James Webb ถ่ายภาพ Exoplanet แบบทางตรงผ่าน NIRCam, MIRI เป็นครั้งแรก

ในการเก็บข้อมูลและศึกษา ดาวเคราะห์นอกระบสุริยะ (Exoplanet) นั้น การค้นพบอาจจะนับว่ายากแล้วเนื่องจากต้องอาศัยการสังเกตทางอ้อมอย่างการรอการเคลื่อนที่ตัดหน้าดาวฤกษ์ (Transiting) หรือการศึกษาการเคลื่อนที่ของดาวที่โคจรรอบดาวแม่ผ่านความเร็วในแนวเล็ง (Radial Velocity) แต่การศึกษาธาตุองค์ประกอบ หรือแม้กระทังการถ่ายภาพโดยตรงของมันนั้นยังคงค่อนข้างยาก เนื่องจากต้องการอุปกรณ์ประสิทธิภาพสูง และกล้องโทรทรรศน์ ทัศนูปกรณ์ ที่สามารถรวบรวม และแยกแยะแสงหรือคลื่นที่เดินทางออกมาจากดาวฤกษ์นั้นได้

ข้อมูลล่าสุดจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศ James Webb ในวันที่ 1 กันยายน 2022 ก็ได้สร้างความตื่นเต้นให้กับนักดาราศาสตร์ เนื่องจากได้มีการประกาศว่า James Webb สามารถใช้อุปกรณ์บนยานถ่ายภาพดาวแก๊ส HIP 65426 b ซึ่งเป็นดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะในลักษณะดาวแก๊สคล้ายกับดาวพฤหัสบดีของเราในระบบดาวฤกษ์ HIP 65426 ที่อยู่ห่างออกไปจากโลกของเรา 385 ปีแสง

ข้อมูลที่เรานำมาเล่านี้ จะมาจาก Paper ที่ชื่อว่า JWST Early Release Science: High Contrast Imaging of the Exoplanet HIP 65426 b from 2−16 µm ซึ่งยังไม่ถูกตีพิมพ์ และ NASA เองก็บอกว่าใจเย็น ๆ นะไอ้หนุ่ม แต่เราว่ามันก็เจ๋งมาก ๆ แล้ว เพราะส่วนมากพูดถึง Observation เป็นหลัก ยังไม่ได้ตีความอะไรมาก

โดยผลงานดังกล่าวนี้ เป็นของทีมจาก NASA/ESA/CSA, University of California Santa Cruz, โครงการ ERS 1386 และ Space Telescope Science Institute

ภาพของ HIP 65426 b ในย่านคลื่นอินฟราเรดโดย NIRCam และ MIRI

การเก็บข้อมูลครั้งนี้ จัดว่าเป็นครั้งแรกในหลาย ๆ กรณี โดยเฉพาะการที่ James Webb ซึ่งเป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศ (Space Telescope) ตัวแรกที่มีอุปกรณ์กระจกอันทรงพลังที่รวบรวมแม้แสงที่ริบหรี่ที่สุด และอุปกรณ์รับภาพ (Detector) ที่สามารถแปรผลออกมาได้อย่างแม่นยำ ทำให้การถ่ายภาพในครั้งนี้จะเป็นรากสำคัญในการศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะในอนาคตผ่านอุปกรณ์และข้อมูลของ James Webb

ก่อนหน้านี้ James Webb ได้ใช้กระจกของมัน รวมแสงไปยังอุปกรณ์อีกตัวที่ชื่อว่า Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ศึกษาคลื่นความถี่ (Spectrograph) จนสามารถยืนยันการค้นพบน้ำ และคาร์บอนไดออกไซด์ บนดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะได้ แต่ก็ไม่ได้มีการเก็บภาพในลักษณะการถ่ายภาพโดยตรงแต่อย่างใด จนมาถึงในครั้งนี้ ก็เลยนับว่าเป็นการถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะครั้งแรกของ James Webb ที่มีภาพถ่ายออกมาจริง ๆ ด้วย ไม่ใช่แค่การศึกษาย่านคลื่น

หากเราดูจากภาพ เราจะเห็นว่ามีการใช้งาน Filter ทั้งหมด 7 ตัวด้วยกันได้แก่ F250, F300, F356, F410M และ F444W สำหรับอุปกรณ์รับภาพ NIRCam (ย่าน Infrared ค่อน ๆ ไปทาง Visible Light) และ F1140C และ F11550C สำหรับอุปกรณ์รับภาพ MIRI (ย่าน Mid-Infrared) โดยจะมีการ Block แสงของดาวฤกษ์แม่มันออกไป เราเรียกวิธีการนี้ว่า Coronagraph ซึ่งเป็นวิธีการที่ยานอวกาศตระกูลล่า Exoplanet หลายลำ และกล้องโทรทรรศน์บนโลกใช้

อย่างไรก็ดี NASA ระบุว่าภาพถ่ายนี้แม้จะผ่านการทำ Image Processing มาพอสมควร แต่ก็ยังต้องอาศัยการ Process อีกจำนวนหนึ่ง (ณ วันที่ประกาศ) รวมถึงในภาพของ NIR Cam ถ้าสังเกตดี ๆ จะเห็น Artifacts ของภาพค่อนข้างชัดเจน (เงาสีดำ ๆ ที่ตัดผ่านแสงของดาว สิ่งนั้นไม่ใช่เสาเอเลี่ยนอะไรแต่อย่างใด แต่กล้องมันมี Artifacts)

ทำไมการศึกษา Exoplanet ของ James Webb จึงสำคัญ

ต้องเล่าย้อนกลับไปว่าจริง ๆ James Webb เป็นกล้องโทรทรรศน์ที่ค่อนข้างอเนกประสงค์ ในตอนที่ NASA, ESA และ CSA ประกาศเปิดเผยข้อมูลแรก ๆ ของ James Webb – เผย 5 การค้นพบแรกจากกล้อง James Webb บทสรุป วิเคราะห์ เจาะลึก เราจะเห็นว่าความสามารถด้านหนึ่งที่ถูกนำมาอวดก็คือการศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ

โดยปกติแล้วการศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ เราจะไม่ได้ศึกษามันผ่านการถ่ายภาพตรง ๆ แน่ ๆ เพราะดาวมันไม่ได้มีแสงในตัวเอง เหมือนโลกหรือดวงจันทร์ด้านที่ไม่โดนแสงอาทิตย์มันก็จะมืด ๆ ไม่เห็นอะไร แต่ประเด็นก็คือวัตถุใด ๆ ก็ตาม หากมันมีความร้อน มันจะปล่อยอินฟราเรดออกมา ซึ่งเราจะศึกษามันผ่านอินฟราเรดนี่แหละ ทีนี้เราก็อาจจะถามว่า แล้วกล้องบนโลกเยอะแยะ ไม่ว่าจะเป็น Very Large Telescope (VLT) หรือกล้อง Keck บนเกาะฮาวาย ที่สร้างการค้นพบต่าง ๆ มาแล้วมากมาย ทำไมพวกนี้ไม่เอามาศึกษา Exoplanet ผ่านอินฟราเรดให้หมด

คำตอบก็คือ บรรยากาศของโลกนั่นแหละที่เป็นตัวบดบังการสังเกตการ ถ้าเราดูจากภาพถ่ายล่าง เราจะเห็นการเปรียบเทียบข้อมูลจาก Observation ของอุปกรณ์สำคัญ ๆ ในโลกใลนี้ เช่น SPHERE (ซึ่งถูกติดตั้งบน VLT และสร้างการค้นพบดาว HIP 65426 b นี่แหละ) หรือ NACO ซึ่งเป็น Near-Infrared Imager and Spectrograph ที่ออกแบบมาให้ติดตั้งกับหอดูดาวบนโลก เราะจะเห็นว่า James Webb สามารถเก็บข้อมูลในย่านคลื่นที่เป็นพวก Mid-Infrared ได้ดีมากยาวมาก แถมข้อมูลย่านที่เก็บได้ก็เป็นย่านที่ค่อนข้างมีนัยสำคัญ และมีค่าฟลักซ์ (Flux) หรือความเข้มข้นสูงกว่า

ดังนั้นสรุปเลยก็คือ James Webb ได้ข้อดีของการที่มันเป็น Space Based ไปเต็ม ๆ ซึ่งให้สิ่งที่ Ground Based ให้ไม่ได้ คือการไปอยู่ในอวกาศทำให้มีปัจจัยอื่นไปรบกวนน้อยกว่า แม้ว่าอุปกรณ์จะอยู่ในระดับเดียว ๆ กับที่ใช้งานกันบนโลกนี่แหละ (แต่พูดแบบนี้ก็เถอะ NIR Cam, MIRI, NIR Spec โหดกว่าที่เราคิด ซึ่งไว้เดี๋ยวค่อยมาเล่า) ประกอบกับกระจกสะท้อนขนาดเท่าบ้านของมัน ที่มีขนาด 6.5 เมตร แต่ถ้าเทียบจริง ๆ แล้ว อย่าลืมว่ากระจกของ VLT, Subaru และอื่น ๆ ที่เราอาจจะรู้สึกว่ามันใหญ่มาก ๆ กับใหญ่กว่า Webb ไม่เท่าไหร่ (8.2 เมตร) ถ้าพูดตรง ๆ ก็คือ Webb แทบจะเป็นการจับเอาหอดูดาวย่อลงเล็กน้อย และส่งไปอยู่ในอวกาศ จึงไม่น่าแปลกใจที่ผลงานของมันจะโหดขนาดนี้

นอกจากนี้สิ่งที่เราต้องรู้ก็คือ มันมีท่าเท่ ๆ ที่เราเรียกว่า Integral Field Unit (IFU) ซึ่งเป็นการเอาข้อมูลเชิง Spectrographic และ Imaging มารวมกัน ซึ่งนั่นแปลว่าข้อมูลจาก NIR Spec และ MIRI จะถูกนำมาใช้ร่วมกัน (เข้าใจแล้วใช่มั้ยว่าทำไมถึงได้อวดทั้ง NIR Spec และ MIRI ก่อน) ซึ่งแน่นอนว่าการทำ IFU ในอวกาศ เป็นอะไรที่โหดมาก ๆ

การศึกษา Exoplanet ด้วย James Webb จึงเป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นมาก ๆ และเป็นความหวังของนักดาราศาสตร์ว่า ศาสตร์การศึกษาในด้านนี้จะพัฒนาไปไกลพอสมควรจากการมีอยู่ของกล้องรุ่นใหม่อันทรงพลังนี้

เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co