สิ่งที่เราได้เรียนรู้หลังจาก 32 ปีของฮับเบิลของ NASA

เมื่อวันที่ 24 เมษายน 1990 NASA ได้เปิดตัวกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลสู่วงโคจรของโลก

ภาพนี้แสดงให้เห็นว่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลถูกนำไปใช้งานในวันที่ 25 เมษายน 1990 หนึ่งวันหลังจากการเปิดตัว มันถูกถ่ายโดยกล้อง IMAX Cargo Bay Camera (ICBC) ซึ่งติดตั้งอยู่บนกระสวยอวกาศ Discovery เปิดดำเนินการมาแล้ว 32 ปี และไม่มีบริการมาตั้งแต่ปี 2552 ด้วยกระจกขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.4 เมตร จึงรวบรวมแสงได้มากใน 1 นาที เทียบเท่ากล้องโทรทรรศน์ขนาด 160 มม. (6.3 นิ้ว) ที่ต้องใช้เวลา 3 ชั่วโมง 45 นาที รวมตัว.

(เครดิต: NASA/Smithsonian Institution/Lockheed Corporation)

ในขั้นต้น ข้อบกพร่องในเลนส์ทำให้ภาพเบลออย่างน่าผิดหวัง

ความแตกต่างก่อนและหลังระหว่างมุมมองเดิมของฮับเบิล (ซ้าย) กับข้อบกพร่องของกระจก และภาพที่แก้ไข (ขวา) หลังจากใช้เลนส์ที่เหมาะสม ภารกิจการให้บริการครั้งแรกในปี 1993 ได้นำพลังที่แท้จริงของฮับเบิลมาสู่แถวหน้าของดาราศาสตร์ ซึ่งมันยังคงอยู่ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา

(เครดิต: NASA/STScI)

แต่ภารกิจการบริการที่ตามมาได้เปลี่ยนฮับเบิลให้กลายเป็นหอดูดาวอันยิ่งใหญ่ที่เรารู้จัก

ดาวพลูโตซึ่งแสดงโดยฮับเบิลในรูปแบบโมเสคประกอบพร้อมกับดวงจันทร์ทั้งห้าดวง Charon ซึ่งใหญ่ที่สุดจะต้องถ่ายด้วยดาวพลูโตในฟิลเตอร์ที่ต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงเนื่องจากความสว่างของพวกมัน ดวงจันทร์ที่มีขนาดเล็กกว่าสี่ดวงโคจรรอบระบบดาวคู่นี้ด้วยปัจจัยเวลาเปิดรับแสงที่มากกว่า 1,000 ครั้งเพื่อนำมันออกมา Nix และ Hydra ถูกค้นพบในปี 2005 โดย Kerberos ถูกค้นพบในปี 2011 และ Styx ในปี 2012

(เครดิต: NASA, ESA และ M. Showalter (สถาบัน SETI))

ตามที่แสดงให้เราเห็นจักรวาล เราได้ตอบคำถามที่ลึกที่สุดของเรามากมาย

พื้นที่เขตลึกของเขตข้อมูล GOODS-South มีกาแลคซี 18 แห่งที่ก่อตัวดาวอย่างรวดเร็วจนจำนวนดาวภายในจะเพิ่มเป็นสองเท่าในเวลาเพียง 10 ล้านปี: เพียง 0.1% ของอายุขัยของจักรวาล มุมมองที่ลึกที่สุดของจักรวาลตามที่ฮับเบิลเปิดเผย นำเราย้อนกลับไปสู่ประวัติศาสตร์ยุคแรกๆ ของจักรวาล ที่ซึ่งการก่อตัวดาวฤกษ์นั้นยิ่งใหญ่กว่ามาก และช่วงเวลาที่ดาวส่วนใหญ่ในจักรวาลไม่ได้ก่อตัวด้วยซ้ำ

(เครดิต: NASA, ESA, A. van der Wel (สถาบันดาราศาสตร์ Max Planck), H. Ferguson และ A. Koekemoer (สถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศ) และทีม CANDELS)

เราไม่รู้ว่ามีอะไรอยู่ในส่วนลึกที่สุดของห้วงอวกาศ

ไม่สามารถเข้าถึงได้

ทุ่งลึก Hubble eXtreme (XDF) อาจสังเกตพื้นที่ท้องฟ้าเพียง 1/32,000,000 ของทั้งหมด แต่สามารถค้นพบกาแลคซี 5,500 มหึมาภายในนั้น: ประมาณ 10% ของจำนวนกาแลคซีทั้งหมดที่มีอยู่ในนี้ ชิ้นดินสอคาน กาแลคซีที่เหลือ 90% นั้นจางหรือแดงเกินไปหรือบดบังเกินกว่าที่ฮับเบิลจะเปิดเผย แต่เมื่อเราคาดการณ์ทั่วทั้งจักรวาลที่สังเกตได้ เราคาดว่าจะได้รับกาแลคซีทั้งหมดประมาณ 2 ล้านล้านกาแล็กซี

(เครดิต: ทีม HUDF09 และ HUDF12 การประมวลผล: E. Siegel)

เราไม่เคยเห็นดาราจักรทารกมาก่อน

เจมส์ เวบบ์ ฮับเบิล

เพียงเพราะว่า GN-z11 ดาราจักรที่อยู่ห่างไกลนี้ ตั้งอยู่ในพื้นที่ที่ตัวกลางในอวกาศถูกรีไอออนเป็นส่วนใหญ่ ฮับเบิลจึงสามารถเปิดเผยให้เราเห็นได้ในปัจจุบัน หากต้องการดูเพิ่มเติม เราต้องการหอดูดาวที่ดีกว่า ซึ่งปรับให้เหมาะกับการตรวจจับประเภทนี้มากกว่าฮับเบิล แม้ว่ากาแล็กซีจะดูเป็นสีแดงมาก แต่นั่นเป็นเพียงเพราะผลกระทบจากการเปลี่ยนสีแดงของเอกภพที่กำลังขยายตัว โดยแท้จริงแล้ว กาแล็กซีนั้นมีสีฟ้ามาก

(เครดิต: NASA, ESA, P. Oesch และ B. Robertson (มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย, ซานตาครูซ) และ A. Feild (STScI))

เราไม่มีกรณีที่รู้จักว่ามีดาวเคราะห์โคจรรอบดาวฤกษ์อื่นนอกจากดวงอาทิตย์

การรวมกันของข้อมูล Subaru (ภาพสีแดง) และข้อมูลฮับเบิล (ภาพสีน้ำเงิน) เผยให้เห็นการมีอยู่ของดาวเคราะห์นอกระบบที่ระยะห่าง 93 หน่วยดาราศาสตร์ (โดยที่ 1 AU คือระยะทาง Earth-Sun) จากดาวฤกษ์แม่ ความส่องสว่างของวัตถุขนาดมหึมาบ่งบอกถึงการแผ่รังสีของดาวฤกษ์มากกว่าการเปล่งแสงโดยตรงแบบไม่มีข้อจำกัด ในขณะที่การขาดสัญญาณโพลาไรเซชันนั้นบ่งบอกถึงสถานการณ์การก่อตัวอื่นนอกเหนือจากการรวมตัวของแกนกลาง นี่เป็นหนึ่งในดาวเคราะห์นอกระบบมากกว่า 5,000 ดวงที่รู้จักกันในปัจจุบัน

(เครดิต: T. Currie et al., ดาราศาสตร์ธรรมชาติ, 2022)

เราไม่รู้ว่าจักรวาลมีอายุ 1 หมื่นล้านหรือ 16 พันล้านปี

ไม่สามารถเข้าถึงได้

แสงจากดาราจักรใดๆ ที่ปล่อยออกมาหลังจากการเริ่มต้นของบิ๊กแบงที่ร้อนแรง เมื่อ 13.8 พันล้านปีก่อน จะมาถึงเราจนถึงทุกวันนี้ ตราบใดที่มันอยู่ภายในประมาณ 46.1 พันล้านปีแสงในปัจจุบัน แต่แสงจากดาราจักรที่เก่าที่สุดและไกลที่สุดจะถูกปิดกั้นโดยสสารที่แทรกแซงและเปลี่ยนสีแดงโดยเอกภพที่กำลังขยายตัว ทั้งสองแสดงถึงความท้าทายที่ร้ายแรงต่อการตรวจจับ และเตือนเราโดยให้ข้อสรุปที่ชัดเจนเกี่ยวกับระยะห่างโดยปราศจากข้อมูลที่จำเป็นและเหมาะสม

(เครดิต: F. Summers, A. Pagan, L. Hustak, G. Bacon, Z. Levay และ L. Frattere (STScI))

เราไม่รู้ว่าพื้นที่กำลังขยายตัวที่ 50 หรือ 100 km/s/Mpc

แพนธีออน+

แม้ว่าจะมีหลายแง่มุมของจักรวาลของเราที่ชุดข้อมูลทั้งหมดเห็นด้วย แต่อัตราการขยายตัวของจักรวาลไม่ใช่หนึ่งในนั้น จากข้อมูลมหานวดาราเพียงอย่างเดียว เราสามารถสรุปอัตราการขยายตัวที่ ~73 km/s/Mpc ได้ แต่ซุปเปอร์โนวาไม่ได้ตรวจสอบประวัติศาสตร์จักรวาลในช่วงประมาณ 3 พันล้านปีแรกของเรา หากเรารวมข้อมูลจากพื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาลซึ่งปล่อยออกมาใกล้กับบิ๊กแบง มีความแตกต่างที่เข้ากันไม่ได้ในเวลานี้ แต่ที่ระดับ <10% เท่านั้น!

(เครดิต: D. Brout et al./Pantheon+, ApJ ส่ง, 2022)

เราไม่รู้ว่าสสารมืดนั้นร้อน อุ่น เย็น หรือมีมากแค่ไหน

แผนที่เอ็กซ์เรย์ (สีชมพู) และสสารโดยรวม (สีน้ำเงิน) ของกระจุกดาราจักรหลายกลุ่มที่ชนกันแสดงให้เห็นการแยกที่ชัดเจนระหว่างสสารปกติกับผลกระทบของแรงโน้มถ่วง ซึ่งเป็นหลักฐานที่แข็งแกร่งที่สุดบางส่วนสำหรับสสารมืด แม้ว่าการจำลองบางส่วนที่เราทำจะระบุว่ากระจุกดาวบางกลุ่มอาจเคลื่อนที่เร็วกว่าที่คาดไว้ แต่การจำลองยังรวมถึงการโน้มถ่วงเพียงอย่างเดียว และผลกระทบอื่นๆ เช่น การป้อนกลับ การก่อตัวดาว และหายนะของดาวก็มีความสำคัญต่อก๊าซเช่นกัน หากปราศจากสสารมืดไม่เพียงเท่านั้น แต่สสารมืดเย็นที่ประกอบขึ้นเป็น ~25-30% ของจักรวาลของเรา การสังเกตเหล่านี้ (รวมถึงสิ่งอื่น ๆ อีกมากมาย) ก็ไม่สามารถอธิบายได้อย่างเพียงพอ

(เครดิต: NASA, ESA, D. Harvey (École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Switzerland; University of Edinburgh, UK), R. Massey (Durham University, UK), T. Kitching (University College London, UK) และ A. Taylor และ E. Tittley (มหาวิทยาลัยเอดินบะระ สหราชอาณาจักร))

เราไม่รู้เกี่ยวกับการมีอยู่ของพลังงานมืดหรือชะตากรรมของจักรวาลจะเป็นอย่างไร

กระจุกดาราจักรขนาดมหึมาที่น่าประทับใจ MACS J1149.5+223 ซึ่งแสงใช้เวลากว่า 5 พันล้านปีในการมาถึงเรา เป็นหนึ่งในโครงสร้างที่มีพันธะที่ใหญ่ที่สุดในจักรวาล ในระดับที่ใหญ่กว่า ดาราจักร กลุ่ม และกระจุกดาวใกล้เคียงอาจดูเหมือนเกี่ยวข้องกับมัน แต่ถูกขับออกจากกระจุกนี้เนื่องจากพลังงานมืด superclusters เป็นเพียงโครงสร้างที่ชัดเจน และมุมมองของฮับเบิลเกี่ยวกับจักรวาลอันไกลโพ้นช่วยเปิดเผยคุณสมบัตินี้

(เครดิต: NASA, ESA และ S. Rodney (JHU) และทีม FrontierSN; T. Treu (UCLA), P. Kelly (UC Berkeley) และทีม GLASS; J. Lotz (STScI) และทีม Frontier Fields ; M. Postman (STScI) และทีม CLASH และ Z. Levay (STScI))

เราไม่รู้ด้วยซ้ำว่าหลุมดำมีจริงหรือไม่

ควาซาร์-กาแล็กซีไฮบริด

ร่องลึกเล็กๆ ของ GOODS-N ซึ่งถ่ายด้วยหอดูดาวหลายแห่ง เช่น ฮับเบิล สปิตเซอร์ จันดรา XMM-Newton เฮอร์เชล VLT และอื่นๆ มีจุดสีแดงที่ดูธรรมดา วัตถุนั้น ซึ่งเป็นลูกผสมระหว่างควาซาร์-กาแลคซี่หลังบิ๊กแบงเพียง 730 ล้านปี อาจเป็นกุญแจสำคัญในการไขความลึกลับของการวิวัฒนาการของหลุมดำดาราจักร

(เครดิต: NASA, ESA, G. Illingworth (UCSC), P. Oesch (UCSC, Yale), R. Bouwens (LEI), I. Labbe (LEI), Cosmic Dawn Center/สถาบัน Niels Bohr/มหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกน ประเทศเดนมาร์ก )

หลังจาก 32 ปีของฮับเบิล คำถามเหล่านี้และอื่นๆ ล้วนได้รับคำตอบอย่างครบถ้วนสมบูรณ์แล้ว

ภาพถ่ายที่มองเห็นได้/ใกล้อินฟราเรดจากฮับเบิลแสดงดาวมวลมากซึ่งมีมวลประมาณ 25 เท่าของดวงอาทิตย์ที่กระพริบตา โดยไม่มีซูเปอร์โนวาหรือคำอธิบายอื่นๆ การยุบตัวโดยตรงเป็นเพียงคำอธิบายที่สมเหตุสมผลสำหรับผู้สมัครเท่านั้น และเป็นวิธีหนึ่งที่ทราบกันดีว่านอกเหนือจากซุปเปอร์โนวาหรือการรวมตัวของดาวนิวตรอน เพื่อสร้างหลุมดำเป็นครั้งแรก

(เครดิต: NASA/ESA/C. Kochanek (OSU))

พรมแดนถูกผลักกลับ และตอนนี้เราพยายามตอบคำถามติดตามผล

ในมุมมองเปรียบเทียบนี้ ข้อมูลฮับเบิลจะแสดงเป็นสีม่วง ในขณะที่ข้อมูล ALMA เผยให้เห็นฝุ่นและก๊าซเย็น (ซึ่งบ่งชี้ถึงศักยภาพในการก่อตัวดาว) ซ้อนทับด้วยสีส้ม เห็นได้ชัดว่า ALMA ไม่เพียงแต่เปิดเผยคุณลักษณะและรายละเอียดที่ฮับเบิลไม่สามารถทำได้ แต่บางครั้ง ยังแสดงการมีอยู่ของวัตถุที่ฮับเบิลมองไม่เห็นเลย

(เครดิต: B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); NASA/ESA Hubble)

ขอบคุณฮับเบิล และขอให้ ALMA, JWST และกำลังพัฒนาการแสวงหาความรู้ที่ไม่มีวันสิ้นสุดของเราอย่างต่อเนื่อง

เจมส์ เวบบ์ สไปค์ส

ภาพที่มีการแบ่งระยะอย่างละเอียดเป็นภาพแรกที่เผยแพร่โดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ของนาซ่าแสดงภาพดาวดวงเดียว พร้อมด้วยหนามแหลมของการเลี้ยวเบนที่โดดเด่นหกแฉก โดยมีดาวพื้นหลังและกาแล็กซีอยู่เบื้องหลัง ภาพนี้ดูน่าทึ่งมาก น่าจะเป็นภาพกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ที่แย่ที่สุดที่คุณเคยเห็นจากนี้ไป

(เครดิต: NASA/STScI)

Mostly Mute Monday บอกเล่าเรื่องราวทางดาราศาสตร์ในรูป ภาพ และไม่เกิน 200 คำ พูดให้น้อยลง; ยิ้มมากขึ้น

(Visited 1 times, 1 visits today)

Be the first to comment

Leave a comment

Your email address will not be published.


*