การค้นพบสำคัญจากกล้องเวบบ์ในปี 2023

 

     ในเช้าตรู่วันคริสตมาสเมื่อสองปีที่แล้ว นักดาราศาสตร์และแฟนอวกาศได้รับของขวัญที่รอคอยมาถึง 30 ปี เป็นการส่งกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ ออกสู่อวกาศ ซึ่งเป็นกล้องที่ใหญ่ที่สุดในโลก เป็นความทะเยอทะยานขั้นสูงสุดที่ต้องการจะตรวจสอบดาวฤกษ์และกาแลคซีแห่งแรกๆ สุดในเอกภพ

     และในปี 2023 หอสังเกตการณ์อวกาศแห่งนี้ก็ยังคงส่งความก้าวหน้าใหม่ๆ และภาพอันมีคุณค่าทางวิทยาศาสตร์จากอวกาศกลับมา เราลองมาย้อนการค้นพบจากเวบบ์ที่ส่งผลต่อความเข้าใจของเอกภพในปี 2023 ให้เปลี่ยนไป

• 1.      กล้องเวบบ์ให้ภาพระบบสุริยะในมุมมองใหม่ๆ แม้ว่าจุดประสงค์ของกล้องเวบบ์ก็เพื่อมองหาดาวฤกษ์และกาแลคซีแห่งแรกๆ สุดบางส่วนในเอกภพ แต่ระบบสุริยะในมุมมองใหม่ก็ไม่ได้ขาดการค้นพบครั้งสำคัญเลย ภาพซึ่งถ่ายในเดือนตุลาคม เผยให้เห็นกระแสลมกรด(jet stream) ความเร็วสูงในดาวพฤหัสฯ ซึ่งไม่เคยพบเห็นมาก่อน แม้ว่ามันจะมีความกว้างถึง 4800 กิโลเมตร และพัดพาด้วยความเร็ว 515 กิโลเมตรต่อชั่วโมง

     และเมื่อย้อนกลับไปในเดือนมิถุนายน กล้องเวบบ์ได้จำแนกคาร์บอนไดออกไซด์ในมหาสมุทรน้ำเกลือบนดวงจันทร์ยูโรปา(Europa) ของดาวพฤหัสฯ ได้เป็นครั้งแรก หอสังเกตการณ์ยังให้ภาพดาวเสาร์ในมุมมองใหม่ๆ ซึ่งจับภาพระบบวงแหวนที่ละเอียดอ่อน และดวงจันทร์ 3 จาก 146 ดวงของมัน ดาวเสาร์มีสีมืดเมื่อมองผ่านสายตาอินฟราเรดของเวบบ์ เนื่องจากในช่วงความยาวคลื่นนี้ ก๊าซมีเธนดูดกลือนแสงอาทิตย์ที่ลงมาถึงชั้นบรรยากาศไว้เกือบทั้งหมด
     กล้องเวบบ์ยังจับภาพยูเรนัส, ดวงจันทร์ที่สว่างที่สุดของมัน และวงแหวนฝุ่น 11 จาก 13 วงที่จำแนก

• 2.      ดาวเคราะห์นอกระบบใกล้ๆ มีโมเลกุลที่ค้ำจุนชีวิตอย่างเหลือเฟือ
       ในเดือนกันยายน กล้องเวบบ์ได้พบมีเธนและคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบที่อยู่ค่อนข้างใกล้ดวงหนึ่งซึ่งเรียกว่า K2-18b ซึ่งโคจรรอบดาวฤกษ์เย็นดวงหนึ่งที่อยู่ไกลออกไป 120 ปีแสงจากโลก และมีขนาดใหญ่กว่าโลกของเรา แต่ก็ยังเล็กกว่าดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ในระบบสุริยะของเรา

     การสำรวจด้วยกล้องฮับเบิลก่อนหน้านี้บ่งชี้ว่า K2-18b อาจจะเป็นพิภพแบบไฮเชียน(Hycean world) ซึ่งเป็นพิภพที่มีชั้นบรรยากาศหนาทึบอุดมไปด้วยไฮโดรเจน และมีมหาสมุทรน้ำของเหลวข้างใต้ การสำรวจล่าสุดด้วยกล้องเวบบ์ได้สนับสนุนสมมุติฐานนี้ เมื่อข้อมูลใหม่ได้แสดงหลักฐานมีเธนและคาร์บอนไดออกไซด์จำนวนมาก แต่มีอัมโมเนียเพียงเล็กน้อย
     ผลสรุปเหล่านี้เกิดจากการสำรวจ K2-18b เพียงสองครั้ง โดยยังต้องทำอีกหลายครั้ง Savvas Constantinou ผู้เขียนร่วมการศึกษา นักดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ นี่หมายความว่างานของเราตอนนี้ยังเป็นเพียงตัวอย่างต้นๆ ของสิ่งที่เวบบ์จะสำรวจได้จากดาวเคราะห์นอกระบบในเขตเอื้ออาศัยได้(habitable zone)

• 3.      กล้องเวบบ์พบวัตถุที่มีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่เคยพบมา
       ในเดือนกุมภาพันธ์ นักวิทยาศาสตร์ต้องตะลึงเมื่อเวบบ์ได้พบดาวเคราะห์น้อยขนาดเล็กดวงหนึ่งอย่างไม่คาดคิด มันอยู่ในแถบดาวเคราะห์น้อยหลัก(main asteroid belt) ซึ่งอยู่ระหว่างดาวอังคารและดาวพฤหัสฯ เช่นเดียวกับก้อนหินอื่นๆ ในพื้นที่ดังกล่าวนั้น หินอวกาศก้อนนี้ซึ่มีขนาดพอๆ กับอนุสาวรีย์วอชิงตันเอง ก็เป็นเศษซากของการก่อตัวของระบบสุริยะ และจึงเก็บงำความเป็นมาเกี่ยวกับวิวัฒนาการระบบไว้

     ดาวเคราะห์น้อยที่มีความยาวไม่ถึงหนึ่งกิโลเมตรนั้นพบได้ยากด้วยกล้องโทรทรรศน์อื่น ดังนั้นการค้นพบนี้ก็ช่วยยกระดับอรรถประโยชน์ของเวบบ์เมื่อสำรวจใกล้บ้านมากขึ้นให้สูงขึ้น

• 4.      เวบบ์พบกาแลคซีขนาดใหญ่ในเอกภพยุคต้น
       ในเดือนกุมภาพันธ์ นักวิทยาศาสตร์ประกาศการค้นพบกาแลคซีที่มีขนาดใหญ่พอๆ กับทางช้างเผือก ประปรายอยู่ทั่วภาพเอกภพเมื่อเพียง 500 ถึง 700 ล้านปีหลังจากบิ๊กแบงจากกล้องเวบบ์ จากในทฤษฎีและแบบจำลองบอกเราว่า กาแลคซีที่เวบบ์ได้พบมีขนาดใหญ่เกินไป และมีดาวสีแดงเต็มวัยภายใน ซึ่งมีอายุมากเกินไป จนผู้เขียนบอกว่าการค้นพบนี้สร้างปัญหาให้กับวิทยาศาสตร์

     Joel Leja นักดาราศาสตร์ที่เพนน์สเตท กล่าวว่า มันทำให้ภาพรวมกระบวนการก่อตัวกาแลคซีในยุคต้นนั้นเกิดปัญหาขึ้นมา

• 5.      การโต้แย้งเกี่ยวกับอัตราการขยายตัวของเอกภพยังคงเข้มข้น
       เราทราบว่าเอกภพกำลังขยายตัวด้วยอัตราที่เพิ่มขึ้นอย่างสม่ำเสมอ แต่เราไม่ทราบแน่ชัดว่าขยายตัวเร็วแค่ไหนกันแน่ ปัญหานี้กลายเป็นการโต้เถียงที่มีศูนย์กลางที่หาค่าคงที่ฮับเบิล(Hubble constant) ที่ถูกต้อง ซึ่งเป็นตัวแปรสำคัญในการประเมินอัตราการขยายตัวของเอกภพ ในตอนนี้ แบบจำลองประเมินค่าคงที่ฮับเบิลไม่สอดคล้องกับค่าที่ได้จากการสำรวจ

   

  ในปีนี้ กล้องเวบบ์ได้สำรวจดาวชนิดหนึ่งซึ่งเรียกว่า ดาวแปรแสงเซเฟอิด(Cepheid variables) ซึ่งเป็นดาวยักษ์ที่สว่างกว่าดวงอาทิตย์ราว 1 แสนเท่าและเป็นแหล่งที่ใช้ในการตรวจสอบระยะทางในอวกาศที่เชื่อถือได้มากที่สุด(และจึงใช้ในการหาอัตราการขยายตัว) แต่แทนที่จะแก้ปัญหานี้ ข้อมูลจากเวบบ์กลับยิ่งทำให้การโต้แย้งเกี่ยวกับค่าคงที่ฮับเบิลยิ่งแตกแยกมากขึ้น
     Adam Riess นักดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยจอห์น ฮอบกินส์ และนักวิจัยรางวัลโนเบล กล่าวว่า ผมไม่สนหรอกว่าค่าคงที่ฮับเบิลจะออกมาแค่ไหน ผมแค่อยากจะเข้าใจว่าเพราอะไร เครื่องมือที่ดีที่สุดของเรา เครื่องมือซึ่งเป็นมาตรฐานกลับไม่สอดคล้องซึ่งกันและกัน

• 6.      เปิดช่องสู่หลุมดำมวลมหาศาลแห่งแรกสุด
       กล้องเวบบ์ช่วยนักดาราศาสตร์ได้ให้เห็นแสงดาวจากกาแลคซียุคต้นสองแห่งที่คิดกันว่ามีหลุมดำมวลมหาศาล(supermassive black holes) แห่งแรกๆ สุดฝังตัวอยู่ กล้องเวบบ์สำรวจกาแลคซีอย่างที่พวกมันเป็นเมื่อเอกภพมีอายุไม่ถึง 1 พันล้านปี เพื่อแสดงว่าหลุมดำเจริญเติบโตอย่างมากเมื่อเวลาผันผ่าน จนมีมวลระดับหลายล้านจนถึงหลายพันล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์

• 7.      โมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนในกาแลคซีโบราณแห่งหนึ่ง
       ในเดือนมิถุนายน นักดาราศาสตร์เผยว่ากล้องเจมส์เวบบ์ตรวจจับโมเลกุลคาร์บอนอินทรีย์เชิงซ้อนที่คล้ายกับที่พบในน้ำมันและถ่านหินบนโลก ในกาแลคซีไกลโพ้นจากเมื่อกว่า 12 พันล้านปีก่อน เมื่อเอกภพมีอายุเพียง 10% ของอายุปัจจุบัน ในอวกาศ โมเลกุลเหล่านี้เชื่อมโยงกับเม็ดฝุ่นจิ๋ว

     การตรวจจับพวกมันได้เป็นเรื่องท้าทายเนื่องจากขีดจำกัดของกล้องโทรทรรศน์ แต่เหตุบังเอิญที่กาแลคซีแห่งนี้เรียงตัวเกือบสมบูรณ์แบบ กับกาแลคซีแห่งที่สอง ที่อยู่ห่างออกไปราว 3 พันล้านปีแสงจากโลก

• 8.      แน่นอนว่ากาแลคซีของเมซี เป็นหนึ่งในวัตถุที่เก่าแก่ที่สุดเท่าที่เคยพบ
       ภาพก้อนสีส้มฟ้า ที่กล้องเวบบ์ถ่ายภาพได้ในฤดูร้อนปี  2022 ซึ่งเรียกกันว่า กาแลคซีของเมซี(Maisie’s Galaxy) และในเดือนสิงหาคม 2023 นักดาราศาสตร์ได้ประกาศว่ามันเป็นหนึ่งในกาแลคซีแห่งแรกๆ สุดเท่าที่เคยพบมา กาแลคซีดูจะปรากฏเมื่อเอกภพมีอายุเพียง 380 ล้านปี ทำให้มันเป็นหนึ่งในสี่กาแลคซียุคต้นๆ สุดเท่าที่เคยพบมา

     Steven Finkelstein ผู้เขียนนำการศึกษา นักดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยเทกซัส ในออสติน กล่าวว่า นี่เป็นพรมแดนที่ไม่เคยถูกสำรวจมาก่อน เราจึงไม่ทราบเลยว่ากาแลคซีก่อตัวอย่างไร หรือมันมีสภาพอย่างไร จนกว่าเราจะหาพวกมันพบด้วยกล้องเวบบ์

• 9.      หลุมดำมวลมหาศาลที่มีกิจกรรมที่อยู่ไกลที่สุด
       ในเดือนกรกฎาคม นักดาราศาสตร์ประกาศการค้นพบหลุมดำมวลมหาศาลที่มีกิจกรรมที่อยู่ไกลที่สุดเท่าที่เคยพบมา โดยกาแลคซีต้นสังกัดของมันพบเมื่อ 570 ล้านปีหลังจากบิ๊กแบง อย่างไรก็ตาม หลุมดำโบราณแห่งนี้มีมวลที่ต่ำอย่างน่าประหลาดใจคือ เพียง 9 ล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์เท่านั้น เมื่อเปรียบเทียบแล้ว หลุมดำโบราณแห่งอื่นๆ ซึ่งมีมวลระดับพันล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์ ซึ่งยากที่จะอธิบายว่ามันก่อตัวขึ้นได้เร็วมากๆ หลังจากเอกภพเริ่มต้นขึ้น ได้อย่างไร

• 
  
• 10.   กล้องเวบบ์อาจพบว่าที่ดาวมืด 3 ดวง
       ในเดือนกรกฎาคม นักดาราศาสตร์ได้รายงานว่ากล้องเวบบ์ได้พบวัตถุที่สว่าง 3 แห่งที่อาจจะเป็นดาวมืด(dark stars) โดย “ดาว” เหล่านี้เคยถูกแปะป้ายเป็นกาแลคซี ในการสำรวจในปี 2022 ของเวบบ์

          Katherine Freese ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ที่เทกซัส ออสติน กล่าวว่า เมื่อได้เห็นข้อมูลจากเวบบ์ ก็มีความเป็นไปได้ 2 อย่างสำหรับวัตถุเหล่านี้ อย่างแรกก็คือ มันเป็นกาแลคซีที่มีประชากรดาวกลุ่ม 3(Population III star) ปกติหลายล้านดวง อีกอย่างก็คือ พวกมันเป็นดาวมืด และเชื่อหรือไม่ว่า หนึ่งในดาวมืดนี้มีแสงเทียบเท่ากับกาแลคซีที่อุดมไปด้วยดาว
     นักดาราศาสตร์คิดว่าดาวชนิดนี้ได้รับพลังจากสสารมืด ซึ่งเป็นสสารปริศนาที่เป็นองค์ประกอบถึง 85% ของสสารทั้งหมดในเอกภพ แต่กล้องโทรทรรศน์มองไม่เห็น ถ้าดาวมืดมีอยู่จริง การมีอยู่ของพวกมันก็น่าจะช่วยไขปริศนาว่าเพราะเหตุใด เอกภพที่ยังอายุน้อยมากๆ จึงมีกาแลคซีขนาดใหญ่จำนวนมากมายตามที่กล้องเวบบ์ได้สำรวจพบ

• 11.   กาแลคซีแห่งแรกๆ สุดดูคล้ายทางช้างเผือกอย่างน่าประหลาดใจ
       ทฤษฎีวิวัฒนาการกาแลคซีได้ทำนายไว้ว่ากาแลคซีแห่งแรกๆ สุดในเอกภพมีอายุน้อยเกินกว่าจะก่อสร้างโครงสร้างให้สังเกตได้ อย่าง แขนกังหัน, คานกลาง หรือวงแหวน นักดาราศาสตร์คิดว่ากาแลคซีที่มีโครงสร้างที่ซับซ้อนมากขึ้นน่าจะเริ่มปรากฏขึ้นราว 6 พันล้านปีหลังจากบิ๊กแบง แต่กล้องเวบบ์กลับได้พบกาแลคซีที่มีรูปร่างที่ละเอียดอ่อนเหล่านี้ปรากฏอยู่เมื่อเพียง 3.7 พันล้านปีหลังจากบิ๊กแบงเท่านั้น

     อ้างอิงจากผลสรุปนี้ นักดาราศาสตร์จะต้องกลับมาพิจารณาความเข้าใจเกี่ยวกับการก่อตัวของกาแลคซีแห่งแรกๆ และวิวัฒนาการกาแลคซีในช่วง 10 พันล้านปีที่ผ่านมา เสียใหม่ Christopher Conselice ผู้เขียนร่วมการศึกษา ศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ สหราชอาณาจักร กล่าว   

 

แหล่งข่าว space.com : 12 James Webb Space Telescope findings that changed our understanding of the universe in 2023