กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เว็บบ์เผยภาพ กาแล็กซี่ที่เก่าแก่ที่สุด

ภาพนี้ดูเหมือนไม่มีอะไรให้ชมมากนัก เป็นเพียงกลุ่มจุดแสงสว่างสีแดงที่มีชื่อเรียกแปลก ๆ ว่า JADES-GS-z13-0

แต่ภาพจุดสว่างมัว ๆ ซึ่งถ่ายโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ภาพนี้ เป็นภาพของ “กาแลกซี่ที่อยู่ห่างไกลที่สุด” เท่าที่เคยมีการยืนยันโดยวิธีการวัดที่ได้มาตรฐานสากล

ภาพกลุ่มดาวนี้เป็นภาพที่เกิดขึ้น 325 ล้านปีหลังจากบิ๊กแบง

ถ้าจักรวาลนี้มีอายุ 13,800 ล้านปี นั่นหมายความว่า เรากำลังดู JADES-GS-z13-0 ตอนที่จักรวาลนี้มีอายุได้เพียง 2% ของอายุปัจจุบันเท่านั้น

แสงจากกลุ่มดวงดาวนี้ใช้เวลาเดินทางยาวนานมากกว่าจะมาถึงเรา

“ฉันรู้สึกภูมิใจและซาบซึ้งอย่างมากที่ได้เป็นส่วนหนึ่งของช่วงเวลานี้” ดร.เอมมา เคอร์ทิส-เลก ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของทีมงานนานาชาติที่เผยแพร่รายละเอียดของการค้นพบเมื่อวันศุกร์ (9 ธ.ค.)

• กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เว็บบ์ไขปริศนาระบบสุริยะ
• กล้องเจมส์เว็บบ์พบคาร์บอนไดออกไซด์บนดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ

ก่อนหน้านี้ กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ซึ่งถูกใช้งานก่อนหน้ากล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เว็บบ์ ได้ค้นพบ”กาแล็กซี่ที่ห่างไกลที่สุด” ชื่อว่า GN-z11 กาแล็กซี่นี้อยู่ใกล้เราขึ้นมาอีกหน่อย เกิดขึ้นขณะที่จักรวาลนี้มีอายุราว 400 ล้านปีเท่านั้น

แต่เรื่องสำคัญก็คือ ตอนนี้ได้มีการส่งไม้ต่อจากฮับเบิลไปยังเจมส์เว็บบ์แล้ว จากกล้องโทรทรรศน์ที่ยอดเยี่ยมไปยังกล้องโทรทรรศน์ที่ยอดเยี่ยมตัวต่อไป ขณะที่บรรดานักวิทยาศาสตร์พยายามจะหาร่องรอยของช่วงเวลาที่เก่าแก่ที่สุดที่มีการกำเนิดดวงดาวขึ้นมา

จริง ๆ แล้ว การนำกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เว็บบ์มาใช้งานเมื่อไม่นานนี้ของนาซา สำนักงานอวกาศของสหรัฐฯ ได้มีวัตถุประสงค์หลักในการหาดาวดวงแรก ๆ ที่ส่องสว่างขึ้นในจักรวาลนี้

JADES-GS-z13-0 ไม่ได้มาจากช่วงเวลานั้น แต่เราก็กำลังเข้าใกล้ไปทุกขณะ แต่ก็มีคำถามขึ้นว่า ไม่มีรายงานการค้นพบกาแล็กซี่ที่ห่างไกลกว่า JADES-GS-z13-0 จากการสังเกตการณ์ของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เว็บบ์ช่วงฤดูร้อนที่ผ่านมาเลยหรือ

คำตอบคือ “อาจจะ” และความไม่แน่นอนนี้ก็ขึ้นอยู่กับความแตกต่างของเทคนิคที่ใช้ในการระบุระยะห่าง

นักดาราศาสตร์จะใช้คำว่า “การเลื่อนไปทางแดง” (redshift) ในการพูดถึงระยะห่าง

โดยใช้วิธีการวัดความยาวคลื่นที่มีการยืดแสงที่เดินทางมาจากกาแล็กซี่ที่ห่างไกลออก

ระยะทางจะยิ่งไกล หากมีการยืดออกได้มาก ทำให้ตัวเลขเรดชิฟต์ยิ่งสูงขึ้นไปด้วย (กาแล็กซี่ JADES มีเลขเรดชิฟต์อยู่ที่ 13.2 ซึ่งชื่อก็มีนัยนี้อยู่”

เหล่านักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาในหลากหลายแง่มุม เพื่อช่วยให้การประเมินนี้มีความแม่นยำมากขึ้นด้วย รวมถึงความสว่างและสีสันของเป้าหมายที่ศึกษาโดยมีการใช้ฟิลเตอร์ที่เฉพาะเจาะจง 2-3 อย่างในกล้อง เทคนิคนี้เรียกว่า การวัดแสง

แถบสเปกตรัมของกาแล็กซี่ที่มีความแตกต่างกัน หรือ “มีรอยแยก” อาจจะทำให้มันสว่างขึ้นหรือมืดลงในฟิลเตอร์ต่าง ๆ และจะเป็นการบ่งชี้ถึงระยะห่างของมันได้

นี่เป็นเพียงแนวทาง แต่ว่าก็ไม่สามารถเชื่อได้เสมอไป

ถ้ามีฝุ่นจำนวนมากในกาแล็กซี่หนึ่ง มันอาจจะทำให้วัตถุนั้นดูแดงมากขึ้น และอยู่ไกลกว่าที่มันเป็น

ในการวัดค่าให้แม่นยำที่สุด นักดาราศาสตร์มักเลือกใช้เครื่องมือในการวิเคราะห์สเปกตรัมมากกว่า ซึ่งเป็นเทคนิคที่ละเอียดมากขึ้น โดยจะมีการแยกองค์ประกอบของสัญญาณแสงเป็นความยาวคลื่นต่าง ๆ

การทำเช่นนี้ช่วยให้พวกเขาหา “รอยแยก” ที่อยู่ในสเปกตรัมของกาแล็กซี่ว่าอยู่ตรงไหนได้ดีขึ้น และยังเห็นเส้นการปล่อยพลังงานของธาตุต่าง ๆ ด้วยอย่าง ไฮโดรเจน, ออกซิเจน และนีออน

การเปรียบเทียบความยาวคลื่นที่วัดได้กับความยาวคลื่นที่ได้มาจากการทดลองในห้องปฏิบัติการ จะช่วยบ่งชี้ได้โดยตรงว่า แสงถูกยืดออกมากแค่ไหน เช่นเดียวกับการเลื่อนไปทางแดงและระยะห่าง

• กล้องเจมส์เว็บบ์เจอกาแล็กซีอายุเก่าแก่ที่สุด เท่าที่มนุษย์เคยค้นพบมา
• กล้องเจมส์เว็บบ์เผยภาพอวกาศลึกเพิ่ม พบไอน้ำในบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ

ทั้ง JADES-GS-z13-0 และ GN-z11 ต่างก็มีการยืนยันด้วยเครื่องมือวิเคราะห์สเปกตรัม ซึ่งเป็นวิธีการตามมาตรฐานสากล ตัวเลขเลื่อนไปทางแดงที่สูงขึ้นตามที่เห็นในรายงานในช่วงไม่กี่เดือนนี้ต่างได้มาจากการวัดแสง

นี่เป็นงานที่ยากรอบด้าน เป้าหมายเลือนรางมาก แม้แต่ในกล้องเจมส์เว็บบ์ และกระจกยักษ์ที่กว้าง 6.5 เมตรของมัน

ดร.เคอร์ทิส-เลก และเพื่อนร่วมงาน JADES (ย่อมาจาก JWST Advanced Deep Extragalactic Survey อาจแปลได้ว่า การสำรวจจักรวาลลึกก้าวหน้าโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เว็บบ์) ของเธอ ได้ใช้เวลาหลายชั่วโมงในการเก็บรวบรวมเศษภาพต่าง ๆ ที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลตัวเดิมมองเห็น

“มันเป็นชิ้นส่วนเล็ก ๆ ของท้องฟ้าที่เหลือเชื่อมาก เทียบเท่ากับการได้ชมพระเนตรของสมเด็จพระราชินีนาถบนเหรียญปอนด์ที่ถือไว้จากระยะห่างสุดแขน” ดร. เรนส์เค สมิต จากมหาวิทยาลัยลิเวอร์พูล จอห์น มัวเรส (Liverpool John Moores University) กล่าว “แต่ภายในชิ้นส่วนนั้น เว็บบ์เห็นกาแล็กซี่หลายหมื่นกาแล็กซี่”

กล้องโทรทรรศน์อวกาศตัวใหม่นี้ มีการติดตั้งเครื่องตรวจสเปกตรัมของแสงย่านใกล้อินฟราเรด (near-infrared spectrometer—NIRSpec) ที่ทรงพลังของสำนักงานอวกาศยุโรปไว้ด้วย หน้าที่ของ NIRSpec คือการวิเคราะห์สัญญาณแสงที่เลือนลางอย่างละเอียด

มันจะทำหน้าที่เลือกวัตถุในการศึกษา โดยในชิ้นส่วนของท้องฟ้าดังกล่าวนั้น ทีมงานได้เลือกวัตถุที่ดูมีความหวังมา 250 ชิ้น ปรากฏว่า ในจำนวนนี้ 4 ชิ้นกลายเป็นกาแล็กซี่ที่อยู่ห่างไกลมาก

โดยที่ไกลที่สุดคือ JADES-GS-z13-0 ส่วนที่ใกล้เข้ามาคือ JADES-GS-z12-0, JADES-GS-z11-0 และ JADES-GS-z10-0

“กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เว็บบ์ถูกสร้างขึ้นเพื่อทำงานนี้ และเครื่องมือ NIRSpec ที่สร้างโดยสำนักงานอวกาศยุโรป ก็เป็นหัวใจของมัน” ศาสตราจารย์มาร์ก แม็กคอครัน ที่ปรึกษาด้านวิทยาศาสตร์อาวุโสของสำนักงานอวกาศยุโรป กล่าว

“การค้นหา ‘แสงแรก’ ในจักรวาลจำเป็นต้องใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศที่เย็นและใหญ่ และมีกล้องอินฟราเรดที่ไวต่อแสง เพื่อหาสิ่งต่าง ๆ ที่อาจจะอยู่ในกาแล็กซี่ที่เลือนลางที่ก่อกำเนิดขึ้นช่วง 200-300 ล้านปีหลังบิ๊กแบง”

“แต่มีกองฟางอยู่มากมาย ขณะที่มีเข็มอยู่ไม่กี่เล่ม ดังนั้น คุณต้องพิจารณาตัวเลือกจำนวนมาก นำแสงน้อยนิดที่ได้มาจากแต่ละตัวเลือกนั้นมาแปลงเป็นสเปกตรัม และใช้ตัวแกะรอยเพื่อดูว่า พวกมันมีระยะห่างและอายุที่ถูกต้องหรือไม่ การที่จะสามารถตรวจสอบเป้าหมายหลายร้อยแห่งในเวลาเดียวกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ NIRSpec ช่วยทำให้มีการนำแม่เหล็กจักรวาลมาใช้กับกองฟางเหล่านั้น” เขากล่าวกับบีบีซี นิวส์

………..

ข่าว BBCไทย ที่เผยแพร่ในเว็บไซต์ ประชาชาติธุรกิจ เป็นความร่วมมือของสององค์กรข่าว