นักดาราศาสตร์ใช้กล้อง James Webb ยืนยันการมีอยู่ของ Exoplanet ครั้งแรก

เชื่อว่าหลังจาก 1 ปีเต็ม ๆ ที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศ James Webb ได้ถูกส่งขึ้นสู่อวกาศ คงไม่มีใครต้องตั้งคำถามกับประสิทธิภาพอันทรงพลังของมัน ในการขูดรีดเอาแม้กระทั่งแสงที่อาจริบหรี่ที่สุดในช่วงเวลาแรกเริ่มของเอกภพมาให้เราได้เห็นกัน ผ่านเซ็นเซอร์อันทรงพลัง และกระจกบานใหญ่ 6.5 เมตร ซึ่งทำให้มันกลายเป็นกล้องดูดาวที่มีกระจกใหญ่ที่สุดในอวกาศ ณ ตอนนี้

หนึ่งในศาสตร์ที่มีการใช้ James Webb ในการศึกษา ก็คือการศึกษา Exoplanets หรือดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ ที่หน่วยงานพันธมิตรได้แก่ NASA, ESA และ Canadian Space Agency ได้หยิบยกผลงานการวิเคราะห์ย่านคลื่นจากดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะอันห่างไกล มาอวดกันในวันที่เปิดผลงานภาพถ่ายชุดแรก (อ่าน – เผย 5 การค้นพบแรกจากกล้อง James Webb บทสรุป วิเคราะห์ เจาะลึก) หลังจาก นั้น James Webb ก็ได้มีผลงานที่เกี่ยวกับ Exoplanets มาโดยตลอด รวมถึงการถ่ายภาพ Exoplanets โดยตรง ที่เรียกว่า Direct Imaging มาแล้ว

วันที่ 12 มกราคม 2022 ทางทีมวิทยาศาสตร์กล้อง James Webb ได้ออกมาประกาศการค้นพบที่น่าตื่นเต้น ว่าข้อมูลจาก James Webb นั้นนำไปสู่การค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ ในระบบดาวฤกษ์ LHS 475 โดยดาวเคราะห์ดังกล่าว มีชื่อว่า LHS 475 b เป็นดาวเคราะห์หิน มีขนาดใกล้เคียงกับโลก และอยู่ห่างจากโลกออกไป 41 ปีแสง

ผลงานดังกล่าวนี้ร่วมวิจัยนำโดยนักดาราศาสตร์ Kevin Stevenson และ Jacob Lustig-Yaeger แห่ง Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory หรือ JHU APL

ภาพจำลองดาว ดาว LHS 475 b ที่มา – James Webb/JHU APL

แรงจูงใจที่ได้มีการนำ James Webb ศึกษาระบบ LHS 475 นั้น เกิดจากข้อมูลเดิมที่ยาน TESS ยานอวกาศที่ออกแบบมาสำหรับค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ ได้มีข้อมูลที่สามารถชี้ได้ว่า ดาว LHS 475 b นั้น น่าจะมีอยู่จริง หลังจากนั้น ทีมได้ใช้อุปกรณ์บน James Webb คือ Near-Infrared Spectrograph หรือ NIRSpec ตรวจสอบ Spectrum ในขณะที่ดาวเคราะห์ดังกล่าง Transits ผ่านหน้าดาวแม่ของมัน และวิเคราะห์เอาองค์ประกอบธาตุบนดาว ออกมาแสดงให้เราเห็นด้วย

การค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะด้วยวิธีการดูการ Transits นั้น อาจจะไม่ได้เป็นเทคนิคใหม่มากนัก เนื่องจากมันถูกใช้เพื่อศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะมาหลายร้อยหลายพันดวง หลักการของมันก็คือเมื่อดาวเคราะห์เคลื่อนที่ผ่านหน้าดาวแม่ แสงของดาวแม่จะถูกบดบัง ณ ระยะเวลาหนึ่ง อย่างไรก็ตามเทคนิคนี้ต้องต่อสู้กับความเป็นไปได้ที่ดาวแม่ อาจจะมีแสงริบหรี่ลงจากปรากฎการณ์อื่น ๆ แต่เนื่องจากความ Sensitive ของอุปกรณ์บน James Webb และกระจกรวมแสงขนาดใหญ่ของมัน ประกอบกับการที่มันอยู่ในอวกาศทำให้มี Noise จากบรรยากาศของโลกรบกวนน้อยกว่า ทำให้ James Webb นำมาซึ่งข้อมูลที่แม่นยำจนน่าประทับใจ

แผนภาพแสดงให้เห็นแสงที่ริบหรี่ลงของดาวแม่ ในขณะที่ดาวเคราะห์กำลังโคจรตัดหน้าผ่าน ที่มา – James Webb/JHU APL

ส่วนการวิเคราะห์ย่านคลื่นที่ออกมากในขณะที่กำลัง Transits นั้น ทำให้เราสามารถศึกษาธาตุองค์ประกอบของตัวดาวได้ เราเรียกว่า Transmission Spectrum ซึ่งวิธีการดูแผนภาพนี้ก็คือ ให้ดู เส้นเหลือง สีเขียว และสีม่วง เส้นแต่ละเส้น เป็น Model ที่ “ควรจะเป็น” เมื่อเทียบกับความยาวคลื่นในหน่วยไมครอน หากมีแก๊สดังกล่าวอยู่ โดยสีส้มที่เป็น Featureless Model นั้น เป็นเส้นที่บอกว่า หากไม่มีบรรยากาศ Data (จุดสีขาว) ก็ไม่ควรจะขึ้น ๆ ลง ๆ ห่างกันไปมามาก หรือหากข้อมูลชี้ไปในทางว่ามีมีเทนอยู่ ข้อมูลหรือสุดสีขาว ก็ควรจะพล็อตไปกอง ๆ กันในบริเวณที่เส้นสีม่วงถูกตีไว้ ทีนี้ เส้นสีขาวที่วาดแนวตั้งตัดผ่านจุดสีขาวที่แทนที่ข้อมูลนั้น เป็นเหมือนไม้บรรทัดที่เอาไว้ Margin ว่า ข้อมูลอาจจะอยู่ในระดับแนว ๆ นี้นะ อาจจะไม่ได้เป๊ะมาก

ซึ่งจากแผนภาพนี้นั้น ปรากฎว่าทุกอย่างก็ยังดูยากอยู่ (ฮา) และเราก็ยังไม่ได้เห็น Spectrum ฉบับเต็มที่แสดงว่าดาวเคราะห์ดวงนี้ประกอบไปด้วยแก๊สอะไรมากเท่าไหร่ ซึ่งเราก็ต้องรอข้อมูลการสังเกตเพิ่มเติมอีกในอนาคต

กราฟแสดง Transmission Spectrum ของ LHS 475 b ที่มา – James Webb/JHU APL

ทีนี้ถามว่า ถ้าแบบนี้บอกว่าดูยาก แล้วจะเอาดูง่ายต้องแบบไหน เราอยากให้ย้อนกลับไปดูข้อมูลแรกที่ James Webb ศึกษา WASP-96 b ที่ถูกปล่อยออกมาในช่วงกลางปี ที่เราสามารถยืนยันการค้นพบน้ำบนดาว เราจะพบว่า ข้อมูลหรือจุดสีขาว แทบจะทับกับเส้นสีฟ้า ที่เป็น Best-fit Model ของน้ำหรือ H2O เลย

ภาพแสดง Best-fit Model ของ H2O กับข้อมูลที่ศึกษาได้จากกล้อง James Webb ที่มา – James Webb

อย่างไรก็ตามจากข้อมูลดังกล่าว เมื่อนักวิทยาศาสตร์วิเคราะห์ออกมาโดยละเอียดแล้ว สามารถตีความได้ว่า ดาวดวงนี้เป็นดาวหินแน่ ๆ เนื่องจากมีบรรยากาศที่เบาบาง คือถามว่ามีแก๊สไหม ก็อาจจะมีบ้าง แต่ไม่ได้หนาทึบเป็นจนแทบไม่เห็นพื้นผิว แต่จะมีบรรยากาศเป็นลักษณะใด อย่างที่บอกว่าต้องรอข้อมูลเพิ่มเติม

การใช้ James Webb ในการศึกษา Exoplanets นั้น นับว่าเป็นเรื่องน่าตื่นเต้นมากสำหรับวงการ และที่ผ่านมา มันก็ได้สร้างข่าวที่น่าตื่นเต้นมาโดยตลอด ก็ต้องรอดูกันต่อไปว่าในอนาคต จะมีข่าวอะไรน่าตื่นเต้นมาให้เราได้ชมกันอีก

ที่มา – Webb confirms its first exoplanet