ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ VHS J1256–1257 b (ค้นพบ 2015) เป็นดาวเคราะห์ที่อยู่ในระบบดาวฤกษ์คู่ (Biniry) VHS J1256–1257 เป็นระบบดาวที่อยู่ห่างออกไป 69 ปีแสงจากระบบสุริยะ ซึ่งกล้อง James Webb Space Telescope ได้สำรวจ VHS J1256–1257 b ในระหว่างวันที่ 5 กรกฏาคม 2022 ที่ผ่านมา ด้วยอุปกรณ์ NIRSpec ตามด้วย MIRI ภายใต้โครงการ Early Release Science Program ซึ่งข้อมูลจากการ Observation ดังกล่าว ได้ถูกนำมาประมวลและวิเคราะห์โดย ทีมนักวิทยาศาสตร์จากนานาชาติ หลากหลายสถานบัน นำโดย Brittany Miles จาก University of Arizona และ Andrew Skemer จาก University of California Santa Cruz
การศึกษาดังกล่าว ถูกเขียนออกมาเป็น Paper ที่มีชื่อว่า The JWST Early Release Science Program for Direct Observations of Exoplanetary Systems II: A 1 to 20 Micron Spectrum of the Planetary-Mass Companion VHS 1256-1257 b
อุปกรณ์ NIRSpec นั้น ถูกเซ็ตให้ทำงานภายใต้โหมด Integral Field Unit Mode (IFU) ทำการสังเกตในย่านคลื่น 0.97 – 5.27 ไมโครเมตร (Filter ตั้งแต่ G140H/F100LP ไปจนถึง G395H/F290LP – ดูรายละเอียด Filter ทั้งหมดได้ที่ – Instrument configurations) และใช้เทคนิคการ Readout แบบ NRSIRS2RAPID (อ่านได้จาก NIRSpec IRS2 Detector Readout Mode) ส่วน Miri ถูกเซ็ตให้ทำงานภายใต้โหมด MRS (Medium Resolution Spectroscopy) ศึกษาตั้งแต่ 4.9 ไมโครเมตร ต่อไปจนถึง 28.1 ไมโครเมตร ในแต่ละ Observation ของแต่ละ Filter ใช้ Exposure Times นานกว่า 20 นาที (อ่าน Chanel และ Mode ของ MIRI ได้ที่ MIRI Medium Resolution Spectroscopy)
ซึ่งการศึกษาดังกล่าวจะเห็นว่าเป็นการศึกษาโดยกว้าง ๆ ตั้งแต่ 0.97 ไมโครเมตร ไปถึง 28.1 ไมโครเมตรเลยทีเดียว (Full Luminous Range ศึกษาทุกย่าน) และอยากให้สังเกตด้วยว่า มันจะมี Overlap กัน ในช่วง 4.9-5.27 ไมโครเมตร ซึ่งเดี๋ยวมาว่ากันอีกทีว่า Overlap มีความสำคัญอย่างไร แต่ก่อนอื่น หน้าตาของกราฟที่ได้นั้นจะได้ออกมาเป็นแบบนี้
รูปนี้มันแอบ Simplify นิดนึง (ทีมสื่อสารทำ ไม่ใช่รูปใน Paper) ที่เขาเขียนว่า Amount of Light Emitted นั้น จริง ๆ แล้ว มันคือค่า Flux ที่มีหน่วยเป็น วัตต์ ต่อ ตารางเมตร ต่อไมโครเมตร อันนี้ขอบอกก่อนจะได้ไม่งงว่ามาจากไหน ซึ่งเราจะเห็นว่าช่วงที่มี Emisson ดังกล่าวนั้น ก็จะมาจากโมเลกุลของ Water, Carbon Monoxide, Methane และ Silicates (ทราย)
ทีนี้ถ้าคิดง่าย ๆ เราก็อาจจะเอากราฟนี้มาแล้วก็สรุปได้เลยว่า ดาวเคราะห์ดวงนี้มีธาตุดังกล่าวอยู่ ซึ่งเอาจริงมันก็ใช่ แต่มันต้องมีกระบวนการในการ Proof Check ว่าค่าที่ได้มี มี Error Rate สูงแค่ไหน เพราะการทำ Observation นี้เป็นการทำ Observation ครั้งเดียว โดย MIRI, NirSpec บน James Webb (ซึ่งจะเอากล้องอื่นมาก็ได้แหละ แต่ Performance ของ James Webb มันก็ดีสุดแล้ว ณ ตอนนี้ เราเลยให้ความสำคัญกับ James Webb แต่ก็ไม่ใช่ว่าจะไม่เอากล้องอื่นต่อนะ) แถมยังเป็นการ Observe แบบที่เรียกว่า Full Luminous Range ดังนั้น กรณีนี้จะเป็น Casestudy ให้กับการทำการศึกษา Exoplanet อื่น ๆ ในลักษณะ Full Luminous Range
ก่อนหน้านี้ VHS J1256–1257 b ได้เคยถูกศึกษามาก่อนหลายครั้ง โดยเฉพาะจากอุปกรณ์ WFC3 บน Hubble Space Telescope และมี Paper ออกมาเยอะอยู่ เช่น Roaring Storms in the Planetary-Mass Companion VHS 1256-1257 b: Hubble Space Telescope Multi-epoch Monitoring Reveals Vigorous Evolution in an Ultra-cool Atmosphere
ในการทำ Error Pattern นั้น นักวิทยาศาสตร์ก็ใช้ประโยชน์จาก Protocal ที่มีอยู่ของ JWST Pipeline ที่จะแบ่งเป็น Stage ต่าง ๆ เช่น Stage 1 เป็น detector-level corrections, Stage 2 เป็นการเอา artifacts ที่เกิดจากอุปกรณ์อื่น ๆ บนตัวกล้องออก (เพราะเรารู้อยู่แล้วว่า detector ตัวอื่น produce noise แบบไหน) นอกจากนี้ เรายังสามารถเอา Overlap ที่เราพูดกันถึงก่อนหน้านี้มาช่วย Calibrate ได้ด้วย
ซึ่งใน Paper เขาก็จะอธิบายให้เราฟังว่า Water, Carbon Monoxide, Methane และ Silicates นั้น ยืนยันได้อย่างไร มี signal-to-noise เป็นอย่างไร (ซึ่งอ่านแล้วมันมาก ๆ )
สุดท้ายก็สามารถนำมาซึ่งข้อสรุปได้ว่า
- VHS 1256 b เป็นดาวเคราะห์ที่มีอายุน้อย มีมวลน้อย และปรากฎเป็นสีแดง
- VHS 1256 b Observe แต่ละครั้ง ได้ข้อมูลต่างกันมาก (อ้าว) เราเรียกสิ่งนี้ว่า variability ซึ่งอย่างที่บอกไปว่า VHS 1256 b เคยถูกสังเกตด้วย Hubble มาแล้ว ทำให้นักดาราศาสตร์ สามารถเปรียบเทียบข้อมูลได้ อย่างไรก็ตาม ใน Paper ก็ได้มีการระบุว่า จะมีการลงตารางเวลาให้กล้องอีกหลายตัว รวมถึง James Webb เอง หันมาศึกษา VHS 1256 b อีกหลายครั้งในเวลาที่แตกต่างกัน
- มีสิ่งที่เรียกว่า disequilibrium chemistry หรือความไม่สมดุลย์ทางเคมี เนื่องจากบรรยากาศที่ปั่นป่วน (และนี่น่าจะเป็นสาเหตุของข้อก่อนหน้าด้วยหรือเปล่า ?)
- VHS 1256 b มีทราย (Silicate)
และนี่เองก็คือสิ่งที่เราต้องตั้งคำถามและศึกษา VHS 1256 b ต่อไป รวมถึง Paper นี้ก็นับว่าครอบคลุมและเป็นตัวอย่างของการทำ Full Luminous Range ที่น่าสนใจตัวนึง อีกอย่างที่ลืมบอกก็คือ VHS 1256 b เป็นดาวที่อยู่ห่างจากดาวแม่ของมันมาก ทำให้เราสามารถศึกษา Emission Absorption ของมันได้โดยตรง โดยไม่ต้องพึ่ง Coronagraph และไม่ต้องรอมัน Transit ดาวแม่ นี่จึงเป็นโมเดลที่แม่งน่าสนใจ และอวดประสิทธิภาพของ James Webb ด้วยว่า สามารถให้ข้อมูลที่ละเอียดขนาดนี้ได้
อันนี้แถม Discovery of a young planetary mass companion to the nearby M dwarf VHS J125601.92-125723.9 เผื่อใครอยากรู้ว่าตอนค้นพบเจอได้อย่างไร
เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co
