1 กรกฎาคม 2023 จรวด Falcon 9 ของ SpaceX ได้นำส่งยานอวกาศลำใหม่ขององค์การอวกาศยุโรปหรือ ESA เดินทางสู่วงโคจร Lagrange L2 เพื่อสานต่อภารกิจด้านฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่ได้ริเริ่มมานานหลายทศวรรษในการศึกษาผลกระทบของสสารมืดและพลังงานมืด ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญในการขยายตัวของเอกภพ และเป็นสิ่งที่ฟิสิกส์ปัจจุบันนั้นยังเต็มไปด้วยช่องโหว่ในการอธิบาย
ยานอวกาศลำดังกล่าวคือ Euclid มันเป็นยานอวกาศหนัก 2 ตัน สร้างโดยบริษัท Thales Alenia และ Airbus Defense and Space ในฝั่งยุโรป Operate โดย ESA ภายใต้ความช่วยเหลือจาก NASA และ Euclid Consortium ติดตั้งกล้องโทรทรรศน์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางกระจก 1.2 เมตร พร้อมอุปกรณ์รับแสงในย่านคลื่น Visible Light ถึง Near-IR หรือย่านคลื่นใกล้ช่วงอินฟราเรด ผ่านอุปกรณ์หลักสองตัวได้แก่ VIS และ NISP โดย VIS จะทำหน้าที่รับคลื่นในย่านแสง Visible Light (530–920 nm) และ NISP รับคลื่นในย่าน 920–2020 nm โดยอุปกรณ์ทั้งสองตัว มีความต่างกันในเรื่องของจำนวน Pixel อยู่มาก VIS มีความละเอียดอยู่ที่ 600 ล้านพิกเซล ในขณะที่ NISP มีความละเอียดเพียงแค่ 65 ล้านพิกเซลเท่านั้น แต่นี่ก็มากพอที่จะทำให้นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ สามารถศึกษาคลื่นในย่านที่เกิดจากการปรากฎการณ์ Red Shift (การเคลื่อนที่ไปในทางแดง) ที่ทำให้แสงที่มองเห็นได้ เคลื่อนที่ไปในฝั่งอินฟราเรด ซึ่งปรากฎการณ์นี้ก็เกิดจากการที่เอกภพกำลังขยายตัวอยู่นั่นเอง
ดังนั้นในขณะที่ VIS ช่วยให้เราทำแผนที่และสังเกตการณ์ดาราจักรที่ห่างออกไปได้อย่างละเอียด NISP ก็จะช่วยให้เราตรวจวัดอัตราการเกิด Red Shift ได้ ด้วยกระบวนการ Spectroscopic รวมถึงยังช่วยให้เราศึกษาปรากฎการณ์ Baryon acoustic oscillations (BAO) หรือการสั่นสะเทือนของอนุภาคในกลุ่ม Baryon (แบรีออน) อนุภาคมูลฐานที่ประกอบจาก Quark (ควาร์ก) เช่น โปรตอน ที่ประกอบมาจากควาร์กสามตัว ซึ่งการสั่นสะเทือนอันน้อยนิดที่ตรวจจับยากนี้ เป็นแรงกระเพื่อมที่เกิดจากการกำเนิดเอกภพและยังคงหลงเหลือหลักฐานในอนุภาคมูลฐานต่าง ๆ รอบตัวเรา การศึกษาแรงกระเพื่อมจากเอกภพในยุคแรกเริ่มที่เต็มไปด้วยพลังงานมหาศาลผ่านอนุภาคมูลฐานที่เรามีควารู้ความเข้าใจ (ซึ่งเกิดจากการมีอยู่ของคลื่นไมโครเวฟพื้นหลัง Cosmic Microwave Background หรือ CMB) นั้น จึงอาจช่วยให้เราเข้าใจได้ว่า สสารและพลังงานที่เรายังไม่รู้จัก หรือที่เรียกกันว่า Dark Energy และ Dark Matter นั้นหายไปใน รวมถึงเรายังสามรถศึกษา Distortions ที่เกิดจากการบิดโค้งของการอวกาศ หรือ Gravitational Lensing ได้อีกด้วย
อธิบายง่าย ๆ ก็คือ เมื่อเรามองย้อนกลับไปในจักรวาลยุคแรกเริ่ม (วัตถุที่ไกลตัวเรา) อัตราการเกิด oscillations จาก CMB ที่เกิดจาก Big Bang นั้นจะต้องมากกว่า และสสาร อนุภาคต่าง ๆ จะต้องสั่นน้อยลงตามอายุของจักรวาล (วัตถุที่ใกล้ตัวเรา)
อ่านเรื่อง Baryon acoustic oscillations ได้จาก What are Baryon acoustic oscillations
ในการศึกษาฟิสิกส์ที่เป็นรากฐานของการอธิบายการก่อกำเนิดเอกภพนี้ ได้ใช้ประโยชน์จากตำแหน่งที่ตั้งของยานอวกาศ Euclid ที่จะโคจรอยู่ ณ จุด L2 ห่างออกไปประมาณหนึ่งล้านกิโลเมตรจากโลก ไปในทิศทางหลังจากโลกเมื่อมองจากดวงอาทิตย์ เป็นจุดที่ยานอวกาศหลายลำกำลังโคจรรอบอยู่ รวมถึงกล้อง James Webb Space Telescope ก็อยู่ในบริเวณนี้ด้วยกัน
และด้วยการออกแบบที่เป็นกล้องในมุมกว้าง ทำให้ Euclid สามารถทำแผนที่ท้องฟ้าและอัตราของ Red Shift ได้ เราเรียกกระบวนการแบบนี้ว่า All-Sky Survey ซึ่งกล้องโทรทรรศน์อวกาศที่ใช้ท่านี้ในการทำแผนที่ท้องฟ้าก็เช่น Planck Telescope ของ ESA (ที่ทำงานในช่วงปี 2009 – 2013) หรือกล้องในตำนานอย่าง Cosmic Background Explorer (COBE – ทำงานในช่วงปี 1989 – 1993) ที่ถ้าใครศึกษาในสายฟิสิกส์ดราศาสตร์ ก็จะทราบกันดีกว่า COBE เป็นตัวเปิดประเด็นด้านการขยายตัวของเอกภพ และพิสูจน์ความสมเหตุสมผลของทฤษฎีกำเนิดเอกภพ Big Bang
อ่านการออกแบบการทำงานของตัวยานและ Instrument บน Euclid ได้ในเอกสารประกอบการทำ Preliminary Design Review (PDR), Critical Design Review (CDR) ได้ที่ The Euclid mission design และ Model-based instrument review for the Euclid mission for NISP- and VIS CDR
หลายคนอาจจะเบื่อกับตัวเลขนี้แล้ว แต่เราก็อยากย้ำอีกรอบว่า ด้วยข้อมูลด้านฟิสิกส์ดาราศาสตร์ปัจจุบัน เรารู้จักกับสสารและพลังงานเพียงแค่ 5% เท่านั้น ในขณะที่อีก 95% ที่เหลือ คืออัตราส่วนของพลังงานมืดและสสารมืด ซึ่งยังเป็นสิ่งที่เรายังไม่สามารถเข้าใจธรรมชาติของมันได้ และมันก็คือคำถามที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของโลกฟิสิกส์ปัจจุบัน ที่จะช่วยให้เราเข้าใจจุดเริ่มต้นของเอกภพของเราในยุค Big Bang ได้
กล้อง Euclid จึงเป็นเครื่องมือชิ้นใหม่ที่นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์จะได้ใช้ทำความเข้าใจ Big Bang อย่างล้ำลึกขึ้น ร่วมกับอุปกรณ์สังเกตการณ์อื่น ๆ ในอวกาศ รวมถึง Herschel Telescope, James Webb Space Telescope และกล้องภาคพื้นโลกอย่างกล้อง ALMA (Altacama Large Milimeter Arrays), SPT (South Pole Telescope) หรืออุปกรณ์ในอนาคตอย่าง Extreamly Large Telescope ของ ESO และ Thirty Meter Telescope ในฮาวาย (ซึ่งตอนนี้มีดราม่าอยู่) โดยการสังเกตการณ์จากอวกาศนั้นช่วยเพิ่มข้อมูลในฐานข้อมูลที่ให้แม่นยำมากขึ้น นอกจากนี้เรายังอาจใช้ข้อมูลจาก Euclid ร่วมกับยานอวกาศกลุ่ม Gaia ที่ใช้เทคนิค astrometry ในการศึกษาระยะห่างของวัตถุในเอกภพ ที่นำไปสู่การสร้างแผนที่ในแนวแกนสามมิติ และแกนเวลา ที่ทำให้เราคำนวณ Red Shift ที่ควรจะเป็นได้อย่างแม่นยำ
หลังจากการปล่อย (1 สิงหาคม 2023) ทาง ESA และ Euclid Consortium ได้เปิดเผยภาพแรก ภาพแรก (First Light) เพื่อทดสอบการทำงานของอุปกรณ์หลักสองตัวบนยานได้แก่ NIS และ VISP
ในยุคหลังจากนี้จึงนับว่าน่าตื่นเต้นเป็นอย่างมากที่เราจะได้ยานอวกาศตระกูล Astrophysics มาร่วมทำความเข้าใจเอกภพของเราในยุคแรกเริ่ม ในขณะที่ James Webb อาจช่วยให้เราได้เห็นแสงแรกของเอกภพ Euclid ก็อาจช่วยบอกเราได้ว่าสสารและพลังงานที่เกิดจาก Big Bang นั้น หายไปไหนทำไมจึงไม่มาปรากฎให้เราสัมผัสได้เหมือนกับ Cosmic Microwave Background ที่กำลังให้ความอบอุ่นกับจักรวาลและอยู่ในตัวพวกเราแม้เราจะไม่รู้ตัวเลขก็ตาม
เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co
