กล้องฯ เจมส์ เวบบ์เป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศช่วงคลื่นอินฟราเรด (Infrared) ซึ่งถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อศึกษาพัฒนาการของกาแล็กซีและดาวฤกษ์หลังเหตุการณ์บิกแบง (Big Bang) ส่งผลให้เราเข้าใจกลไกการก่อตัวของดาวฤกษ์และดาวเคราะห์มากขึ้น จึงมีส่วนช่วยในการไขปริศนาการกำเนิดของระบบดาวที่เอื้อต่อสิ่งมีชีวิตและที่มาที่ไปของชีวิต
เดิมทีนักดาราศาสตร์สำรวจอวกาศห้วงลึกด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล อย่างไรก็ตาม ฮับเบิลมีอายุ 33 ปี แล้ว ความล้าสมัยของเทคโนโลยีในกล้องฮับเบิลจึงเป็นข้อจำกัดของการสำรวจอวกาศห้วงลึกเมื่อเทียบกับเทคโนโลยีปัจจุบันที่มีอยู่ นอกจากนี้ ฮับเบิลไม่ได้ถูกออกแบบมาให้สำรวจวัตถุดาราศาสตร์ในช่วงคลื่นอินฟราเรด แต่เป็นช่วงคลื่นแสงที่มองเห็นได้ จึงทำให้ประสิทธิภาพในการสำรวจอวกาศห้วงลึกโดยละเอียดนั้นเป็นไปได้ยาก
ด้วยเหตุนี้ กล้องฯ เจมส์ เวบบ์จึงเข้ามาทำหน้าที่แทนฮับเบิลในการสำรวจด้านนี้โดยเฉพาะ โดยที่กล้องฯ เจมส์ เวบบ์ถูกออกแบบมาให้ใช้งานได้ 20 ปี ภารกิจที่ถูกวางแผนไว้ของกล้องฯ เจมส์ เวบบ์ ณ ปัจจุบันอยู่ที่ระยะเวลา 10 ปี นับตั้งแต่วันเริ่มภารกิจจนถึงปัจจุบัน กล้องฯ เจมส์ เวบบ์ได้ถ่ายรูปวัตถุทางดาราศาสตร์มากมายเราไม่เคยเห็นชัดและละเอียดเช่นนี้มาก่อนด้วยกล้องฮับเบิล
The First Deep Field
The First Deep Field
ภาพนี้เป็นภาพอวกาศห้วงลึก (Deep Field) ของกระจุกกาแล็กซี SMACS 0723 จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ซึ่งเป็นหนึ่งในภาพชุดแรกที่กล้องฯ เจมส์ เวบบ์ส่งกลับมายังโลกในวันที่ 12 กรกฎาคม ค.ศ. 2021 อันเป็นวันแรกที่กล้องฯ เจมส์ เวบบ์เริ่มภารกิจอย่างเป็นทางการ
กระจุกกาแล็กซี SMACS 0723 เป็นกลุ่มของกาแล็กซีในกลุ่มดาวปลาบิน อยู่ห่างออกไปจากโลกกว่า 4,000 ล้านปีแสง ซึ่งถือเป็นระยะทางที่ไกลเท่าที่มนุษย์คนหนึ่งจะจินตนาการได้ หากเปรียบเทียบ กระจุกกาแล็กซี SMACS 0723 จะมีขนาดเล็กเท่าเม็ดทรายบนท้องฟ้าหากมองจากโลก แต่ภาพจากกล้องฯ เจมส์ เวบบ์กลับเผยให้เราเห็นรายละเอียดของกระจุกกาแล็กซีอย่างลึกซึ้ง และถือเป็นภาพอินฟราเรดที่ลึกและไกลที่สุดที่เคยมีมา
นอกจากการสำรวจทางภาพถ่ายแล้ว กล้องฯ เจมส์ เวบบ์ยังสามารถวิเคราะห์ส่วนประกอบทางเคมีโดยรวมของกระจุกกาแล็กซีได้ด้วย เพื่อวิเคราะห์องค์ประกอบของกาแล็กซีและศึกษาคุณสมบัติของแต่ละกาแล็กซี
อย่างไรก็ตาม SMACS 0723 ไม่ได้ถูกถ่ายครั้งแรกโดยกล้องฯ เจมส์ เวบบ์แต่เป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล แต่ด้วยเทคโนโลยีของกล้องฮับเบิล การถ่ายกระจุกกาแล็กซี SMACS 0723 ใช้เวลากว่า 2 สัปดาห์ และได้มาเพียงภาพที่มีรายละเอียดไม่มาก ในขณะที่กล้องฯ เจมส์ เวบบ์ใช้เวลาเพียง 12.5 ชั่วโมง แต่ได้ภาพที่คมชัดยิ่งกว่า
The First Ring
The First Ring
กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ค้นพบแถบดาวเคราะห์น้อยใหม่ในระบบดาวโฟมัลฮอต (Fomalhaut) เมื่อวันที่ 8 พฤษภาคม ค.ศ. 2022 โฟมัลฮอตอยู่ห่างจากโลก 25 ปีแสง ภาพถ่ายแสดงให้เห็นถึงวงแหวน 3 วงของระบบดาวโฟมัลฮอต ซึ่งแต่ละวง หากรวมกันจะมีรัศมีกว่า 23,000 ล้านกิโลเมตรจากดาวฤกษ์ของมัน คิดเป็นระยะทางกว่า 150 เท่าของระยะทางจากโลกไปดวงอาทิตย์
แถบดาวเคราะห์น้อยวงในสุดเป็นแถบที่นักดาราศาสตร์ไม่เคยเห็นมาก่อนจากการสำรวจก่อนหน้านี้ และกล้องฯ เจมส์ เวบบ์ค้นพบเป็นครั้งแรก การจัดเรียงตัวของแถบดาวเคราะห์น้อยของระบบดาวโฟมัลฮอตซับซ้อนยิ่งกว่าแถบดาวเคราะห์น้อยที่อยู่ระหว่างดาวอังคารกับดาวพฤหัสบดีและแถบไคเปอร์ของระบบสุริยะของเราเป็นอย่างมาก
ระบบดาวโฟมัลฮอตได้รับการสำรวจโดยนักดาราศาสตร์หลายต่อหลายครั้งด้วยกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินและกล้องโทรทรรศน์อวกาศ แต่กลับไม่เคยเจอวงแหวนที่ซ่อนอยู่ แสดงให้เห็นว่ากล้องฯ เจมส์ เวบบ์มีความสามารถในการแยกรายละเอียดของภาพเพื่อแสดงให้เห็นถึงสิ่งที่ซ่อนอยู่ได้
Exoplanet HIP 654326 b
Exoplanet HIP 654326 b
ภาพของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ (Exoplanet) “HIP 65426 b” ซึ่งอยู่ห่างออกไป 385 ปีแสง จากโลก ถ่ายโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ เมื่อช่วงเดือนกรกฎาคม ค.ศ. 2021
ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ HIP 65426 b ถือเป็นการถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะโดยตรงภาพแรกของกล้องฯ เจมส์ เวบบ์ โดยที่ HIP 65426 b เป็นดาวเคราะห์ก๊าซขนาดใหญ่ มีมวลมากกว่าดาวพฤหัสฯ ถึง 12 เท่า แต่มีอายุน้อยเพียง 15-20 ล้านปีเท่านั้น เมื่อเทียบกับโลกที่มีอายุกว่า 4,500 ล้านปี
โดยทั่วไปแล้ว การถ่ายรูปดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะโดยตรงเป็นเรื่องที่ทำได้ยาก เนื่องจากความละเอียดเชิงมุมจะลดลงหากต้องการการถ่ายภาพวัตถุที่มีขนาดเล็กมาก ๆ จากระยะทางไกล ๆ คล้ายกับการพยายามดูว่ายานพาหนะที่กำลังวิ่งเข้าหาเราจากที่ไกล ๆ เป็นรถยนต์ที่มีไฟหน้าสองดวงหรือรถจักรยานยนต์ที่มีไฟหน้าเพียงหนึ่งดวง เมื่อห่างออกไปไฟทั้งสองจะดูเหมือนว่าอยู่ใกล้กันจนตาไม่สามารถแยกออกได้ว่าไฟที่กำลังเห็นมาจากแหล่งเดียวกันหรือคนละแหล่ง เช่นเดียวกับดาวเคราะห์ หากดาวเคราะห์อยู่ใกล้กับดาวฤกษ์ของมันมากเกินไป แสงจากดาวฤกษ์จะกลบแสงจากดาวเคราะห์ทำให้เรามองไม่เห็นดาวเคราะห์
ในกรณีของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ HIP 65426 b กล้องฯ เจมส์ เวบบ์สามารถถ่ายรูปโดยตรงได้เนื่องจากระยะทางของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ HIP 65426 b กับดาวฤกษ์ของมันเองอยู่ไกลกันมาก ประมาณ 100 เท่า ของระยะทางจากโลกไปดวงอาทิตย์ ไกลมากพอที่จะทำให้กล้องฯ เจมส์ เวบบ์สามารถแยกแหล่งกำเนิดของแสงทั้งสองออกจากกันได้ และออกมาเป็นรูปของดาวเคราะห์ในที่สุด
Wolf-Rayet
Wolf-Rayet
ภาพของดาวฤกษ์มวลมากวูล์ฟ-ราเยต์ (Wolf-Rayet) รหัส “WR 124” จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ในช่วงชีวิตสุดท้ายของมันก่อนการระเบิดออกและดับสลายไป
ดาว WR 124 ห่างจากโลก 15,000 ปีแสง อยู่ในกลุ่มดาวลูกธนู มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ถึง 20 เท่า มันจึงถือเป็นดาวฤกษ์มวลมาก เมื่อใกล้หมดอายุขัย ดาวเหล่านี้จะค่อย ๆ เสียการควบคุมปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันและสูญเสียมวลดาวในรูปของลมสุริยะ ในขณะเดียวกันผิวดาวจะค่อย ๆ ยุบตัวลง จนจุดหนึ่งเมื่อดาวไม่สามารถทำปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันได้อีกต่อไป มวลของดาวก็จะไม่มีแรงต้านทานจากแกนกลางและยุบตัวลงอย่างรวดเร็วจนเกิดระเบิดเป็นซูเปอร์โนวา (Supernova)
ดาววูล์ฟ-ราเยต์นั้นเป็นดาวฤกษ์ชนิดที่จะปลดปล่อยเนบิวลา (Nebula) หรือลมสุริยะออกมาเป็นจำนวนมากก่อนการระเบิดเป็นซูเปอร์โนวา หมายความว่ามันสูญเสียมวลของมันเองอย่างรวดเร็ว เนบิวลาดังที่เห็นในภาพคาดว่ามีมวลเท่ากับดวงอาทิตย์ของเรา 10 ดวง พื้นผิวของดาววูล์ฟ-ราเยต์นั้นเฉลี่ยแล้วร้อนกว่าดาวเกือบทุกชนิด ทำให้ดาววูล์ฟ-ราเยต์มีความสว่างสูงมาก
เทคโนโลยีของกล้องฯ เจมส์ เวบบ์เผยให้เห็นถึงรายละเอียดโครงสร้างของเนบิวลาจากดาววูล์ฟ-ราเยต์และช่วยให้นักดาราศาสตร์เข้าใจฝุ่นอวกาศอย่างเนบิวลาได้มากขึ้น
Carbon Molecule
Carbon Molecule
กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ค้นพบโมเลกุลคาร์บอนที่เรียกว่า “เมทิลแคตไอออน (Methyl Cation)” จากจานดาวเคราะห์ก่อนเกิด (Protoplanetary Disk) ของดาวฤกษ์ก่อนเกิด (Protostar) “d203-506” ในเนบิวลานายพราน (Orion Nebula) ห่างออกไปประมาณ 1,350 ปีแสงจากโลก
คาร์บอนถือเป็นธาตุพื้นฐานแห่งชีวิตของทุก ๆ ชีวิตที่เรารู้จัก การศึกษาและค้นหาคาร์บอนนอกโลกถือเป็นส่วนหนึ่งของการไขปริศนาการกำเนิดชีวิตบนโลก และการเข้าใจกลไกการเกิดชีวิตในจักรวาล
นอกจากเทคโนโลยีใหม่ในการถ่ายรูปกล้องฯ เจมส์ เวบบ์ยังมีเทคโนโลยีในการตรวจจับเส้นแผ่รังสี (emission lines) อีกด้วย ธาตุแต่ละธาตุจะมีเส้นแผ่รังสีแตกต่างกันออกไป คล้ายกับ DNA ของสิ่งมีชีวิตที่แต่ละสปีชีส์จะมีรหัสพันธุกรรมที่จำเพาะเป็นของตนเอง ในกรณีของระบบดาว d203-506 นั้น กล้องฯ เจมส์ เวบบ์พบเส้นแผ่รังสีของเมทิลแคตไอออนในจานดาวเคราะห์ก่อนกำเนิด
การค้นพบนี้ช่วยย้ำให้เราทราบว่าเพียงแค่ 1 ปีของกล้องฯ เจมส์ เวบบ์สามารถทำให้เราเรียนรู้จักรวาลได้มากขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ และอายุที่เหลือของกล้องฯ เจมส์ เวบบ์จะยังคงมีส่วนช่วยในการไขปริศนาของจักรวาลนี้ต่อไป
ที่มาข้อมูล: NASA
ที่มาภาพ: NASA
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech