กล้องเวบบ์ถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบโดยตรง

 

     เป็นครั้งแรกที่นักดาราศาสตร์ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ เพื่อถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบดวงหนึ่งโดยตรง ดาวเคราะห์ดวงนี้เป็นดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ ซึ่งหมายความว่ามันไม่ได้มีพื้นผิวหินแข็ง และไม่น่าจะเอื้ออาศัยได้ ภาพดาวเคราะห์ผ่านฟิลเตอร์แสงที่แตกต่างกัน 4 ภาพ แสดงศักยภาพในช่วงอินฟราเรดของกล้องเวบบ์ ว่าสามารถจับภาพพิภพนอกระบบสุริยะได้ง่ายดายเพียงใด ชี้ให้เห็นหนทางการสำรวจในภายหน้าซึ่งจะเผยให้เห็นข้อมูลเกี่ยวกับดาวเคราะห์นอกระบบที่มากกว่าที่เคยได้

     ดาวเคราะห์นอกระบบในภาพจากเวบบ์คือ HIP 65426b ซึ่งมีมวลประมาณ 6 ถึง 8 เท่ามวลดาวพฤหัสฯ มันมีอายุน้อยเพียง 15 ถึง 20 ล้านปีเท่านั้น เมื่อเทียบกับโลกของเราซึ่งมีอายุ 4.5 พันล้านปีแล้ว

     นักดาราศาสตร์ได้พบดาวเคราะห์ดวงนี้ในปี 2017 โดยใช้เครื่องมือ SPHERE บนกล้องโทรทรรศน์ใหญ่มาก(VLT) ในชิลี และถ่ายภาพมันผ่านฟิลเตอร์อินฟราเรดสั้น แต่ภาพจากเวบบ์ซึ่งถ่ายในช่วงอินฟราเรดกลาง ได้เผยให้เห็นรายละเอียดใหม่ๆ ที่กล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินไม่สามารถตรวจพบได้ เนื่องจากการเรืองอินฟราเรดรุนแรงจากชั้นบรรยากาศโลก  

     นักวิจัยได้วิเคราะห์ข้อมูลจากการสำรวจเหล่านี้ และกำลังเตรียมทำรายงานซึ่งจะเสนอต่อวารสารทางวิทยาศาสตร์เพื่อทำพิชญพิจารณ์(peer-review) แต่ภาพดาวเคราะห์นอกระบบภาพแรกจากเวบบ์ก็ได้บอกใบ้ถึงความเป็นไปได้ในอนาคตในการศึกษาพิภพห่างไกลเหล่านี้ เนื่องจาก HIP 65426b อยุ่ห่างจากดาวฤกษ์แม่ของมัน มากกว่าระยะทางโลกจากดวงอาทิตย์เกือบ 100 เท่า จึงอยู่ห่างมากพอที่เวบบ์จะสามารถแยกแสงดาวเคราะห์ออกจากดาวฤกษ์ในภาพนี้ได้

     กล้องอินฟราเรดใกล้(NIRCam) และเครื่องมืออินฟราเรดกลาง(MIRI) ของเวบบ์ต่างก็ติดตั้งโคโรนากราฟ(coronagraph) ซึ่งเป็นชุดของม่านหน้ากากขนาดเล็ก ซึ่งกันแสงดาวออกไป ช่วยให้เวบบ์ได้ถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบในลักษณะนี้ได้โดยตรง

     การถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบโดยตรงนั้น เป็นเรื่องที่ท้าทายเนื่องจากดาวฤกษ์จะสว่างกว่าดาวเคราะห์อย่างมาก ดาวเคราะห์ HIP 65426b เองก็สลัวกว่าดาวฤกษ์แม่ของมันมากกว่าหนึ่งหมื่นเท่าในช่วงอินฟราเรดใกล้ และสลัวกว่าหลายพันเท่าในช่วงอินฟราเรดกลาง ในขณะที่นี่ไม่ใช่ภาพดาวเคราะห์นอกระบบภาพแรกที่ถ่ายจากอวกาศ ก่อนหน้านี้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลได้จับภาพดาวเคราะห์นอกระบบได้โดยตรง HIP 65426b จึงเป็นป้ายบอกทางเดินสู่การสำรวจดาวเคราะห์นอกระบบของเวบบ์

ภาพดาวเคราะห์นอกระบบ HIP 65426b ในฟิลเตอร์ทั้งเจ็ดของ NIRCam และ MIRI ที่ใช้

     ในภาพจากฟิลเตอร์แต่ละภาพ ดาวเคราะห์ปรากฏเป็นก้อนแสงที่มีรูปร่างต่างกันเล็กน้อย นั้นเป็นผลพลอยได้จากระบบทัศนศาสตร์ของเวบบ์ และวิธีที่มันแปลผลแสงผ่านระบบที่แตกต่างกัน สีม่วงแสดงมุมมองจาก NIRCam ที่ 3.00 ไมครอน, สีฟ้าที่ 4.44 ไมครอน, สีเหลืองแสดงมุมมองจาก MIRI ที่ 11.4 ไมครอน และสีแดงที่ 15.5 ไมครอน ภาพเหล่านี้ดูแตกต่างกันเนื่องจากเครื่องมือเวบบ์จับแสงแตกต่างกัน

     ดาวขนาดเล็กสีขาวในแต่ละภาพระบุตำแหน่งของดาวฤกษ์แม่ HIP 65426 ซึ่งถูกกันออกไปโดยใช้โคโรนากราฟและกระบวนการแต่งภาพ ดาวฤกษ์แม่ของ HIP 65426b มีมวลราวสองเท่าของดวงอาทิตย์และหมุนรอบตัวเร็วมากๆ ใช้เวลาเพียง 3 ชั่วโมงเท่านั้น และแม้ว่าจะเป็นดาวที่มีอายุ 15 ถึง 20 ล้านปี แต่ก็ไม่พบดิสก์ที่จะก่อตัวดาวเคราะห์ขึ้นมาแล้ว จึงเป็นปริศนาเมื่อได้พบดาวเคราะห์ใหม่มวลราว 7 เท่าดาวพฤหัสฯ มีอุณหภูมิพื้นผิวที่ 1000 องศาเซลเซียส

     นักวิจัยเสนอลำดับเหตุการณ์การก่อตัวระบบนี้ว่า ดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นกับดาวเคราะห์พี่น้องของมัน ใกล้กับดาวฤกษ์แม่มากกว่านี้ ซึ่งทำให้ดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์(protoplanetary disk) หายไปได้อย่างรวดเร็ว และจากนั้น ด้วยปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงที่ซับซ้อน   

     การสำรวจจากทีมนานาชาติเหล่านี้นำโดย Sasha Hinkley รองศาสตราจารย์สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ ที่มหาวิทยาลัยเอกซ์เทอร์ ในสหราชอาณาจักร

แหล่งข่าว esawebb.org : Webb takes its first exoplanet image
                phys.org : first exoplanet image from Lames Webb Space Telescope revealed
                space.com : James Webb Space Telescope snags its 1^st direct photo of an alien world