ดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ที่เติบโตแบบคลานตามกันมา

  นักดาราศาสตร์ได้พบหลักฐานที่ขัดแย้งว่าดาวเคราะห์เริ่มต้นก่อตัวในขณะที่ดาวฤกษ์ทารกก็ยังคงเจริญเติบโตอยู่ ภาพความละเอียดสูงที่ได้จาก ALMA ได้แสดงดิสก์รอบดาวฤกษ์ทารกอายุน้อยแห่งหนึ่งที่มีช่องว่างและวงแหวนหลายแห่ง ผลสรุปใหม่เพิ่งเผยแพร่ใน Nature ได้แสดงตัวอย่างของวงแหวนฝุ่นที่อายุน้อยที่สุดและมีรายละเอียดสูงที่สุดที่ทำหน้าที่เป็นแหล่งเพาะฟัก ให้กำเนิดดาวเคราะห์ขึ้นมา

     ทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติที่นำโดย Dominique Segura –Cox จากสถาบันมักซ์พลังค์เพื่อฟิสิกส์นอกโลก ในเจอรมนี เล็งไปที่ดาวฤกษ์ทารก(proto-star) IRS 63 ด้วย ALMA ระบบแห่งนี้อยู่ห่างจากโลกออกไป 470 ปีแสง และอยู่ลึกภายในเมฆ L1709 ที่หนาทึบในกลุ่มดาวคนแบกงู(Ophiuchus) ดาวฤกษ์ทารกที่มีอายุน้อยพอๆ กับ IRS 63 นั้นยังคงถูกโอบอุ้มอยู่ในผ้าห่อตัวที่เป็นก๊าซและฝุ่นขนาดใหญ่ที่เรียกว่า envelope และดาวฤกษ์ทารกและดิสก์ก็ได้รับวัสดุสารป้อนมาจากแหล่งนี้

พื้นที่หนาทึบ L1709 ในเมฆโมเลกุลคนแบกงู(Ophiuchus Molecular Cloud) ซึ่งทำแผนที่โดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเฮอร์เชล ซึ่งล้อมรอบและส่งวัสดุสารให้กับดาวฤกษ์ทารก IRS 63 ที่มีขนาดเล็กกว่ามากและดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์ของมัน(ระบุตำแหน่งโดยกากบาทสีดำ)

     ในระบบที่อายุมากกว่า 1 ล้านปี หลังจากดาวฤกษ์ทารกได้รวบรวมมวลเกือบทั้งหมดไว้เรียบร้อยแล้ว ก็จะพบวงแหวนฝุ่นได้จำนวนมากมาย แต่ IRS 63 นั้นแตกต่างออกไป ด้วยอายุไม่ถึง 5 แสนปี มันมีอายุไม่ถึงครึ่งหนึ่งของดาวฤกษ์อายุน้อยอื่นๆ ที่มีวงแหวนฝุ่น และดาวฤกษ์ทารกก็ยังคงเจริญเติบโตมีมวลเพิ่มขึ้นได้อีก วงแหวนในดิสก์รอบ IRS 63 นั้นมีอายุน้อยมากๆ Segura-Cox กล่าวอย่างพอใจ เรามักจะคิดว่าดาวฤกษ์จะเข้าสู่ช่วงเต็มวัยก่อน และจากนั้นก็กลายเป็นดาวฤกษ์แม่ให้กับดาวเคราะห์ที่เกิดตามมาทีหลัง แต่ขณะนี้ เราได้เห็นดาวฤกษ์ทารกกับดาวเคราะห์เติบโตและพัฒนาไปด้วยกัน ตั้งแต่ช่วงต้น เหมือนกับพี่น้องที่คลานตามกันมา

     ดาวเคราะห์จะต้องเผชิญอุปสรรคสำคัญในช่วงแรกสุดที่มันก่อตัวขึ้นมา พวกมันจะต้องเจริญขึ้นจากอนุภาคฝุ่นขนาดจิ๋วที่มีขนาดเล็กกว่าฝุ่นในบ้านบนโลก วงแหวนในดิสก์ของ IRS 63 นั้นเป็นฝุ่นกองใหญ่มากที่พร้อมที่จะรวมตัวกลายเป็นดาวเคราะห์ Anika Schmiedeke ผู้เขียนร่วมจาก MPE ระบุ อย่างไรก็ตาม แม้ว่าหลังจากฝุ่นจะเกาะตัวกันเพื่อก่อตัวตัวอ่อนดาวเคราะห์ ดาวเคราะห์ที่ยังคงก่อตัวก็อาจจะสาบสูญไปเมื่อหมุนวนเข้าไปและถูกดาวฤกษ์ทารกในใจกลางดูดกลืน ถ้าดาวเคราะห์เริ่มต้นก่อตัวตั้งแต่ช่วงแรกๆ และอยู่ที่ระยะทางไกลจากดาวฤกษ์ทารก พวกมันก็น่าจะมีโอกาสรอดจากกระบวนการนี้ได้มากกว่า

ภาพจาก ALMA แสดงวงแหวนฝุ่นที่กำลังก่อตัวดาวเคราะห์อายุน้อยที่ล้อมรอบดาวฤกษ์ทารก IRS 63 ซึ่งมีอายุไม่ถึง 5 แสนปี

     ทีมนักวิจัยพบว่ามีฝุ่นประมาณ 0.5 เท่าดาวพฤหัสฯ ในดิสก์อายุน้อยของ IRS 63 ที่อยู่ห่างออกไป 20 AU จากใจกลาง ใกล้เคียงกับระยะวงโคจรของยูเรนัสรอบดวงอาทิตย์ นี่ยังไม่ได้คำนวณรวมปริมาณก๊าซด้วย ซึ่งน่าจะเพิ่มวัสดุสารขึ้นอีกถึงหนึ่งร้อยเท่า จะต้องใช้วัสดุสารของแข็งอย่างน้อย 0.03 เท่ามวลดาวพฤหัสฯ เพื่อสร้างแกนกลางดาวเคราะห์ ซึ่งจะสามารถรวบรวมก๊าซได้อย่างมีประสิทธิภาพ และเจริญขึ้นเพื่อก่อตัวเป็นดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์สักดวง

     เมื่อรวมทั้งวงแหวนและช่องว่างที่มีในดิสก์ นักวิทยาศาสตร์กำลังได้เรียนรู้อย่างมากเกี่ยวกับการก่อตัวในช่วงต้นของดาวเคราะห์ซึ่งรวมถึงที่เกิดในระบบสุริยะของเรา วงแหวนและช่องว่างเหล่านี้บอกว่าเรากำลังได้เห็นหลักฐานช่วงแรกสุดของการก่อตัวดาวเคราะห์ และดาวเคราะห์นั้นก็เริ่มต้นก่อตัวขึ้นภายในช่วงครึ่งล้านปีแรก และอาจจะภายในช่วงหนึ่งแสนห้าหมื่นปีแรกด้วยซ้ำ Stephens กล่าว ดาวเคราะห์โดยเฉพาะดาวเคราะห์อย่างดาวพฤหัสฯ เริ่มต้นการก่อตัวของมันเองในช่วงต้นๆ สุดของกระบวนการก่อตัวดาวฤกษ์

วงแหวนและช่องว่างในดิสก์ฝุ่น IRS 63 เปรียบเทียบกับภาพสเก็ตวงโคจรในระบบสุริยะของเราเองด้วยขนาดเดียวกัน และการเรียงตัวของดิสก์ IRS 63 ตำแหน่งของวงแหวนนั้นใกล้เคียงกับตำแหน่งของวัตถุในระบบของเรา โดยวงแหวนส่วนในมีขนาดประมาณวงโคจรเนปจูน และวงแหวนส่วนนอกมีขนาดใหญ่กว่าวงโคจรพลูโตเล็กน้อย

     Jiame Pineda สมาชิกทีมจาก MPE กล่าวเสริมว่า ผลสรุปเหล่านี้ได้แสดงว่าเราจะต้องมุ่งเป้าไปที่ระบบที่มีอายุน้อยที่สุดเพื่อให้เข้าใจการก่อตัวดาวเคราะห์ได้อย่างแท้จริง ยกตัวอย่างเช่น มีหลักฐานที่เพิ่มมากขึ้นว่าดาวพฤหัสฯ แท้จริงแล้วอาจจะก่อตัวขึ้นไกลออกไปกว่านี้ในระบบสุริยะ เลยจากวงโคจรเนปจูนออกไป และจากนั้นก็อพยพเข้ามาสู่ตำแหน่งปัจจุบัน และคล้ายๆ กัน ฝุ่นที่ล้อมรอบ IRS 63 ก็แสดงว่ามีวัสดุสารที่อยู่ห่างจากดาวฤกษ์ทารกในจำนวนที่มากพอ และอยู่ในขั้นตอนที่มีอายุน้อยพอที่มีโอกาสที่ระบบที่เหมือนกับระบบสุริยะแห่งนี้จะก่อตัวดาวเคราะห์ในแบบที่ต้องสงสัยว่าดาวพฤหัสฯ จะก่อตัวขึ้น

     ขนาดของดิสก์นั้นใกล้เคียงกับระบบสุริยะของเรามาก Segura-Cox อธิบาย แม้แต่มวลของดาวฤกษ์ทารกก็น้อยกว่ามวลดวงอาทิตย์เพียงเล็กน้อย การศึกษาดิสก์อายุน้อยที่กำลังก่อตัวดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์ทารกเช่นนี้ ได้ให้แง่มุมสำคัญสู่กำเนิดของระบบเราเอง

แหล่งข่าว phys.org : astronomers find evidence planets start to form while infant stars are still growing
                spaceref.com : stars and planets may be siblings