การเดาอายุบุคคลอาจจะเป็นเรื่องทั่วไปในสังคมมนุษย์ แต่สำหรับการคาดเดาอายุของ “ดาวฤกษ์” ที่มีอายุมากกว่าพันล้านปีซึ่งมีอยู่ทั่วไปในเอกภพ โครงการกล้องโทรทรรศน์อวกาศรุ่นใหม่ของนาซา กล้องโทรทรรศน์อวกาศ Nancy Grace Roman จะวัดอายุของดาวฤกษ์ได้อย่างไร

กล้องโทรทรรศน์อวกาศแนนซี เกรซ โรมัน (Nancy Grace Roman Space Telescope) หรือเรียกกันย่อ ๆ ว่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศโรมัน เป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศที่ตั้งชื่อให้เกียรติแก่แนนซี เกรซ โรมัน นักดาราศาสตร์หญิงที่ได้รับสมญานามว่า “มารดาแห่งกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล” จากบทบาทที่เธอวางแผนงานกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล นอกจากนี้ ตลอดอาชีพการทำงานในฐานะนักดาราศาสตร์ เธอยังเป็นนักพูดในที่สาธารณะ และเป็นนักการศึกษาที่พยายามผลักดันบทบาทของสตรีในสายงานด้านวิทยาศาสตร์

Roman Space Telescope

กล้องโทรทรรศน์อวกาศโรมันเป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศคลื่นอินฟราเรดที่มีกระจกปฐมภูมิกว้าง 2.4 เมตร ขนาดเทียบเท่ากับกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล มีอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ที่ใช้งานเพื่อการถ่ายภาพสองตัว คือ Wide-Field Instrument (WFI) เซนเซอร์ถ่ายภาพความละเอียด 300.8 ล้านพิกเซลในช่วงคลื่นอินฟราเรดย่านใกล้แสง (ความยาวคลื่น 0.48-2.30 ไมโครเมตร) ที่มีความละเอียดคมชัดมากกว่าเซนเซอร์ในกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล 100 เท่า กับ Coronagraphic Instrument (CGI) อุปกรณ์ศึกษาโคโรนาของดาวฤกษ์รูปแบบใหม่เพื่อใช้ในการศึกษาดาวฤกษ์และค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ ซึ่งเป็นการทดสอบเทคโนโลยีโคโรนากราฟก่อนจะถูกใช้งานกับกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่บนโลกและกล้องโทรทรรศน์อวกาศรุ่นอื่น ๆ ในอนาคต

ภารกิจหลักของกล้องโทรทรรศน์อวกาศโรมันคือการสังเกตการณ์เพื่อทำแผนที่ทางดาราศาสตร์สำหรับทำความเข้าใจสสารมืดในเอกภพร่วมกับกล้องโทรทรรศน์อวกาศยูคลิด สำรวจสำมะโนประชากรของดาวฤกษ์นอกระบบสุริยะ ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ และดาวเคราะห์พเนจรที่ลอยอยู่กลางอวกาศโดยไม่ได้โคจรรอบดาวฤกษ์ดวงใดดวงหนึ่ง รวมถึงถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะโดยตรงโดยใช้โคโรนากราฟบดบังแสงจากดาวฤกษ์

การสำรวจสำมะโนประชากรดาวฤกษ์ในเอกภพคืออีกงานหนึ่งที่สำคัญของกล้องโทรทรรศน์อวกาศโรมัน เนื่องจากการทราบถึงอายุของดาวฤกษ์โดยตรงจะทำให้เราเข้าใจสภาพความเป็นอยู่ของระบบดาวเคราะห์ วิวัฒนาการของระบบดาวเคราะห์ และสามารถเข้าใจถึงต้นกำเนิดของระบบสุริยะของเราได้ แต่การที่จะทราบอายุของดาวฤกษ์นั้นไม่ใช่เรื่องง่าย

ภาพจุดดำบนดวงอาทิตย์ ซึ่งนักดาราศาสตร์คาดว่าดาวฤกษ์ทุก ๆ ดวงน่าจะมีจุดดำบนพื้นผิวเหมือนกับดวงอาทิตย์ สามารถนำมาใช้ในการวัดความเร็วการหมุนรอบตัวเองได้

ดาวฤกษ์เมื่อถือกำเนิดขึ้น พวกมันจะหมุนรอบตัวเองเร็วมาก แต่เมื่อเวลาผ่านไปหลายสิบล้านปี ดาวฤกษ์ขนาดเล็ก เช่น ดวงอาทิตย์ หรือดาวแคระแดง จะหมุนรอบตัวเองช้าลงเนื่องจากประจุไอออนที่ถูกปล่อยออกมาจากดาวฤกษ์หรือที่เรียกว่าลมดาวฤกษ์ (หรือลมสุริยะหากเป็นดวงอาทิตย์ของเราเอง) จะขัดกับสนามแม่เหล็กของตัวมันเอง ส่งผลให้เกิดการขัดกันของโมเมนตัม ผลคือทำให้ดาวฤกษ์ค่อย ๆ หมุนรอบตัวเองช้าลงเรื่อย ๆ คล้ายกับระบบเบรกของรถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้แม่เหล็กของมอเตอร์ในการเบรกล้อ ล้อจึงค่อย ๆ หมุนช้าลงโดยไม่ต้องใช้แรงเสียดทานของวัตถุเสียดสีกันเหมือนกับผ้าเบรก

ผลกระทบของเบรกแม่เหล็กในระดับดาวฤกษ์นั้นเล็กน้อยมาก ซึ่งเราจะเห็นผลนี้ในระดับหลายพันล้านปี ยิ่งดาวฤกษ์ดวงไหนหมุนรอบตัวเองเร็ว ผลของเบรกแม่เหล็กระหว่างดาวฤกษ์กับลมดาวฤกษ์ก็จะเกิดขึ้นได้เร็ว จึงเห็นความเปลี่ยนแปลงของคาบการหมุนรอบตัวเองได้ชัดและรวดเร็วกว่าดาวฤกษ์ที่หมุนช้ากว่า ซึ่งหากเราทราบขนาดของดาวฤกษ์และอัตราการหมุนของมันเราจะสามารถทราบอายุของดาวฤกษ์เหล่านั้นได้

กราฟข้อมูลตัวอย่างผ่านการจำลองการลดลงของแสงสว่างดาวฤกษ์จากจุดดำบนพื้นผิวของมัน

การอนุมานของเราคาดการณ์ว่า ดาวฤกษ์ต่าง ๆ ในเอกภพน่าจะมีกิจกรรมบนพื้นผิวคล้ายกับดวงอาทิตย์ของเราที่สามารถสังเกตเห็นจุดดำบนพื้นผิวของดาวฤกษ์เหล่านั้นได้ ซึ่งเราสามารถใช้การเปลี่ยนแปลงของระดับความสว่างของดาวฤกษ์ระหว่างด้านที่มีจุดดำบนพื้นผิวเยอะกับพื้นผิวด้านที่มีจุดดำน้อยมาวัดหาคาบการหมุนรอบตัวเองของดาวฤกษ์ได้เหมือนกับที่เราทำกับดวงอาทิตย์ของเราเอง

กล้องโทรทรรศน์อวกาศโรมันจะใช้เซนเซอร์ตรวจจับภาพที่ทันสมัยของมันในการคอยจับตาสังเกตความเปลี่ยนแปลงเล็ก ๆ น้อยของแสงดาวฤกษ์แต่ละดวงเพื่อสังเกตการเปลี่ยนแปลงระดับความสว่างของพวกมันที่เกิดจากการหมุนรอบตัวเอง ซึ่งวิธีนี้จะทำให้เราทราบถึงอายุของดาวฤกษ์ดวงต่าง ๆ ในเอกภพของเราได้ เป็นการสำรวจสำมะโนประชากรดาวฤกษ์ในเอกภพของเรา ซึ่งวิธีการนี้จะได้รับความช่วยเหลือของเทคโนโลยี Machine Learning ในการสังเกตแสงที่เปลี่ยนแปลงไปเพียงเล็กน้อยของระดับสัญญาณที่ได้จากเซนเซอร์กล้องโทรทรรศน์เพื่อทำการประมวลผลกลับมาเป็นลักษณะของพื้นผิวดาวฤกษ์ว่าเป็นฝั่งของพื้นที่พื้นผิวที่มีจุดดำเยอะหรือพื้นที่พื้นผิวที่มีจุดดำน้อย

กล้องโทรทรรศน์อวกาศโรมันจะถูกส่งขึ้นสู่วงโคจรตามกำหนดการช่วงตุลาคม 2026 – พฤษภาคม 2027 ซึ่งจะเดินทางโดยใช้จรวด Falcon Heavy กล้องโทรทรรศน์อวกาศโรมันจะมองไปยังใจกลางกาแล็กซีของเรา ซึ่งเป็นภูมิภาคที่เต็มไปด้วยดวงดาว เพื่อวัดจำนวนดาวและสังเกตความเปลี่ยนแปลงของความสว่าง การวัดเหล่านี้จะช่วยให้สามารถตรวจสอบทางวิทยาศาสตร์ได้หลายอย่าง ตั้งแต่การค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่อยู่ห่างไกลไปจนถึงการหาอายุของระบบของดาวฤกษ์

เรียบเรียงโดย : จิรสิน อัศวกุล
พิสูจน์อักษร : ศุภกิจ พัฒนพิฑูรย์

🎧 อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

ที่มาข้อมูล: NASA

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

กล้องโทรทรรศน์อวกาศโรมัน จะช่วยทำให้วัดอายุของ “ดาวฤกษ์” ในจักรวาลของเราได้อย่างไร