กล้องโทรทรรศน์เว็บบ์เพิ่งเริ่มต้น

บัลติมอร์ — จนถึงตอนนี้ก็ยังเป็นอาหารตาจากสวรรค์: ความกว้างใหญ่สีดำของอวกาศเต็มไปด้วยก้อนแสงที่ลึกลับและห่างไกลจนไม่อาจหยั่งรู้ได้ ภาพเหมือนวิญญาณของดาวเนปจูน ดาวพฤหัสบดี และเพื่อนบ้านอื่นๆ ที่เราคิดว่ารู้จักแล้ว เนบิวลาและกาแล็กซีมองเห็นได้ด้วยตาอินฟราเรดทะลุทะลวงของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์

กล้องโทรทรรศน์นี้ได้รับการตั้งชื่อตามเจมส์ เว็บบ์ ผู้ดูแลระบบของนาซาในระหว่างการสร้างยานอวกาศอพอลโลเพื่อลงจอดบนดวงจันทร์ เป็นโครงการร่วมระหว่างองค์การนาซา องค์การอวกาศยุโรป และองค์การอวกาศแคนาดา เปิดตัวเมื่อวันคริสต์มาสเมื่อหนึ่งปีก่อน – หลังจากสองทศวรรษแห่งปัญหาและเงิน 1 หมื่นล้านดอลลาร์ – ในภารกิจสำรวจจักรวาลในช่วงความยาวคลื่นที่ตามนุษย์ไม่สามารถมองเห็นได้ ด้วยกระจกเงาหลักกว้าง 21 ฟุต Webb มีพลังมากกว่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลรุ่นก่อนถึงเจ็ดเท่า ขึ้นอยู่กับว่าคุณทำบัญชีอย่างไร เวลาสังเกตการณ์ 1 ชั่วโมงบนกล้องโทรทรรศน์อาจมีราคา 19,000 ดอลลาร์หรือมากกว่านั้นของ NASA

แต่นาซ่าและนักดาราศาสตร์ไม่ได้จ่ายเงินทั้งหมดและทุนทางการเมืองเพียงเพื่อภาพสวย ๆ — ไม่ใช่ว่าไม่มีใครบ่น

“ภาพแรกเป็นเพียงจุดเริ่มต้น” แนนซี เลเวนสัน ผู้อำนวยการชั่วคราวของสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศ ซึ่งดูแลทั้งเว็บบ์และฮับเบิลกล่าว “จำเป็นต้องมีมากกว่านี้เพื่อเปลี่ยนให้เป็นวิทยาศาสตร์ที่แท้จริง”

เป็นเวลาสามวันในเดือนธันวาคม นักดาราศาสตร์ราว 200 คนมารวมตัวกันที่หอประชุมของสถาบันเพื่อฟังและอภิปรายผลการทดลองครั้งแรกจากกล้องโทรทรรศน์ ผู้จัดงานระบุว่ามีผู้รับชมออนไลน์มากกว่า 300 คน เหตุการณ์นี้ถือเป็นการเฉลิมฉลองที่ล่าช้าของการเปิดตัวและการเข้ารับตำแหน่งที่ประสบความสำเร็จของ Webb และการแสดงตัวอย่างอนาคตที่สดใส

นักดาราศาสตร์เดินไปที่โพเดียมทีละคน และพูดอย่างรวดเร็วเพื่อให้เป็นไปตามขีดจำกัด 12 นาที พุ่งทะลุจักรวาลแห่งการค้นพบ กาแลคซีที่แม้แต่ในวัยเยาว์ก็สร้างหลุมดำมวลมหาศาลได้แล้ว การศึกษาชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบหินบางดวงจากทั้งหมดเจ็ดดวงที่โคจรรอบ Trappist 1 ซึ่งเป็นดาวแคระแดงที่อาจอาศัยดาวเคราะห์ที่อาศัยอยู่ได้ (ข้อมูลชี้ให้เห็นว่าดาวเคราะห์นอกระบบอย่างน้อยสองดวงไม่มีชั้นบรรยากาศไฮโดรเจนในยุคดึกดำบรรพ์ขนาดใหญ่ที่จะคร่าชีวิตอย่างที่เราทราบ แต่อาจมีชั้นบรรยากาศที่ไม่เป็นระเบียบของโมเลกุลที่หนาแน่นกว่า เช่น น้ำหรือคาร์บอนไดออกไซด์)

“เราทำธุรกิจ” Bjorn Benneke แห่งมหาวิทยาลัยมอนทรีออลประกาศ ขณะที่เขานำเสนอข้อมูลของหนึ่งในดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ

เมแกน ไรเตอร์แห่งมหาวิทยาลัยไรซ์พาเพื่อนร่วมงานของเธอ “ดำน้ำลึก” ผ่านผาคอสมิก ซึ่งเป็นแหล่งก่อตัวดาวที่มีเมฆครึ้มในกลุ่มดาวคารินา ซึ่งเป็นขนมชิ้นโปรดในยุคแรกๆ เธอกำลังติดตามว่าไอพ่นจากดาวดวงใหม่ คลื่นกระแทก และรังสีไอออไนซ์จากดาวฤกษ์ใกล้เคียงที่มีมวลมากกว่าซึ่งเกิดร้อนจัดกำลังเปลี่ยนแปลงรูปร่างภูมิศาสตร์ของจักรวาลอย่างต่อเนื่องและกระตุ้นการก่อตัวของดาวดวงใหม่ได้อย่างไร

“นี่อาจเป็นแม่แบบสำหรับสิ่งที่ดวงอาทิตย์ของเราเผชิญเมื่อก่อตัวขึ้น” ดร. ไรเตอร์กล่าวในการให้สัมภาษณ์

ระหว่างการนำเสนอ ที่ข้างสนามและตามโถงทางเดิน นักดาราศาสตร์อาวุโสซึ่งอยู่ในมือในปี 1989 เมื่อความคิดเรื่องกล้องโทรทรรศน์เว็บบ์ได้รับการเสนอแนะครั้งแรก แสดงความยินดีซึ่งกันและกันและแลกเปลี่ยนเรื่องราวสงครามเกี่ยวกับการพัฒนากล้องโทรทรรศน์ พวกเขาอ้าปากค้างเมื่อเด็ก ๆ แสดงข้อมูลที่เกินความสำเร็จของพวกเขาด้วยกล้องฮับเบิล

Jane Rigby นักวิทยาศาสตร์โครงการปฏิบัติการสำหรับกล้องโทรทรรศน์ เล่าถึงความรู้สึกสับสนอลหม่านของเธอเมื่อปีที่แล้วเมื่อกล้องโทรทรรศน์เข้าใกล้การเปิดตัวในที่สุด เครื่องมือนี้ได้รับการออกแบบให้ใช้งานได้ในอวกาศ ซึ่งเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนซึ่งมีโอกาสเกิด “ความล้มเหลวจุดเดียว” ถึง 344 จุด และดร. ริกบี้ก็ทำได้เพียงนับจำนวนเหล่านี้ซ้ำแล้วซ้ำเล่า

“ฉันอยู่ในขั้นตอนการปฏิเสธ” เธอกล่าวในบัลติมอร์ แต่การเปิดตัวและการปรับใช้ดำเนินไปอย่างไม่มีที่ติ ตอนนี้เธอพูดว่า “ฉันกำลังใช้ชีวิตอยู่ในความฝัน”

การ์ธ อิลลิงเวิร์ธ นักดาราศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตาครูซ ซึ่งเป็นประธานการประชุมครั้งสำคัญที่สถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศในปี 2532 ซึ่งท้ายที่สุดก็นำไปสู่เวบบ์ กล่าวง่ายๆ ว่า “ฉันแทบปลิวเลย”

ในงานเลี้ยงต้อนรับหลังการประชุมวันแรก จอห์น เมเธอร์ จากศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดของนาซาและนักวิทยาศาสตร์โครงการอาวุโสของเว็บบ์ตั้งแต่เริ่มต้น ได้ชูแก้วให้กับคน 20,000 คนที่สร้างกล้องโทรทรรศน์ นักดาราศาสตร์ 600 คนที่ทดสอบกล้องโทรทรรศน์ในอวกาศและ นักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่ที่จะนำไปใช้

“พวกคุณบางคนไม่ได้เกิดด้วยซ้ำเมื่อเราเริ่มวางแผนสำหรับเรื่องนี้” เขากล่าว “ได้เลย!”

เครื่องย้อนกลับ

จนถึงตอนนี้กล้องโทรทรรศน์ที่เต็มไปด้วยกล้อง สเปกโทรสโคป และเครื่องมืออื่นๆ เกินความคาดหมาย (กำลังแยกดีกว่าโฆษณาสองเท่า) ดร. ริกบีรายงานว่าการเปิดตัวกล้องโทรทรรศน์อย่างไร้ที่ติทำให้มีเชื้อเพลิงเพียงพอเพื่อให้กล้องทำงานได้นาน 26 ปีหรือมากกว่านั้น

“ตัวเลขเหล่านี้เป็นตัวเลขที่น่ายินดี” เธอกล่าว ขณะที่เธอและเพื่อนร่วมงานวิเคราะห์สถิติประสิทธิภาพของเครื่องมือของพวกเขา ดร.ริกบีเตือนว่าเครื่องมือของกล้องโทรทรรศน์ยังอยู่ระหว่างการปรับเทียบ ดังนั้นตัวเลขอาจเปลี่ยนแปลงได้ เตรียมคำนวณผลลัพธ์ของคุณใหม่ด้วยการกดปุ่ม เธอบอกกลุ่มนักดาราศาสตร์ในล็อบบี้ว่า “มิฉะนั้น คุณจะเกลียดชีวิตของคุณ”

บางทีสิ่งที่น่าประหลาดใจที่สุดจากกล้องโทรทรรศน์เว็บบ์จนถึงตอนนี้อาจเกี่ยวข้องกับเหตุการณ์ในช่วงต้นสหัสวรรษต้นๆ ของเอกภพ กาแลคซีดูเหมือนจะก่อตัว สร้าง และหล่อเลี้ยงดาวฤกษ์ได้เร็วกว่าแบบจำลองจักรวาลวิทยาที่ทดสอบด้วยการต่อสู้โดยประมาณ

“กาแลคซีอายุมากขนาดนี้ได้อย่างไร” ถาม Adam Riess ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์และนักจักรวาลวิทยาจากมหาวิทยาลัย Johns Hopkins ซึ่งเข้าร่วมในวันนั้น

การสำรวจจังหวัดนั้น — “สปริงคอสมิก” ตามที่นักดาราศาสตร์คนหนึ่งเรียกว่า — เป็นเป้าหมายของความร่วมมือระดับนานาชาติหลายแห่งโดยใช้คำย่อสั้นๆ เช่น JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey), CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science), GLASS (Grism Lens-Amplified การสำรวจจากอวกาศ) และ PEARLS (พื้นที่นอกกาแล็กซีหลักสำหรับ Reionization and Lensing Science)

การมองเห็นอินฟราเรดของ Webb เป็นพื้นฐานของความพยายามเหล่านี้ ในขณะที่เอกภพขยายตัว กาแล็กซีและวัตถุท้องฟ้าอื่นๆ ที่อยู่ไกลออกไปจะเคลื่อนที่ออกห่างจากโลกอย่างรวดเร็วจนแสงของพวกมันถูกยืดออกและเปลี่ยนไปเป็นความยาวคลื่นอินฟราเรดที่มองไม่เห็น เมื่อเลยจุดหนึ่งไปแล้ว กาแล็กซีที่อยู่ไกลที่สุดจะถอยร่นอย่างรวดเร็ว และแสงของพวกมันจะยืดออกไปตามความยาวคลื่น จนไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิล

กล้องโทรทรรศน์เว็บบ์ได้รับการออกแบบมาเพื่อแสดงและสำรวจบริเวณเหล่านี้ ซึ่งเป็นตัวแทนของเอกภพเมื่อมีอายุเพียงหนึ่งพันล้านปี เมื่อดาราจักรกลุ่มแรกเริ่มเบ่งบานด้วยดวงดาว

Emma Curtis-Lake จาก University of Hertfordshire และสมาชิกทีม JADES กล่าวว่า “ต้องใช้เวลาในการทำให้สสารเย็นลงและมีความหนาแน่นมากพอที่จะจุดดาวได้” อัตราการก่อตัวของดาวพุ่งสูงสุดเมื่อเอกภพมีอายุสี่พันล้านปี เธอกล่าวเสริม และลดลงเรื่อย ๆ ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ปัจจุบันจักรวาลมีอายุ 13.8 พันล้านปี

นักดาราศาสตร์วัดระยะทางของจักรวาลด้วยพารามิเตอร์ที่เรียกว่า เรดชิฟต์ ซึ่งบ่งชี้ว่าแสงจากวัตถุที่อยู่ไกลถูกยืดออกไปเท่าใด เมื่อไม่กี่เดือนที่ผ่านมา เรดชิฟต์ที่ 8 ซึ่งตรงกับเวลาที่เอกภพมีอายุประมาณ 646 ล้านปี ถือเป็นเรดชิฟต์ระดับสูง ต้องขอบคุณดร.เคอร์ติส-เลคและเพื่อนร่วมงานของเธอ เรคอร์ดชิฟต์ตอนนี้อยู่ที่ 13.2 ซึ่งสอดคล้องกับตอนที่เอกภพมีอายุเพียง 325 ล้านปี

ดร.เคอร์ติส-เลคและทีมของเธอได้เล็งกล้องโทรทรรศน์ไปที่ท้องฟ้าที่เรียกว่า GOODS South โดยมองหากาแลคซีที่กล้องฮับเบิลไม่สามารถตรวจจับได้ แน่นอนว่ามีพวกมันสี่ตัว วิญญาณในหมอกความร้อนแห่งการสร้างสรรค์ การวัดในภายหลังยืนยันว่าพวกเขาย้อนเวลากลับไปจริงๆ

Brant Robertson สมาชิก JADES จาก University of California, Santa Cruz กล่าวว่า “เราไม่ต้องการบอกว่าเราเชื่อในที่สาธารณะ”

เร็กคอร์ดนี้คาดว่าจะอยู่ได้ไม่นาน การทำงานร่วมกันของ CEERS ได้รายงานกาแลคซีที่เป็นตัวเลือก ที่อาจมีการเลื่อนสีแดงเป็น 16จากตอนที่เอกภพมีอายุเพียง 250 ล้านปี

ผู้เชี่ยวชาญกำลังโต้เถียงกันว่าดาราจักรที่กระตือรือร้นมากเกินไปเหล่านี้เปิดเผยบางสิ่งที่เป็นพื้นฐานและถูกมองข้ามในทฤษฎีปัจจุบันของเอกภพในยุคแรกเริ่มหรือไม่ บางทีสนามหรือเอฟเฟ็กต์บางอย่างทำให้แรงโน้มถ่วงเพิ่มขึ้นในตอนนั้นและเร่งการเติบโตของกาแลคซีและหลุมดำ หรือบางทีความคลาดเคลื่อนอาจเป็นเพียงการสะท้อนความไม่แน่นอนทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับรายละเอียดที่ยุ่งเหยิง – “ศาสตร์แห่งแก๊สฟิสิกส์” – ของการก่อตัวดาวฤกษ์

ในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา นักดาราศาสตร์ได้ฝึกฝน “แบบจำลองมาตรฐาน” ที่มั่นคงของเอกภพที่ประกอบด้วยพลังงานมืด สสารมืด และสสารอะตอมเพียงเล็กน้อย มันเร็วเกินไปที่จะทำลายโมเดลนั้น ดร. เคอร์ติส-เลคกล่าวในการให้สัมภาษณ์ เว็บบ์อาจใช้เวลาสามทศวรรษในการสังเกตการณ์ล่วงหน้า “เราอยู่ในช่วงเริ่มต้น” เธอกล่าว

คำพูดปิดท้ายตกเป็นของดร. เขาได้กล่าวถึงประวัติของกล้องโทรทรรศน์ดังกล่าว และกล่าวชื่นชม Barbara Mikulski อดีตวุฒิสมาชิกของรัฐแมรี่แลนด์ ซึ่งสนับสนุนโครงการนี้ในปี 2554 ซึ่งอยู่ในอันตรายที่จะถูกยกเลิก นอกจากนี้เขายังแสดงตัวอย่างการกระทำครั้งใหญ่ครั้งต่อไปของ NASA นั่นคือกล้องโทรทรรศน์อวกาศขนาด 12 เมตรที่เรียกว่า Habitable Worlds Observatory ซึ่งจะค้นหาดาวเคราะห์และศึกษาพวกมัน

“ทุกสิ่งที่เราทำกลายเป็นสิ่งที่คุ้มค่า” เขากล่าว “เราอยู่ที่นี่: นี่คืองานเลี้ยงฉลอง รับชมก่อนใครว่ามีอะไรเกิดขึ้นบ้าง มันไม่ใช่สิ่งสุดท้ายที่เราจะทำ”