร์' เผยโฉม 5 ภาพสีชุดแรก ในห้วงอวกาศไกลโพ้นนับพันล้านปีแสงจากกล้องอวกาศ 'เจมส์ เว็บบ์'

'ผู้เชี่ยวชาญด้านดาราศาสตร์' เผยโฉม ภาพสี 5 ภาพแรก ในห้วงอวกาศ อยู่ห่างออกไปนับพันล้านปีแสง ที่ถูกบันทึกโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศ 'เจมส์ เว็บบ์' นักดาราศาสตร์หวังจะช่วยไขปริศนาอีกหลายอย่างที่ยังไม่มีคำตอบให้มนุษยชาติได้

13 ก.ค.2565 - ดร. มติพล ตั้งมติธรรม ผู้เชี่ยวชาญด้านดาราศาสตร์ สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) กระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม โพสต์เฟซบุ๊กว่า

เผยโฉม ภาพแรกทั้ง 5 จาก JWST

หลังจากเวลากว่า 3 ทศวรรษนับตั้งแต่โครงการกล้องโทรทรรศน์อวกาศ เจมส์ เว็บบ์ (James Webb Space Telescope: JWST) ได้ถูกวางแผนเอาไว้ ต้องผ่านอุปสรรคหลากหลาย ทั้งความซับซ้อนทางด้านเทคโนโลยีที่ต้องใช้เทคโนโลยีมากมายที่ยังไม่มีในขณะนั้น และต้องพัฒนาขึ้นมา กว่าจะมาถึงขั้นตอนการส่งจรวดขึ้นไป ขั้นตอนอันซับซ้อนของการขนส่ง กางออก ติดตั้ง หล่อเย็น กระบวนการตรวจสอบอุปกรณ์ ผ่านความมุมานะ และการทำงานร่วมกันนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรเป็นจำนวนมากจากทั่วทุกมุมโลก และในที่สุดเมื่อทุกอย่างเกี่ยวกับโครงการผ่านไปได้ด้วยดีแล้ว เราก็มาถึงเวลาที่จะได้ชมภาพแรกกัน

กว่าจะได้มาเป็นภาพแรกทั้ง 5 ของ JWST นั้น มีคณะกรรมการมากมาย ที่จะต้องพิจารณาว่าวัตถุแรกๆ ที่ JWST จะเผยให้กับประชาชนโลกนั้นคืออะไร มีข้อพิจารณามากมาย ตั้งแต่ตำแหน่งของ JWST ในปัจจุบัน ที่สามารถศึกษาท้องฟ้าได้เพียงบางส่วนเพื่อหลีกเลี่ยงพลังงานที่อาจจะมาจากดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และโลก การสรรหาวัตถุเป้าหมายที่ไม่เพียงแต่จะสามารถแสดงศักยภาพของกล้องโทรทรรศน์ตัวใหม่ล่าสุดของมนุษย์โลก แต่ยังคงความหมายทางวิทยาศาสตร์ และสามารถสื่อถึงสุนทรียศาสตร์ที่มนุษย์ทุกคนบนโลกสามารถชื่นชมในความงดงามที่แท้จริงของธรรมชาติได้

จากภาพที่บันทึกได้นั้น จะต้องผ่านกระบวนการอีกมาก ในการประมวลผลข้อมูลที่ได้รับ จากแสงที่ตาของมนุษย์มองไม่เห็นให้อยู่ในภาพที่มนุษย์สามารถทำความเข้าใจได้ สีสันที่คัดเลือกมาแสดงแทนข้อมูลอันซับซ้อนเหล่านี้ ไม่เพียงแต่สะท้อนถึงความหมายทางวิทยาศาสตร์ที่ซ่อนอยู่ แต่ก็ยังต้องพิจารณาถึงความงดงามที่มนุษย์สามารถชื่นชมได้ เพื่อสะท้อนถึงธรรมชาติของเอกภพที่เราอาศัยอยู่ได้อย่างสัจจริงที่สุด

และนี่คือภาพสีทั้ง 5 ภาพแรก ที่ถูกบันทึกเอาไว้โดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์

Deep Field - SMACS 0723
นี่คือภาพ “ห้วงอวกาศลึก” (Deep Field) ภาพแรกของ JWST ภาพนี้เป็นภาพที่เปิดเผยไปแล้วก่อนหน้านี้ โดยประธานาธิปดี โจ ไบเด็น ภาพนี้นั้นเต็มไปด้วยกาแล็กซีเป็นจำนวนมาก ซึ่งนอกจากดาวสว่างในกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา ที่สังเกตเห็นได้เป็นหกแฉกแล้ว แทบจะทุกจุดในภาพนี้เป็นกาแล็กซีที่อยู่ห่างไกลออกไปจากกาแล็กซีของเรา

ภาพของกระจุกกาแล็กซีที่แสดงกาแล็กซีพื้นหลังจำนวนนับไม่ถ้วนสุดลูกหูลูกตาเท่าที่จะสามารถสังเกตได้นี้ เป็นภาพที่แสดงถึงศักยภาพของ JWST ได้เป็นอย่างดี เราจะเห็นได้ว่าด้วยความสามารถของเว็บบ์ นั้น เบื้องหลังของภาพทุกภาพ วัตถุทุกวัตถุ และแทบทุกทิศทางที่เว็บบ์หันไป เราอาจจะพบกับกาแล็กซีอีกกาแล็กซีหนึ่งที่ยังรอคอยการค้นพบอยู่ด้านหลังดวงดาวอันมากมายในกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา

ภาพ Deep Field นี้นั้น มีจุดกึ่งกลางอยู่ที่กระจุกกาแล็กซี SMACS 0723 ซึ่งอยู่ห่างออกไป 4,600 ล้านปีแสง แต่เบื้องหลังกระจุกกาแล็กซีนี้นั้นยังมีกาแล็กซีอื่นอีกมาก และด้วยปรากฏการณ์ “เลนส์ความโน้มถ่วง” ที่สามารถเบี่ยงทิศทางของแสงของกาแล็กซีเบื้องหลังเหล่านี้ออกไป ตามทฤษฎีที่ไอสไตน์ทำนายเอาไว้ จึงทำให้ภาพนี้คล้ายกับภาพของการมองผ่าน “แว่นขยาย” ที่เปิดเผยรายละเอียดของกาแล็กซีที่ห่างไกลออกไปที่เราไม่เคยเห็นมาก่อนได้ ซึ่งรวมไปถึงบริเวณก่อกำเนิดดาวฤกษ์ดวงแรกๆ ในเอกภพ ที่สามารถสังเกตเห็นได้ในภาพของกาแล็กซีอันห่างไกลเหล่านี้

หลายกาแล็กซีเบื้องหลังในภาพนี้นั้น เป็นกาแล็กซีที่ห่างไกลออกไปหลายหมื่นล้านปีแสง ภาพเหล่านี้จึงเปรียบได้กับการย้อนเวลากลับไปสังเกตในยุคที่กาแล็กซีแรกๆ เพิ่งถือกำเนิดขึ้นมาในเอกภพ และด้วยความสามารถในการแยกแสงสเปกตรัมด้วยอุปกรณ์ NIRSpec ของ JWST ทำให้เราสามารถศึกษาธาตุองค์ประกอบจากดาวฤกษ์ดวงแรกๆ ได้ และสิ่งที่เราพบก็คือธาตุไฮโดรเจน และออกซิเจนอะตอมแรกๆ ที่ถูกสร้างขึ้นในเอกภพของเรา ซึ่งเป็นกระบวนการเดียวกันกับกำเนิดออกซิเจนแบบเดียวกันกับที่เรากำลังหายใจเข้าไปอยู่ ณ ตอนนี้

Exoplanet - WASP-96 b

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

ในขณะที่ดาวเคราะห์นอกระบบ WASP-96b นั้นทำการโคจรผ่านหน้าดาวฤกษ์นั้น แสงจากดาวบางส่วนจะถูกบดบังไปโดยดาวเคราะห์ ในขณะที่บางส่วนจะถูกดูดกลืนไปโดยโมเลกุลของแก๊สในชั้นบรรยากาศ ซึ่งอุปกรณ์ NIRISS ของ JWST นั้นจะสามารถแยกสเปกตรัมของแสงเหล่านี้ออกมา เพื่อศึกษาย่านความถี่ที่มีการดูดกลืนเพิ่มไป เมื่อเทียบกับขณะที่ไม่ได้มีการบดบังเอาไว้ได้ จากรูปแบบการดูดกลืนโดยเฉพาะของสารประกอบ จึงทำให้นักดาราศาสตร์สามารถศึกษาองค์ประกอบของโลกที่อยู่ห่างไกลออกไปได้

นี่นับเป็นสเปกตรัมแรกของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่ถูกบันทึกเอาไว้โดย JWST และนับเป็นครั้งแรกของโลกที่เราสามารถศึกษาสเปกตรัมของดาวเคราะห์นอกระบบในช่วงคลื่นนี้ได้ ผลที่ได้ก็คือการพบหลักฐานของโมเลกุลของน้ำในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นี้อย่างชัดเจน และพบหลักฐานของเมฆ และหมอกในชั้นบรรยากาศของดาวดวงนี้ ข้อมูลสเปกตรัมในรูปแบบนี้จะช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถวัดปริมาณของไอน้ำในชั้นบรรยากาศ ประมาณการอุณหภูมิในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ และประเมินปริมาณของธาตุอื่นๆ เช่น คาร์บอนและออกซิเจนได้

แม้ว่าดาวเคราะห์ WASP-96 b นี้นั้นน่าจะอยู่ใกล้ดาวฤกษ์และร้อนเกินกว่าที่จะมีความเป็นไปได้ที่จะมีสิ่งมีชีวิต แต่ความละเอียดของสเปกตรัม และความรวดเร็วที่ JWST สามารถศึกษาองค์ประกอบของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะได้นั้น บ่งบอกได้ถึงศักยภาพของ JWST ที่จะสามารถค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะได้อีกในอนาคต เพราะ WASP-96 b นั้นก็ยังคงเป็นเพียงดาวดวงแรกและดวงเดียวที่ JWST ได้สังเกต ท่ามกลางดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะอีกกว่า 5,000 ดวงที่ได้รับการยืนยันแล้ว และยังอีกมากที่ยังไม่เคยพบ เราคงต้องรอดูกันว่า JWST จะค้นพบน้ำ หรือโมเลกุลอื่นในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์แบบใดอีกในอนาคตอันใกล้

Stellar Death - Southern Ring Nebula
Southern Ring Nebula หรือ NGC 3132 นั้นเป็นเนบิวลาดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างออกไป 2,500 ปีแสง เนบิวลาดาวเคราะห์เกิดขึ้นเมื่อดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์สิ้นอายุขัยลง และปลดปล่อยมวลในช่วงบั้นปลายบางส่วนออก เหลือทิ้งไว้เพียงแกนกลางของดาวที่ร้อนจัด ที่แผ่รังสีออกไปรอบๆ

ดาวฤกษ์ ณ กึ่งกลางของ Southern Ring Nebula นั้นได้ปลดปล่อยฝุ่นและแก๊สออกไปทุกทิศทางมาตลอดหลายพันปี แก๊สที่ถูกปลดปล่อยออกมาเป็นชั้นๆ นั้นถูกรบกวนโดยดาวฤกษ์อีกดวงหนึ่งที่โคจรไปรอบๆ ดาวที่สิ้นอายุขัย ก่อให้เกิดโครงสร้างจำนวนมากมายท่ามกลางแก๊สที่ถูกปลดปล่อยออกมาเหล่านี้

ภาพในย่านอินฟราเรดใกล้ (ซ้าย) ที่บันทึกโดยอุปกรณ์ NIRCam นั้น เปิดเผยให้เห็นถึงโครงสร้างอันสลับซับซ้อนของชั้นแก๊สที่ถูกปลดปล่อยออกมาเหล่านี้ในช่วงสีส้มของภาพ ซึ่งมาจากการเปล่งรังสีของไฮโดรเจน นอกจากนี้ภายนอกเรายังสามารถสังเกตเห็นแนวลำแสงที่ดูราวกับเป็นเส้นตรงออกมาจากกึ่งกลางของเนบิวลา ซึ่งเกิดจากแสงที่ลอดผ่านช่องโปร่งในแถบฝุ่นออกมา คล้ายกับช่วงเย็นที่ลำแสงของดวงอาทิตย์ลอดผ่านช่องระหว่างเมฆบนโลก ในขณะที่บริเวณกึ่งกลางนั้นยังคงเต็มไปด้วยแสงที่แทนด้วยสีฟ้า ซึ่งเป็นส่วนที่ส่องสว่างมาจากพลังงานที่ได้รับมาจากดาวกึ่งกลาง

แต่หากเราพิจารณาภาพที่ได้ในย่านอินฟราเรดกลาง (ขวา) โดยอุปกรณ์ MIRI นั้น เราจะพบบริเวณของเมฆโมเลกุลที่กำลังก่อตัวอยู่ที่แทนด้วยโครงสร้างแสงสีฟ้า นอกจากนี้ เรายังสามารถพบเห็นดาวบริวารทั้งสองของระบบดาวคู่ ณ ใจกลางเนบิวลา ซึ่งถึงแม้ว่าเราจะมีหลักฐานมานานแล้วว่าระบบดาวนี้เป็นระบบดาวคู่ นี่เป็นครั้งแรกที่เราสามารถทำการสังเกตในช่วงอินฟราเรดได้ละเอียดพอจนสามารถทำการสังเกตการณ์ดาวฤกษ์ดวงนี้ได้
นอกจากนี้ เรายังพบว่าแม้กระทั่งเบื้องหลังของแก๊สอันส่องสว่างเหล่านี้ เรายังสามารถสังเกตเห็นกาแล็กซีที่อยู่เบื้องหลัง ห่างออกไปอีกหลายล้านปีแสงได้อีกด้วย

Galaxy - Stephan’s Quintet
Stephan’s Quintet เป็นกลุ่มของกาแล็กซีห้ากาแล็กซีที่มีตำแหน่งปรากฏอยู่ใกล้กันมาก สี่กาแล็กซีในภาพนี้ถูกยึดเหนี่ยวเอาไว้ด้วยแรงโน้มถ่วงและอยู่ห่างออกไป 290 ล้านปีแสง กาแล็กซีเหล่านี้กำลังหมุนไปรอบๆ ซึ่งกันและกัน และอยู่ในระหว่างกระบวนการรวมตัวกัน และจะค่อยๆ รวมตัวกันกลายเป็นกาแล็กซีเดียวไปในที่สุด
ภาพที่เห็นนี้เป็นภาพที่บันทึกในย่านอินฟราเรดใกล้และอินฟราเรดกลาง มีพื้นที่ประมาณ 1 ใน 5 ของเส้นผ่านศูนย์กลางของดวงจันทร์ และประกอบขึ้นจากภาพรวมกันกว่า 1,000 ภาพ ที่มาต่อกันเป็น mosaic มีความละเอียดกว่า 150 ล้านพิกเซล

ด้วยความละเอียดของเว็บบ์นั้น ทำให้เราสามารถสังเกตเห็นดาวฤกษ์เดี่ยวบางดวงในแต่ละกาแล็กซีได้ และเราสามารถสังเกตเห็นแถบฝุ่น ซึ่งเป็นบริเวณที่ดาวฤกษ์กำลังก่อตัวขึ้นใหม่ท่ามกลางกาแล็กซีเหล่านี้ รวมไปถึงแถบฝุ่นที่เกิดขึ้นใหม่เนื่องมาจากการชนกันของกาแล็กซี ซึ่งเปรียบได้กับห้องทดลองที่จะช่วยให้นักดาราศาสตร์ได้สามารถศึกษาการก่อตัวของกาแล็กซี และการรบกวนที่เกิดขึ้นกับแก๊สระหว่างกาแล็กซี และดาวฤกษ์ที่เกิดใหม่ได้

ในกาแล็กซี NGC 7319 ด้านบนขวาของภาพ เราจะพบกับบริเวณกึ่งกลางที่ส่องสว่างเป็นอย่างมาก โดยเฉพาะในย่านของคลื่นอินฟราเรดกลาง ซึ่งเป็นบริเวณของมวลที่กำลังตกลงสู่หลุมดำมวลยิ่งยวด ณ ใจกลางของกาแล็กซีนี้ ในแต่ละวินาที หลุมดำมวลยิ่งยวดนี้เปล่งแสงสว่างออกมามากกว่าดวงอาทิตย์ถึงกว่า 40 ล้านเท่า ซึ่งการศึกษาการกระจายตัวของแก๊สต่างๆ ผ่านทางฟิลเตอร์ต่างๆ ของ JWST นี้จะช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถศึกษาเกี่ยวกับกลไกของหลุมดำมวลยิ่งยวด ณ ใจกลางกาแล็กซีได้

นอกจากนี้จุดในเบื้องหลังของภาพเหล่านี้ คือกาแล็กซีอีกมากที่อยู่ห่างไกลออกไป บ่งบอกถึงความเป็นไปได้อีกมากอันไม่มีที่สิ้นสุดของ JWST

Stellar Birth - Carina Nebula
ภาพที่เปรียบได้กับภาพวาดของ “ภูผา” นี้ คือภาพของบริเวณก่อกำเนิดดาวฤกษ์ NGC 3324 ใน Carina Nebula ภาพที่มีชื่อว่า “Cosmic Cliff” นี้เป็นภาพใกล้เคียงกับภาพที่เคยบันทึกเอาไว้โดยฮับเบิลในบริเวณเดียวกัน ซึ่งแท้จริงแล้วเป็นบริเวณขอบของช่องว่างของแก๊สในอวกาศภายใน NGC 3324 ที่แก๊สและฝุ่นในเนบิวลากำลังถูกลมสุริยะจากดาวฤกษ์ใกล้เคียงด้านบนของภาพปัดเป่าออกไปจนมีลักษณะปรากฏคล้ายกับทิวเขานี้ โครงสร้างจำนวนมาก และรูโหว่ทั่วบริเวณของเนบิวลานี้ เป็นผลที่เกิดขึ้นจากลมสุริยะที่ค่อยๆ ปัดเป่าและก่อตัวเนบิวลานี้ขึ้นมาจนถึงทุกวันนี้

แต่สิ่งที่ทำให้ภาพนี้แตกต่างจากภาพของฮับเบิลเป็นอย่างมากนั้น มาจากย่านคลื่นอินฟราเรดของเว็บบ์ ที่แตกต่างออกไปจากฮับเบิล การศึกษาในช่วงอินฟราเรดนั้นทำให้เราสามารถที่จะมองทะลุฝุ่นและแก๊สอันหนาทึบของเนบิวลา และเปิดเผยให้เห็นถึงดาวฤกษ์จำนวนหลายร้อยดวงที่ยังไม่เคยมีใครสังเกตเห็นมาก่อนได้

การศึกษาบริเวณก่อกำเนิดดาวฤกษ์นี้จะช่วยให้นักดาราศาสตร์เข้าใจได้มากขึ้นเกี่ยวกับกระบวนการกำเนิดดาวฤกษ์ การปะทะกันของลมเข้ากับเนบิวลา อาจจะก่อให้เกิดการรวมตัวกันของแก๊ส และนำไปสู่การรวมตัวเป็นดาวฤกษ์ใหม่ในที่สุด แต่ในทางกลับกัน การปัดเป่าที่แรงเกินไปก็อาจจะกำจัดวัสดุที่จำเป็นในการก่อตัว และยับยั้งการก่อตัวใหม่ไปในที่สุด กระบวนการทั้งสองนี้จึงเป็นกระบวนการที่มีความละเอียดอ่อนเป็นอย่างมาก ซึ่งเว็บบ์จะช่วยให้เราสามารถเข้าใจกระบวนการเหล่านี้ได้ดียิ่งขึ้นได้

แต่กระบวนการเหล่านี้นั่นเอง ที่เป็นกระบวนการเดียวกันกับที่เคยก่อกำเนิดมวลสารที่กลายมาเป็นระบบสุริยะและโลกของเราในที่สุด วัสดุเดียวกันกับที่เรากำลังเห็นในภาพนี้ จึงเป็นวัสดุเดียวกันที่เราทุกคนถือกำเนิดขึ้นมา และสิ่งที่เรากำลังพบเห็นนั้นก็คือต้นกำเนิดหนึ่งที่กลายมาเป็นมนุษย์ทุกคนบนโลกของเราในที่สุด
อนาคต

จากภาพเหล่านี้ เราพบว่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ นั้น สามารถทำได้ทุกอย่างที่นักวิทยาศาสตร์ และวิศวกรได้ออกแบบมันเอาไว้ให้ทำ สามารถทำทุกอย่างที่ฮับเบิลทำได้อยู่เดิม ด้วยเวลาเพียงเสี้ยวหนึ่งของที่ต้องใช้ในปัจจุบัน และนอกไปจากนั้น ยังสามารถทำสิ่งอื่นอีกมาก ที่ไม่เคยมีใครหรืออุปกรณ์ใดทำได้มาก่อน เป็นที่แน่ชัดแล้วว่า JWST นั้นจะสามารถทำการค้นพบสิ่งใหม่ๆ และวัตถุใหม่ๆ ที่ไม่มีใครเคยเห็นมาก่อน ซึ่งเป็นใจความสำคัญของโครงการนี้

ซึ่งภาพทั้งหมดเหล่านี้นั้น เป็นเพียงภาพถ่ายที่บันทึกภายในเวลาห้าวันเพียงเท่านั้น หากการค้นพบเหล่านี้คือสิ่งที่ JWST สามารถทำได้ในห้าวันแรก แล้วนับตั้งแต่นี้เป็นต้นไป จะมีการค้นพบอะไรอีกบ้างที่ยังรอคอย JWST อยู่อีก นักดาราศาสตร์จำนวนมากมีความคาดหวังเป็นอย่างสูงว่าข้อมูลใหม่ที่ JWST จะมอบให้เรานั้นจะช่วยไขปริศนาอีกหลายอย่างที่เรายังไม่มีคำตอบได้ แต่สิ่งที่อาจจะสำคัญยิ่งไปกว่าคำตอบใดๆ ที่เราอาจจะคาดหวังเอาไว้ ก็คือคำถามและปริศนาอีกมาก ที่เราไม่เคยแม้แต่จะจินตนาการได้ถึง ที่ JWST จะต้องมอบให้มนุษยชาติของเราได้ค้นหาต่อไปอีกอย่างแน่นอน
อ้างอิง:
[1] https://www.nasa.gov/webbfirstimages