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

กล้องเวบบ์ถ่ายภาพกาแลคซีแฟนท่อม

 

M74 by MIRI JWST

     ภาพใหม่จากกาแลคซีแฟนท่อมแสดงถึงพลังของหอสังเกตการณ์อวกาศที่ทำงานร่วมกันในหลายช่วงความยาวคลื่น ในกรณีนี้ ข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ และกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลได้สอดประสานเติมเต็มกันและกันเพื่อให้ได้ภาพกาแลคซีที่สมบูรณ์ครบถ้วน

     ภาพใหม่จากกาแลคซีแฟนท่อม(Phantom Galaxy; M74) ซึ่งอยู่ไกลออกไปราว 32 ล้านปีแสงในกลุ่มดาวปลา(Pisces) และหันหน้า(face-on) เข้าหาโลกเกือบพอดี พร้อมกับแขนกังหันที่สวยงามโอ่อ่า ทำให้มันเป็นเป้าหมายที่นักดาราศาสตร์ชื่นชอบเพื่อศึกษากำเนิดและโครงสร้างของกังหันในกาแลคซี

    โดยความร่วมมือของทีมฮับเบิลและทีมเวบบ์ ทางซ้ายเป็นภาพในช่วงความยาวคลื่นที่ตาเห็นจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล และขวาเป็นภาพกาแลคซีแห่งเดียวกันจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ ในช่วงอินฟราเรด ส่วนภาพกลางเป็นภาพรวมประกอบ(composite image) จากภาพทั้งสองช่วง

      ภาพ M74 จากฮับเบิลมาจากการสำรวจชุดหนึ่งเพื่อศึกษาวิวัฒนาการของกาแลคซีกังหันในละแวกท้องถิ่นอย่างเช่น M74 โดยมีเป้าหมายเพื่อให้ได้แง่มุมสู่ความเป็นมาของการก่อตัวดาวฤกษ์ในกาแลคซีกังหันเหล่านี้รวม 19 แห่ง ส่วนกล้องเวบบ์เล็ง M74 ด้วยอุปกรณ์ในช่วงอินฟราเรดกลาง(MIRI) ได้เผยให้เห็นเส้นสายก๊าซและฝุ่นที่ละเอียดอ่อนช้อยในแขนกังหันตระการตาของ M74 ซึ่งหมุนเวียนออกนอกจากใจกลางภาพนี้ พื้นที่ใจกลางที่ขาดแคลนก๊าซยังให้ภาพกระจุกดาวในใจกลางกาแลคซีที่ไม่ถูกปิดบังไว้   

M74 เจิดจ้าในภาพรวมประกอบช่วงตาเห็น/อินฟราเรดกลางนี้ โดยรวมข้อมูลจากกล้องฮับเบิลและกล้องเวบบ์ ฝุ่นที่ถักทอทั่วแขนกังหันของกาแลคซีจะเป็นสีแดง โดยดาวอายุน้อยที่พบทั่วแขนและในแกนกลางปรากฏเป็นสีฟ้า โดยอุปกรณ์ MIRI ของกล้องเวบบ์ ในขณะที่กล้องเพื่อการสำรวจชั้นสูง(ACS) ของฮับเบิลก็เพิ่มรายละเอียด เช่น การเรืองของดาวอายุมากขึ้นและมีมวลสูงขึ้นในทิศทางเข้าหาใจกลางกาแลคซี มักจะมีสีเหลือง เมื่อรวมกับสีฟ้าในภาพนี้จะให้การเรืองสีเขียว ในภาพฮับเบิลยังเห็นฟองก่อตัวดาวสีแดง

     M74 เป็นกาแลคซีกังหันกลุ่มพิเศษที่เรียกว่า grand design spiral ซึ่งหมายความว่า แขนกังหันของมันเห็นได้อย่างโดดเด่นและชัดเจน ไม่เหมือนกับโครงสร้างกังหันขยุกขยุยเป็นปื้นๆ ที่พบในกังหันบางแห่ง ภาพจากเวบบ์จะช่วยให้นักดาราศาสตร์ได้เรียนรู้เกี่ยวกับสถานะช่วงแรกสุดในการก่อตัวดาวในเอกภพท้องถิ่นได้มากขึ้น

     ช่วยระบุพื้นที่ก่อตัวดาวในกาแลคซี เพื่อตรวจสอบมวลและอายุของกระจุกดาวได้อย่างเที่ยงตรง และได้เงื่อนงำสู่ธรรมชาติของเม็ดฝุ่นขนาดเล็กในอวกาศ การสำรวจ M74 ของฮับเบิลเผยให้เห็นพื้นที่ก่อตัวดาวที่สว่างเป็นพิเศษที่เรียกว่า HII regions  

     สายตาที่คมชัดของฮับเบิลในช่วงอุลตราไวโอเลตและช่วงตาเห็น เมื่อรวมกับความไวในช่วงอินฟราเรดของเวบบ์ที่หาใดเปรียบ เช่นเดียวกับการสำรวจจากกล้องโทรทรรศน์วิทยุภาคพื้นดินเช่นที่ หอสังเกตุการณ์ ALMA เมื่อรวมข้อมูลจากกล้องเหล่านี้ที่ทำงานตลอดช่วงสเปคตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า นักวิทยาศาสตร์ก็ได้แง่มุมสู่วัตถุฟากฟ้าได้ดีกว่าที่ใช้หอสังเกตการณ์เพียงแห่งเดียว แม้ว่าจะเป็นกล้องที่ทรงพลังอย่างเวบบ์ ก็ตาม

แหล่งข่าว spaceref.com : Webb inspects the heart of the Phantom galaxy
                esa.int : multi-observatory views of M74
                space.com : spectacular videos reveal “Phantom Galaxy” views by James Webb space telescope, Hubble

มหาพิภพมหาสมุทร

 

     ทีมนักวิจัยนานาชาติที่นำโดย Charles Cadieux นักศึกษาปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยมอนทรีออล และสมาชิกสถาบันเพื่อการวิจัยดาวเคราะห์นอกระบบ(i RE x) ได้ประกาศการค้นพบ TOI-1452b ดาวเคราะห์นอกระบบดวงหนึ่งที่โคจรรอบดาวฤกษ์ขนาดเล็กหนึ่งในสองดวงในระบบดาวคู่แห่งหนึ่งที่อยู่ไกลออกไปราว 100 ปีแสงในกลุ่มดาวมังกร(Draco)

      ดาวเคราะห์นอกระบบดวงนี้มีขนาดและมวลใหญ่กว่าโลกเท่านั้น และอยู่ในระยะจากดาวฤกษ์แม่ ในตำแหน่งที่อุณหภูมิพื้นผิวไม่น่าจะร้อนเกินไปหรือเย็นเกินไป สำหรับน้ำของเหลวที่จะปรากฏบนพื้นผิวดาวเคราะห์ นักดาราศาสตร์เชื่อว่า มันอาจจะเป็นดาวเคราะห์มหาสมุทร(ocean planet) เป็นดาวเคราะห์ที่มีชั้นน้ำที่หนาปกคลุมไว้โดยสิ้นเชิง คล้ายกับดวงจันทร์บางส่วนของดาวพฤหัสฯ และดาวเสาร์

     ในบทความที่เผยแพร่ใน Astronomical Journal Cadieux และทีมได้อธิบายการสำรวจที่ช่วยระบุธรรมชาติและคุณลักษณะของดาวเคราะห์ที่เป็นอัตลักษณ์ดวงนี้ Rene Doyon ศาสตราจารย์ที่มอนทรีออล และผู้อำนวยการ i RE x และจากหอสังเกตการณ์มองเมกองติก(OMM) กล่าวว่า ผมมีความภาคภูมิใจมากกับการค้นพบนี้เนื่องจากมันได้แสดงให้เห็นว่านักวิจัยและเครื่องมือของเรามีสมรรถนะที่สูง ต้องขอบคุณ OMM, SPIRou เครื่องมือพิเศษที่ออกแบบมาในห้องทดลองของเรา และวิธีการวิเคราะห์อันล้ำหน้าที่พัฒนาโดยทีมวิจัย เราจึงสามารถตรวจจับดาวเคราะห์ชนิดพิเศษนี้ได้

      มันถูกพบเป็นครั้งแรกโดย TESS ซึ่งสำรวจทั่วท้องฟ้าเพื่อค้นหาระบบดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้ระบบสุริยะของเรา ทำให้นักวิจัยสามารถตามรอยดาวเคราะห์ดวงนี้ต่อได้ จากสัญญาณของ TESS ซึ่งแสดงการหรี่แสงลงทุกๆ 11 วัน นักดาราศาสตร์ทำนายว่าเป็นเพราะดาวเคราะห์ดวงหนึ่งที่มีขนาดประมาณ 1.7 เท่าโลก Cadieux เป็นหนึ่งในกลุ่มนักดาราศาสตร์ที่ทำการสำรวจติดตามผลว่าที่ดาวเคราะห์ที่ TESS ได้จำแนกไว้ เพื่อยืนยันชนิดและคุณลักษณะของดาวเคราะห์เหล่านี้ เขาใช้ PESTO กล้องที่ติดตั้งบนกล้องโทรทรรศน์ OMM ซึ่งพัฒนาโดยศาสตราจารย์ David Lafreniere และนักศึกษาปริญญาเอกของเขา Francois-Rene Lachapelle จากมอนทรีออล

ภาพจากศิลปินแสดง TOI-1452b โคจรรอบหนึ่งในดาวแคระแดงในระบบคู่

      OMM แสดงบทบาทที่สำคัญมากในการยืนยันธรรมชาติของสัญญาณนี้ และประเมินรัศมีของดาวเคราะห์ Cadieux อธิบาย นี่ไม่ใช่การตรวจสอบประจำวัน เราต้องแน่ใจว่าสัญญาณที่ TESS ได้พบนั้นเกิดขึ้นจากดาวเคราะห์ดวงหนึ่งที่โคจรรอบ TOI-1452 จริง ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ดวงใหญ่ในสองดวงในระบบดาวคู่แห่งนี้

      ดาวฤกษ์แม่ TOI-1452 มีขนาดเล็กกว่าดวงอาทิตย์ของเราอย่างมาก และดาวข้างเคียงในระบบคู่อีกดวงก็มีมวลใกล้เคียงกัน(เป็นดาวฤกษ์แคระแดงคู่) ดาวทั้งสองโคจรรอบกันและกัน และอยู่ห่างจากกันไม่ไกลเพียง 97 หน่วยดาราศาสตร์(AU) หรือประมาณสองเท่าครึ่งของระยะทางจากโลกถึงพลูโต จนกล้องของ TESS มองเห็นพวกมันเป็นจุดแสงแห่งเดียว แต่ความละเอียดที่สูงของ PESTO ช่วยแยกแยะวัตถุทั้งสองได้ และภาพก็แสดงว่าดาวเคราะห์โคจรรอบ TOI-1452 จริง ซึ่งก็ยืนยันในเวลาต่อมาจากการสำรวจโดยทีมญี่ปุ่น

     เพื่อตรวจสอบมวลของดาวเคราะห์ นักวิจัยสำรวจระบบด้วย SPIRou ที่ติดตั้งที่กล้องโทรทรรศน์คานาดา-ฝรังเศส-ฮาวาย ในฮาวาย ซึ่งเหมาะสมกับการศึกษาดาวมวลต่ำอย่าง TOI-1452 เนื่องจากมันสำรวจในช่วงอินฟราเรดเป็นช่วงที่ดาวมวลต่ำเหล่านี้สว่างมากที่สุด แม้กระนั้น ยังต้องใช้เวลาการสำรวจมากกว่า 50 ชั่วโมงเพื่อประเมินมวลของดาวเคราะห์ ซึ่งเชื่อว่ามีมวลเกือบ 5 เท่ามวลโลก

      สมาชิกในทีมนักศึกษาปริญญาเอกอีก 2 คนที่มอนทรีออลคือ Farbod Jahandar วิเคราะห์องค์ประกอบของดาวฤกษ์แม่ซึ่งมีประโยชน์ในการระบุโครงสร้างภายในของดาวเคราะห์ และ Thomas Vandal วิเคราะห์ข้อมูลจาก SPIRou ดาวเคราะห์ใหมม่น่าจะเป็นหินคล้ายกับโลก แต่รัศมี, มวล และความหนาแน่นของมัน บอกถึงพิภพที่แตกต่างจากโลกของเราอย่างมาก

ภาพจากศิลปินแสดง TOI-1452b ดาวเคราะห์ขนาดเล็กที่อาจจะปกคลุมด้วยมหาสมุทรลึกทั่วทั้งดาวเคราะห์

     โลกนั้นจัดเป็นดาวเคราะห์ที่แห้งแล้งมากๆ แม้ว่าเราจะเรียกมันว่าดาวเคราะห์สีฟ้า เนื่องจากพื้นผิวราวสามในสี่ถูกปกคลุมด้วยมหาสมุทร แต่จริงๆ แล้วมีน้ำอยู่เพียงเล็กน้อยมากๆ คือไม่ถึง 1% ของมวลโลก บนดาวเคราะห์นอกระบบบางส่วนอาจจะมีน้ำอยู่มากกว่าโลกอย่างมาก ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักดาราศาสตร์ได้จำแนกและตรวจสอบรัศมีและมวลของดาวเคราะห์นอกระบบหลายดวงที่มีขนาดระหว่างโลกกับเนปจูน(เนปจูนใหญ่กว่าโลก 3.8 เท่า) ดาวเคราะห์เหล่านี้บางส่วนมีความหนาแน่นที่จะสามารถอธิบายได้ก็ต่อเมื่อมวลส่วนใหญ่ของมันอยู่ในรูปวัสดุสารที่เบากว่า องค์ประกอบในโครงสร้างภายในของโลก(เช่น น้ำ) พิภพในสมมุติฐานเหล่านี้ถูกเรียกว่า ดาวเคราะห์มหาสมุทร

     TOI-1452b เป็นหนึ่งในว่าที่ดาวเคราะห์มหาสมุทรที่ดีที่สุดเท่าที่เราเคยพบมา Cadieux กล่าว รัศมีและมวลของมันบอกถึงความหนาแน่นที่ต่ำกว่าที่คาดไว้สำหรับดาวเคราะห์ที่ประกอบด้วยโลหะและหินคล้ายโลก อย่างมาก ในขณะที่ผู้เชี่ยวชาญแบบจำลองภายในดาวเคราะห์นอกระบบจากมหาวิทยาลัยโตรอนโต Mykhaylo Plotnykov และ Diana Valencia วิเคราะห์ TOI-1452b พบว่าอาจมีน้ำเป็นส่วนประกอบถึง 30% ของมวลดาวเคราะห์ เป็นสัดส่วนที่ใกล้เคียงกับดวงจันทร์บริวารตามธรรมชาติบางส่วนในระบบสุริยะของเรา เช่น ดวงจันทร์กานิมีด(Ganymede) และ คัลลิสโต(Callisto) ของดาวพฤหัสฯ และดวงจันทร์ไททัน(Titan) และเอนเซลาดัส(Enceladus) ของดาวเสาร์

     ดาวเคราะห์นอกระบบอย่าง TOI-1452b จะเป็นว่าที่ดาวเคราะห์ที่น่าจะใช้เพื่อการสำรวจต่อๆ ไปโดยกล้องเวบบ์ได้ดีเยี่ยม มันเป็นหนึ่งในดาวเคราะห์อุณหภูมิพอเหมาะเพียงไม่กี่ดวงที่พบว่าแสดงคุณลักษณะสอดคล้องกับการเป็นดาวเคราะห์มหาสมุทร มันยังอยู่ในโลกมากพอจนนักวิจัยหวังว่าจะได้ศึกษาชั้นบรรยากาศและทดสอบสมมุติฐาน และมีโชคซ้อนไปอีกเมื่อมันอยู่ในพื้นที่ท้องฟ้าที่สามารถสำรวจได้ตลอดทั้งปี

     การสำรวจด้วยกล้องเวบบ์จะมีความจำเป็นเพื่อให้เข้าใจ TOI-1452b ได้ดีขึ้น Doyon ซึ่งเป็นผู้นำทีมอุปกรณ์ NIRISS(Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) ของกล้องเวบบ์ กล่าว เราจะขอเวลาเพื่อสำรวจพิภพประหลาดและน่ามหัศจรรย์แห่งนี้ให้เร็วที่สุด

แหล่งข่าว sciencedaily.com : an extrasolar world covered in water?
                space.com : possible water world spotted orbiting an alien star   

กล้องเวบบ์สำรวจเออาเรนเดล

 

ภาพจากกล้องอินฟราเรดใกล้(NIRCam) บนกล้องเวบบ์ ถ่ายภาพกระจุกกาแลคซีที่ขยายแสง เออาเรนเดล(Earendel) ในวงกลม 

     เมื่อต้นปี นักดาราศาสตร์ได้ประกาศการค้นพบเออาเรนเดล(Earendel) ดาวฤกษ์เดี่ยวที่อยู่ไกลที่สุดเท่าที่เคยพบ ตั้งแต่ตอนแรก ก็มีความเป็นไปได้ที่มันจะไม่ใช่ดาวฤกษ์เดี่ยว แต่เป็นดาวคู่ที่แสงใช้เวลาเดินทางเกือบ 13 พันล้านปีมาที่โลก การสำรวจล่าสุดจากกล้องเจมส์เวบบ์ได้ให้แง่มุมใหม่ๆ และหลักฐานที่ดีที่สุดเท่าที่มีว่า เออาเรนเดลไม่ใช่แค่ดาวเดี่ยว แต่เป็นดาวคู่

     งานวิจัยนี้นำเสนอต่อ Astrophysical Journal และรอพิชญพิจารณ์(peer-review) ในรายงานซึ่งออนไลน์ในเวบ arXiv ทีมบอกว่าภาพจากกล้องเวบบ์ได้ฉีกปกสู่ความเข้าใจระบบแห่งนี้ กำลังขยายที่สูงเป็นพิเศษของเวบบ์ยืนยันว่าระบบดาวนี้เป็นขนาดกะทรัดรัดไม่ได้เป็นกระจุกของดาวแต่อย่างใด

     ในวันที่ 30 กรกฎาคม กล้องอินฟราเรดใกล้(NIRCam) บนกล้องเวบบ์ ได้สำรวจเออาเรนเดล, กาแลคซีต้นสังกัด และกระจุกดาวที่เป็นตัวขยาย กล้องไม่สามารถแยกดาวออกเป็นสอง(หรือสาม) ดวงได้แต่ สีของวัตถุที่สำรวจพบนั้นสอดคล้องที่สุดกับแบบจำลองระบบดาวคู่ที่ประกอบด้วยดาวฤกษ์ร้อนจัด 2 ดวง ดวงหลักมีอุณหภูมิ 29700 องศาเซลเซียส และอีกดวงมีอุณหภูมิเพียงหนึ่งในสามของดาวหลักเท่านั้น ดาวหลักยังร้อนกว่าพื้นผิวดวงอาทิตย์ห้าเท่า  

     เออาเรนเดลถูกพบโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล และกล้องประสบการณ์สูงก็ไม่ได้อยู่เฉยๆ ในขณะที่กล้องใหม่ได้ความดีความชอบไปหมด การสำรวจจากฮับเบิลได้เผยให้เห็นว่าเออาเรนเดลไม่ได้แสดงความแปรแสงใดๆ นี่เป็นเรื่องที่ประหลาดเมื่อคาดว่าดาวมวลสูงจะมีความสว่างเพิ่มขึ้นและลดลง ดาวดวงที่สองอาจจะช่วยอธิบายแสงที่ไม่วิบวับนี้

ภาพซูมเออาเรนเดลและกาแลคซีต้นสังกัดของมัน ที่เรียกชื่อเล่นว่า Sunrise Arc ในภาพจากกล้องฮับเบิล

     ดาวฤกษ์เหล่านี้น่าจะจบชีวิตไปนานแล้ว และกาแลคซีที่พวกมันอยู่ก็ห่างออกไป 27.8 พันล้านปีแสงแล้วในขณะนี้ อันเนื่องมาจากการขยายตัวของเอกภพ การค้นพบเกิดขึ้นได้ต้องขอบคุณปรากฏการณ์ประหลาดในธรรมชาติที่เรียกว่า เลนส์ความโน้มถ่วง(gravitational lensing) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อกระจุกกาแลคซีมวลสูงที่พื้นหน้า WHL0137-08 บิดเบนกาลอวกาศอย่างรุนแรง จนขยายแสงจากวัตถุที่ห่างไกลขึ้นมา(ในกรณีของเออาเรนเดลการขยายแสงอยู่ที่ 4 หมื่นเท่า)  

     ต้องขอบคุณการขยายแสงและกล้องโทรทรรศน์อวกาศที่น่าทึ่ง คุณลักษณะของดาวห่างไกลเหล่านี้จึงชัดขึ้นเรื่อยๆ เมื่อมีการสำรวจใหม่ที่เรื่อยๆ เออาเรนเดล ชื่อภาษาอังกฤษโบราณของ ดาวประกายพรึก(Morning Star) เป็นระบบแห่งสถิติ ซึ่งช่วยให้เรามีแง่มุมสู่เอกภพเมื่อมันมีอายุเพียง 9 ร้อยล้านปีเท่านั้น

      กล้องเวบบ์มีกำหนดจะสำรวจเออาเรนเดลอีกครั้งในปีนี้ เมื่อมีข้อมูลมากขึ้นก็น่าจะช่วยระบุธรรมชาติของมันได้ ซึ่งก็น่าจะให้ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับหนึ่งในดาวรุ่นแรกๆ สุดในเอกภพ

แหล่งข่าว iflscience.com : the most distant known single star is probably two- and they are hot!
                discoverymagazine.com : JWST photographs universe’s most distant known star  

ความซับซ้อนเชิงเคมีบนดาวหางของโรเซตตา

 

ฝุ่นและก๊าซที่ลอยขึ้นจากพื้นผิวของดาวหางชูรีเมื่อดาวหางเข้าใกล้จุดที่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด(perihelion) ในวงโคจร

     นักวิจัยที่นำทีมโดยมหาวิทยาลัยแห่งเบิร์น จำแนกความร่ำรวยของโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนบนดาวหางดวงหนึ่งอย่างไม่คาดคิดได้เป็นครั้งแรก ความสำเร็จนี้ต้องขอบคุณการวิเคราะห์ข้อมูลที่รวบรวมได้จากปฏิบัติการยานโรเซตตา(Rosetta) ขององค์กรอวกาศยุโรป ซึ่งสำรวจดาวหาง “ชูรี”(67P/Churyumov-Gerasimenko)

     ถ้าดาวหางที่อุดมด้วยสารเคมีเชิงซ้อนเหล่านี้เข้ามาชนกับโลกยุคต้น สารอินทรีย์เหล่านี้ก็อาจจะช่วยริเริ่มการอุบัติของสิ่งมีชีวิตที่มีพื้นฐานจากคาร์บอน(carbon-based life) อย่างที่เรารู้จัก

     ดาวหางเป็นฟอสซิลจากยุคโบราณและจากห้วงลึกในระบบสุริยะ พวกมันเป็นซากจากการก่อตัวของดวงอาทิตย์, ดาวเคราะห์และดวงจันทร์ ทีมที่นำโดย ดร Nora Hänni นักเคมีจากแผนกการวิจัยอวกาศและวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ สถาบันฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยแห่งเบิร์น ประสบความสำเร็จในการจำแนกโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนใหม่เอี่ยมทั้งชุดในดาวหางชูรี ตามที่รายงานในการศึกษาที่เผยแพร่ใน Nature Communications

     ในช่วงกลางทศวรรษ 1980 องค์กรอวกาศหลายประเทศได้ส่งฝูงยานอวกาศไปโคจรผ่านดาวหางฮัลลีย์(Halley’s comet) แม้บนยานจะมีสเปคโตรมิเตอร์มวลหลายชิ้นที่สามารถตรวจสอบองค์ประกอบเคมีของทั้งโคมา(coma; ชั้นบรรยากาศบางๆ รอบนิวเคลียสดาวหางซึ่งเกิดขึ้นจากการระเหิดของน้ำแข็งในดาวหางเมื่อเข้าใกล้ดวงอาทิตย์) และของอนุภาคฝุ่นที่มาชน อย่างไรก็ตาม ข้อมูลที่รวบรวมได้ไม่ได้มีความละเอียดมากพอที่จะช่วยให้เกิดการแปลผลได้

โครงสร้างของดาวหาง :โดยปกติเมื่อดาวหางอยู่ในสภาพเฉื่อยจะเป็นเหมือนก้อนน้ำแข็งฝุ่นธรรมดา แต่เมื่อได้รับความร้อน น้ำแข็งจะระเหิดออกมา ปะทุเป็นก๊าซที่นำฝุ่นออกมาด้วย สร้างเป็นหางที่เป็นเอกลักษณ์ของดาวหาง 

     ขณะนี้ เมื่อเวลาผ่านไปกว่าสามสิบปี สเปคโตรมิเตอร์มวลความละเอียดสูง ROSINA ซึ่งเป็นเครื่องมือจากทีมเบิร์นที่ติดตั้งบนโรเซตตา รวบรวมข้อมูลจากดาวหางชูรี ระหว่างปี 2014 ถึง 2016 ข้อมูลเหล่านี้ช่วยให้นักวิจัยได้เปิดช่องสู่ขุมทรัพย์สารอินทรีย์เชิงซ้อนบนชูรีได้เป็นครั้งแรก

      เมื่อดาวหางชูรีเข้าใกล้จุดที่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด(perihelion) ดาวหางมีกิจกรรมสูงมาก น้ำแข็งของดาวหางระเหิดได้สร้างกระแสไหลออกที่ดึงอนุภาคฝุ่นออกมาด้วย อนุภาคที่ถูกขับออกมาก็ได้รับความร้อนจากการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์จนมีอุณหภูมิเลยจากที่พวกมันคุ้นชินบนพื้นผิวดาวหาง ซึ่งทำให้โมเลกุลที่หนักขึ้นและใหญ่ขึ้นถูกปล่อยออกมา ทำให้ ROSINA-DFMS ตรวจสอบได้

     Kathrin Altwegg ศาสตราจารย์เกียรติคุณ ผู้นำทีมเครื่องมือ ROSINA และผู้เขียนร่วมในการศึกษาใหม่ กล่าวว่า เนื่องจากสภาพฝุ่นจัดแบบสุดขั้ว ยานจึงต้องถอยออกมาอยู่ในระยะทางปลอดภัยมากกว่า 200 กิโลเมตรเหนือพื้นผิวดาวหาง เพื่อที่เครื่องมือจะสามารถทำงานภายใต้สภาวะที่คงที่ได้ แต่กระนั้น มันก็ยังสามารถตรวจจับสารประกอบที่มีอะตอมประกอบอยู่จำนวนหนึ่ง ซึ่งเคยถูกซ่อนไว้ในฝุ่นดาวหาง

     ทีมนักวิจัยจากเบิร์นประสบความสำเร็จในการจำแนกโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนจำนวนหนึ่งซึ่งไม่เคยพบเห็นบนดาวหางใดๆ มาก่อน เราได้พบแนฟธาลีน(naphthalene) ซึ่งก็ให้กลิ่นลูกเหม็น เรายังพบกรดเบนโซอิก(benzoic acid) ซึ่งเป็นองค์ประกอบตามธรรมชาติในธูป นอกจากนี้ ยังจำแนกเบนซัลดีไฮด์(benzaldehyde) ซึ่งใช้เพื่อเติมกลิ่นอัลมอนด์ในอาหาร และโมเลกุลอื่นๆ อีกมากมาย สารอินทรีย์เหล่านี้น่าจะทำให้ดาวหางชูรีมีกลิ่นที่ซับซ้อนมากขึ้น แต่ก็น่าดึงดูดใจมากขึ้ด้วย Hänni กล่าว

ข้อมูลจากดาวหาง “ชูรี” ที่รวบรวมได้ในขณะที่ดาวหางผ่านเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุดในวงโคจรของมัน ได้แสดงขุมทรัพย์โมเลกุลที่น่าประหลาดใจ ซึ่งระเหิดออกจากอนุภาคฝุ่นที่ถูกผลักออกมา โดยเฉลี่ยแล้ว สสารอินทรีย์เชิงซ้อนนี้มีความคล้ายคลึงกับสารอินทรีย์ที่มีในอุกกาบาต และในฝนที่ตกจากวงแหวนดาวเสาร์ ซึ่งบ่งชี้ถึงกำเนิดจากแหล่งที่มีมาก่อนดวงอาทิตย์(presolar origin)

     นอกเหนือจากโมเลกุลกลิ่นหอม ยังพบโมเลกุลอีกหลายชนิดที่มีคุณสมบัติ “ตั้งต้นชีวิต”(prebiotic) ในคลังสารอินทรีย์ของชูรีด้วย เช่น ฟอร์มาไมด์(formamide) สารประกอบเหล่านี้เป็นสารตัวกลางที่สำคัญในการสังเคราะห์ชีวโมเลกุลเช่น น้ำตาลหรือกรดอะมิโน ถ้าดาวหางซี่งมีคลังสารอินทรีย์เหล่านี้ ไปชนกับโลก สารอินทรีย์เหล่านี้ก็อาจจะช่วยริเริ่มการอุบัติของสิ่งมีชีวิตที่มีพื้นฐานจากคาร์บอน(carbon-based life) อย่างที่เรารู้จัก Hänni อธิบาย

     และนอกจากการจำแนกโมเลกุลทีละชนิด นักวิจัยยังทำการแจกแจงโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนทั้งหมดในดาวหางชูรีด้วย ซึ่งช่วยให้นำไปเปรียบเทียบกับบริบทของระบบสุริยะได้ ตัวแปรสำคัญอย่าง สูตรเฉลี่ยโดยรวมของสสารอินทรีย์นี้ หรือเรขาคณิตการสร้างพันธะโดยเฉลี่ยของอะตอมคาร์บอนในดาวหาง มีความสำคัญต่อประชาคมวิทยาศาสตร์โดยกว้าง ตั้งแต่ นักดาราศาสตร์จนถึงนักวิทยาศาสตร์ระบบสุริยะ

     ดูเป็นว่า โดยเฉลี่ยแล้ว คลังสารอินทรีย์เชิงซ้อนในชูรีนั้นเหมือนกันอย่างไม่ผิดเพี้ยนกับสารอินทรีย์ส่วนที่ละลายได้ในอุกกาบาต Hänni อธิบาย ยิ่งกว่านั้น นอกเหนือจากปริมาณอะตอมไฮโดรเจนเปรียบเทียบ คลังโมเลกุลของชูรียังคล้ายกับสสารอินทรีย์ที่ตกจากวงแหวนในสุดลงสู่ดาวเสาร์ ซึ่งตรวจพบโดยสเปคโตรมิเตอร์มวล INMS บนยานคาสสินี

we are star stuff

      เราไม่เพียงแต่พบความคล้ายคลึงกับแหล่งสารอินทรีย์ในระบบสุริยะ แต่โมเลกุลอินทรีย์หลายชนิดของชูรียังปรากฏในเมฆโมเลกุล ซึ่งเป็นที่ให้กำเนิดดาวฤกษ์ใหม่ๆ Susanne Wampfler นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่ศูนย์เพื่ออวกาศและความสามารถในการเอื้ออาศัยได้(CSH) มหาวิทยาลัยแห่งกรุงเบิร์น และผู้เขียนร่วมงานวิจัยนี้ กล่าว การค้นพบของเราสอดคล้องและสนับสนุนแนวคิดกำเนิดของแหล่งสารอินทรีย์ต่างๆ ในระบบสุริยะ ว่ามาจากแหล่งก่อนดวงอาทิตย์ก่อตัว(pre-solar) แห่งเดียวกัน ยืนยันว่าดาวหางนั้นแท้ที่จริงแล้วนำพาวัสดุสารจากช่วงเวลาที่ยาวนานก่อนที่ระบบสุริยะของเราจะอุบัติขึ้นด้วยซ้ำ

แหล่งข่าว phys.org : shedding light on comet Chury’s unexpected chemical complexity