JWST ใช้ COSMOS-Web ทำแผนที่ใยจักรวาลละเอียดที่สุดได้อย่างไร

กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ของ NASA หรือ JWST ไม่ได้ถ่ายภาพ ‘ตาข่ายเรืองแสง’ ที่ลอยอยู่ในอวกาศโดยตรง แต่ใช้พลังของโครงการสำรวจ COSMOS-Web เพื่อวัดตำแหน่งและการกระจายตัวของกาแล็กซีจำนวนมาก แล้วให้กาแล็กซีเหล่านั้นทำหน้าที่เป็นหมุดบอกตำแหน่งของโครงสร้างขนาดใหญ่ในเอกภพ

ทีมที่นำโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ริเวอร์ไซด์ ระบุว่า ข้อมูล JWST ช่วยสร้างแผนที่ใยจักรวาลที่ละเอียดที่สุดเท่าที่เคยมีมา โดยไล่รอยเครือข่ายกาแล็กซีย้อนกลับไปถึงช่วงที่เอกภพมีอายุราว 1 พันล้านปี ดังนั้น ผลงานนี้ควรอ่านว่าเป็นแผนที่โครงสร้างเอกภพเกือบตลอดประวัติศาสตร์จักรวาล ไม่ใช่ภาพโดยตรงของวินาทีแรกหลังบิ๊กแบง

ใยจักรวาลคืออะไร

‘ใยจักรวาล’ หรือ cosmic web คือโครงกระดูกขนาดมหึมาของเอกภพ ประกอบด้วยเส้นใยและแผ่นชั้นของสสารมืดกับก๊าซที่โอบล้อมบริเวณว่างขนาดใหญ่ และเชื่อมกาแล็กซีกับกระจุกกาแล็กซีเข้าเป็นโครงสร้างเดียวกัน

เหตุที่นักดาราศาสตร์ใช้กาแล็กซีทำแผนที่ใยจักรวาลได้ ก็เพราะกาแล็กซีมักรวมตัวอยู่ในบริเวณที่สสารหนาแน่น โดยเฉพาะตามเส้นใยและปมหนาแน่นของโครงสร้างนี้ พูดง่าย ๆ คือ สิ่งที่มองเห็นได้อย่างกาแล็กซีช่วยเผยร่องรอยของสิ่งที่มองไม่เห็นโดยตรงอย่างสสารมืด

COSMOS-Web เปลี่ยนจุดแสงให้เป็นแผนที่ได้อย่างไร

จุดแข็งของ COSMOS-Web คือทั้ง ‘กว้าง’ และ ‘ลึก’ โครงการนี้เป็นหนึ่งในงานสำรวจขนาดใหญ่ที่สุดของ JWST ในปีแรก โดยสำรวจพื้นที่บนท้องฟ้าที่กว้างราวดวงจันทร์เต็มดวง 3 ดวงเรียงกัน ประกอบภาพจากการเปิดรับแสงมากกว่า 10,000 ครั้ง และเผยให้เห็นกาแล็กซีเกือบ 800,000 แห่งในชุดข้อมูลขนาดใหญ่

ชุดข้อมูลสาธารณะของ COSMOS-Web มีทั้งภาพและแคตตาล็อกกาแล็กซีเกือบ 800,000 แห่ง ครอบคลุมเวลาเกือบตลอดประวัติศาสตร์เอกภพ อีกทั้งมีข้อมูลจากการสังเกตการณ์ด้วย JWST มากกว่า 250 ชั่วโมงที่ผ่านการประมวลผลและพร้อมนำไปวิเคราะห์แล้ว

อย่างไรก็ตาม แผนที่ใยจักรวาลชิ้นใหม่นี้ไม่ได้ใช้กาแล็กซีทั้งหมดในแคตตาล็อกใหญ่ รายงานของ ScienceDaily ระบุว่านักวิจัยวิเคราะห์กาแล็กซีมากกว่า 164,000 แห่งจาก COSMOS-Web เพื่อไล่รอยโครงข่ายนี้ย้อนกลับไปถึงยุคที่เอกภพมีอายุเพียงราว 1 พันล้านปี เมื่อนำตำแหน่งของกาแล็กซีในสนามสำรวจมาเปรียบเทียบตามยุคเวลาต่าง ๆ นักดาราศาสตร์จึงเห็นว่าสสารรวมตัวเป็นเส้นใย แผ่นชั้น กระจุก และบริเวณเบาบางอย่างไรตลอดกาลเวลา

บอกอะไรเรื่องการก่อรูปกาแล็กซี

คุณค่าหลักของแผนที่นี้คือการเพิ่ม ‘บริบท’ ให้กาแล็กซี กาแล็กซีไม่ได้เป็นเพียงจุดแสงโดดเดี่ยว แต่เติบโตอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ต่างกัน บางแห่งอยู่ในปมหนาแน่น บางแห่งอยู่ตามเส้นใย และบางแห่งอยู่ใกล้บริเวณว่างที่มีสสารน้อยกว่า

เมื่อรู้ว่ากาแล็กซีแต่ละกลุ่มอยู่ตรงไหนในใยจักรวาล นักดาราศาสตร์สามารถเปรียบเทียบได้ว่ากาแล็กซีในย่านหนาแน่นเติบโต รวมตัว หรือเข้าถึงก๊าซต่างจากกาแล็กซีในย่านที่โล่งกว่าหรือไม่ นี่เป็นประเด็นสำคัญ เพราะสภาพแวดล้อมอาจมีบทบาทต่อประวัติการเติบโตของกาแล็กซี ไม่ว่าจะเป็นการชนรวม การก่อตัวของดาว หรือการได้รับวัตถุดิบจากก๊าซรอบข้าง

แผนที่นี้ยังช่วยต่อยอดปริศนาจากผลงาน COSMOS-Web ก่อนหน้า ชุดเผยแพร่สาธารณะในปี 2025 เคยมีรายงานว่าพบกาแล็กซียุคแรกมากกว่าที่คาดไว้ราว 10 เท่า และแคตตาล็อกเกือบ 800,000 กาแล็กซีถูกอธิบายว่าท้าทายแนวคิดเดิมบางส่วนเกี่ยวกับเอกภพวัยเยาว์ การมีแผนที่ใยจักรวาลที่ละเอียดขึ้นช่วยให้นักวิจัยตั้งคำถามต่อได้ว่า ความหนาแน่นของกาแล็กซียุคแรกเหล่านี้เกี่ยวข้องกับโครงสร้างขนาดใหญ่ของเอกภพหรือไม่

แล้วสสารมืดอยู่ตรงไหนในเรื่องนี้

แผนที่ใหม่นี้ไม่ได้บอกว่าสสารมืดประกอบด้วยอนุภาคชนิดใด แต่มันช่วยแกะรอย ‘สถาปัตยกรรมแรงโน้มถ่วง’ ของสสารมืดทางอ้อม เพราะใยจักรวาลถูกอธิบายว่าเป็นเครือข่ายของสสารมืดและก๊าซ โดยมีกาแล็กซีและกระจุกกาแล็กซีเป็นตัวชี้ตำแหน่งบริเวณที่สสารหนาแน่นที่สุด

งาน COSMOS-Web ที่เกี่ยวข้องยังสนับสนุนภาพเดียวกันจากอีกวิธีหนึ่ง งานทำแผนที่มวลด้วยปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วงแบบอ่อนจากภาพ JWST สามารถไล่รอยสสารมืดในกระจุกกาแล็กซี เส้นใย และบริเวณความหนาแน่นต่ำ ด้วยความละเอียดมากกว่างานสำรวจจากอวกาศก่อนหน้าเกิน 2 เท่า และมองออกไปถึงเรดชิฟต์ z ≈ 2

เมื่อมองรวมกัน แผนที่จากตำแหน่งกาแล็กซีกับแผนที่มวลจึงช่วยให้เห็นว่ากาแล็กซีที่มองเห็นได้และสสารมืดที่มองไม่เห็นเกี่ยวพันกันอย่างไรในโครงสร้างระดับเอกภพ

ทำไม JWST ได้เปรียบกว่า Hubble สำหรับโจทย์นี้

สำหรับการสำรวจกาแล็กซีไกลมาก ข้อได้เปรียบสำคัญของ JWST คืออินฟราเรด แสงจากกาแล็กซียุคแรกเดินทางผ่านเอกภพที่กำลังขยายตัวมาเป็นเวลานาน จนความยาวคลื่นถูกยืดไปอยู่ในย่านอินฟราเรด วัสดุอธิบายของ NASA เกี่ยวกับ Webb ระบุว่าเป้าหมายที่อยู่ไกลมากเช่นนี้ต้องใช้อุปกรณ์อินฟราเรดจึงสังเกตได้อย่างมีประสิทธิภาพ

นี่ไม่ได้แปลว่า Hubble หมดความสำคัญ ตรงกันข้าม ข้อมูลจาก Hubble ยังใช้ร่วมกับ Webb ได้ แต่ NASA เคยอธิบายว่ามุมมองอินฟราเรดของ Webb ช่วยเสริมการมองลึกออกไปในเอกภพเมื่อใช้ร่วมกับข้อมูล Hubble

ในกรณีของ COSMOS-Web ความสามารถด้านอินฟราเรดถูกจับคู่กับพื้นที่สำรวจที่กว้าง โครงการถูกออกแบบให้ใช้กล้อง Near Infrared Camera หรือ NIRCam สำรวจพื้นที่กว้าง และใช้ Mid-Infrared Instrument หรือ MIRI สำรวจพื้นที่ที่เล็กกว่า ชุดแผนที่ที่เผยแพร่ครอบคลุมท้องฟ้า 0.54 ตารางองศา หรือราว 3 เท่าของพื้นที่ปรากฏของดวงจันทร์เมื่อมองจากโลก การรวมกันของพื้นที่กว้าง ภาพอินฟราเรดลึก และความละเอียดสูง ทำให้ JWST เปลี่ยนการตรวจพบกาแล็กซีทีละแห่งให้กลายเป็นแผนที่เชิงสถิติของโครงสร้างขนาดใหญ่ได้

จากชุดข้อมูลสาธารณะสู่การค้นพบใหม่

ก่อนผลแผนที่ใยจักรวาลล่าสุด COSMOS-Web ได้สร้างฐานข้อมูลขนาดใหญ่ให้วงการดาราศาสตร์ไปแล้ว ในปี 2025 ความร่วมมือ COSMOS เผยแพร่ภาพและแคตตาล็อกกาแล็กซีเกือบ 800,000 แห่งในรูปแบบทรัพยากรวิทยาศาสตร์เปิด

กาแล็กซีบางแห่งในแผนที่ถูกเห็นในสภาพที่มันเป็นอยู่เมื่อประมาณ 13 พันล้านปีก่อน ขณะที่ภาพรวมของ COSMOS-Web ถูกระบุว่าย้อนมองได้ราว 13.5 พันล้านปี ส่วนอายุเอกภพตาม NASA อยู่ที่ประมาณ 13.8 พันล้านปี

ความสำคัญของการเผยแพร่ข้อมูลไม่ใช่แค่ภาพสวย แต่คือขนาดและความตรวจสอบซ้ำได้ พื้นที่สำรวจกว้างช่วยให้ไม่พลาดวัตถุหายากหรือโครงสร้างขนาดใหญ่ ส่วนข้อมูลที่ผ่านการประมวลผลและพร้อมวิเคราะห์เปิดทางให้นักวิจัย รวมถึงผู้สนใจทั่วไป ใช้ข้อมูลต่อได้โดยไม่ต้องเริ่มจากไฟล์ดิบของกล้องโทรทรรศน์

อ่านคำว่า ‘13.7 พันล้านปี’ ให้ถูก

สื่อบางแห่งอธิบายผลใหม่นี้ว่าเป็นการทำแผนที่ใยจักรวาลตลอด 13.7 พันล้านปีของประวัติศาสตร์เอกภพ ถ้อยคำที่แม่นกว่าคือ แผนที่ใหม่นี้ไล่รอยเครือข่ายกาแล็กซีย้อนกลับไปถึงช่วงที่เอกภพมีอายุราว 1 พันล้านปี

ผลิตภัณฑ์ COSMOS-Web อื่น ๆ อาจมองย้อนเวลาได้ราว 13.5 พันล้านปี แต่ผลแผนที่ใยจักรวาลล่าสุดไม่ควรถูกเข้าใจว่าเป็นแผนที่ครบทุกช่วงเวลาตั้งแต่วินาทีแรกหลังบิ๊กแบง

ข้อควรระวังนี้ไม่ได้ทำให้ผลลัพธ์เล็กลง ตรงกันข้าม มันชี้ให้เห็นว่า JWST สามารถผลักการทำแผนที่โครงสร้างขนาดใหญ่ของเอกภพเข้าไปถึงยุคพันล้านปีแรกได้ โดยมีแคตตาล็อกกาแล็กซีสาธารณะขนาดใหญ่เป็นฐานสำหรับงานวิจัยต่อเนื่อง สรุปสั้น ๆ ความสำเร็จครั้งนี้ไม่ได้มาจากภาพมหัศจรรย์เพียงใบเดียว แต่มาจากการรวมกันของการสำรวจอินฟราเรดพื้นที่กว้าง แคตตาล็อกกาแล็กซีลึก และข้อมูลเปิดที่ทำให้กาแล็กซีจำนวนมหาศาลกลายเป็นเส้นบอกทางของโครงสร้างที่ซ่อนอยู่ในจักรวาล