ฮับเบิลสำรวจดาวเคราะห์ประหลาดที่อาจให้เงื่อนงำดาวเคราะห์เก้า

 

ภาพจากศิลปินแสดง ดาวเคราะห์เก้า(Planet Nine) ในชายขอบของระบบสุริยะ 

     แม้ว่าดาวเคราะห์ทุกดวงในระบบสุริยะของเราจะมียานอวกาศไปเยี่ยมเยือนในช่วง 60 ปีที่ผ่านมา และพรมแดนส่วนนอกของระบบสุริยะที่อยู่เลยเนปจูนออกไปก็แทบไม่เคยถูกสำรวจ มีหลักฐานแวดล้อมว่ามีดาวเคราะห์ดวงหนึ่งที่มีมวลประมาณ 5 เท่าโลก ซึ่งเรียกว่าดาวเคราะห์เก้า(Planet Nine) อาจจะฝังตัวอยู่ในแดนลี้ลับนั้น ถ้าเป็นจริง มันก็น่าจะมีวงโคจรที่กว้างมากๆ ทำให้มันอยู่ไกลจากดวงอาทิตย์มากกว่าโลกถึง 800 เท่า แม้ว่านักดาราศาสตร์จะยังไม่เคยได้พบพิภพแห่งนี้(ถ้ามันมีอยู่จริง) แต่พวกเขาก็พบเงื่อนงำเพิ่มเติมในระบบแห่งหนึ่งที่ไกลออกไป 336 ปีแสง

     นักดาราศาสตร์ได้วิเคราะห์ภาพจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลซึ่งถ่ายภาพดาวฤกษ์คู่ HD 106906 และพบดาวเคราะห์ดวงหนึ่งในวงโคจรขนาดมหึมาที่ 15000 ปี ซึ่งมันนำออกไปไกลจากคู่ดาวฤกษ์แม่ พอๆ กับที่ดาวเคราะห์เก้าน่าจะเป็นรอบดวงอาทิตย์ของเรา นี่เป็นหลักฐานจากการสำรวจว่าพิภพที่ไกลสุดกู่คล้ายๆ กันนี้อาจจะมีอยู่จริงรอบดาวฤกษ์อื่น นักวิจัยตั้งสมมุติฐานว่าดาวเคราะห์น่าจะไปอยู่ที่นั้น เนื่องจากเกมส์พินบอลในระบบดาวเคราะห์ เมื่อแรงโน้มถ่วงจากดาวฤกษ์ดวงหนึ่งที่ผ่านเข้ามาใกล้ได้ปรับแต่งรูปร่างวงโคจรของมันเสียใหม่ บางที ดาวที่ผ่านเข้ามาใกล้อาจจะมีอิทธพลคล้ายๆ กันนี้ต่อระบบสุริยะของเราเมื่อ 4.6 พันล้านปีก่อน

     ดาวเคราะห์ในวงโคจรที่ไม่น่าเป็นไปได้นี้อาจจะให้เงื่อนงำสู่ปริศนาดาวเคราะห์เก้า นี่เป็นครั้งแรกที่นักดาราศาสตร์สามารถตรวจสอบการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ที่คล้ายดาวพฤหัสฯ ดวงยักษ์ซึ่งกำลังโคจรห่างไกลมากๆ จากคู่ดาวฤกษ์แม่และดิสก์เศษซากที่มองเห็น ดิสก์นี้มีลักษณะคล้ายกับแถบไคเปอร์(Kuiper Belt) ในระบบของเราซึ่งเป็นแถบของวัตถุน้ำแข็งขนาดเล็กที่อยู่เลยวงโคจรของเนปจูนออกไป ในระบบของเรา ดาวเคราะห์เก้าน่าจะอยู่เลยจากแถบไคเปอร์ออกไปในวงโคจรประหลาดคล้ายๆ กันนี้เช่นกัน แม้ว่าการสำรวจหาดาวเคราะห์เก้าจะดำเนินต่อไป แต่การค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบดวงนี้ก็เป็นหลักฐานว่าวงโคจรที่แปลกประหลาดเช่นนี้เกิดขึ้นได้

ภาพจากศิลปินแสดง HD 106906b ในวงโคจรที่ไม่น่าเป็นไปได้รอบคู่ดาวฤกษ์ซึ่งอยู่ห่างออกไป 336 ปีแสง มันอาจจะให้เงื่อนงำเกี่ยวกับสิ่งที่อยู่ภายในระบบของเรา เป็นสมาชิกในทางทฤษฎีซึ่งอยู่ที่ชายขอบระบบสุริยะซึ่งเรียกว่า ดาวเคราะห์เก้า(Planet Nine) นี่เป็นครั้งแรกที่นักดาราศาสตร์สามารถตรวจสอบการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ขนาดยักษ์ที่กำลังโคจรห่างไกลมากๆ จากคู่ดาวฤกษ์แม่ของมันและดิสก์เศษซาก

     Meiji Nguyen จากมหาวิทยาลัยคาลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ ผู้เขียนนำรายงาน อธิบายว่า ระบบแห่งนี้เป็นตัวเปรียบเทียบกับระบบสุริยะของเราอย่างเป็นอัตลักษณ์ ดาวเคราะห์อยู่ไกลจากคู่ดาวฤกษ์แม่ในวงโคจรที่เอียงมากและรี ตามที่ได้ทำนายไว้ในกรณีดาวเคราะห์เก้า นี่สร้างคำถามว่าดาวเคราะห์เหล่านี้ก่อตัวขึ้นและพัฒนาจนไปจนที่ลักษณะการเรียงตัวปัจจุบันได้อย่างไร

     ระบบที่ดาวเคราะห์นอกระบบดวงใหม่อยู่นี้มีอายุเพียง 15 ล้านปีเท่านั้น นี่บอกว่าดาวเคราะห์เก้าของเรา(ถ้ามีอยู่จริง) ก็น่าจะก่อตัวขึ้นตั้งแต่ช่วงแรกๆ ของวิวัฒนาการระบบสุริยะ 4.6 พันล้านปี ด้วยเช่นกัน

     ดาวเคราะห์นอกระบบ HD 106906b มวล 11 เท่าดาวพฤหัสฯ ถูกพบในปี 2013 โดยกล้องโทรทรรศน์มาเจลลัน ที่หอสังเกตการณ์ ลาส กัมปานาส ในทะเลทรายอะตาคามาของชิลี อย่างไรก็ตาม นักดาราศาสตร์ไม่ทราบอะไรเกี่ยวกับวงโคจรของมันในเวลานั้น ซึ่งต้องใช้ความสามารถของกล้องฮับเบิลโดยรวบรวมการตรวจสอบการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์นี้อย่างเที่ยงตรงมากตลอด 14 ปี ทีมใช้ข้อมูลจากคลังฮับเบิลซึ่งให้หลักฐานการเคลื่อนที่นี้

     ดาวเคราะห์นอกระบบดวงนี้อยู่ไกลมากๆ จากคู่ดาวฤกษ์แม่ซึ่งเป็นดาวฤกษ์สว่างอายุน้อย ด้วยระยะทางมากกว่า 730 เท่าระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์ หรือเกือบ 1.1 หมื่นล้านกิโลเมตร ระยะห่างที่กว้างใหญ่เช่นนี้ทำให้มีความท้าทายอย่างมากที่จะตรวจสอบวงโคจร 15000 ปีในเวลาการสำรวจของฮับเบิลที่ค่อนข้างสั้น ดาวเคราะห์จะค่อยๆ เยื้องย่างไปตามวงโคจร โดยแรงโน้มถ่วงที่อ่อนแอจากดาวฤกษ์คู่ซึ่งอยู่ห่างไกลมาก

     ทีมฮับเบิลประหลาดใจที่ได้พบว่าพิภพที่ห่างไกลแห่งนี้มีวงโคจรที่สุดขั้ว ซึ่งเอียงอย่างมาก, รีและอยู่นอกดิสก์เศษซากซึ่งล้อมรอบคู่ดาวฤกษ์แม่ของดาวเคราะห์นอกระบบไว้ ดิสก์เศษซากเองก็มีลักษณะที่ไม่ปกติ บางทีอาจจะเป็นเพราะแรงโน้มถ่วงของพิภพที่ห่างไกล

     ดังนั้นแล้ว พิภพแห่งนี้ไปอยู่ในวงโคจรไกลโพ้นและเอียงอย่างประหลาดได้อย่างไร ทฤษฎีนำบอกว่ามันก่อตัวขึ้นใกล้กับดาวฤกษ์แม่ของมัน ที่ระยะทางราว 3 เท่าระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์ แต่ถูกลากผ่านดิสก์ก๊าซของระบบ ซึ่งเป็นสาเหตุให้วงโคจรของดาวเคราะห์สลายตัว บังคับให้มันอพยพเข้าหาคู่ดาวฤกษ์แม่ จากนั้นแรงโน้มถ่วงจากคู่แม่ก็ดีดมันออกสู่วงโคจรที่รีซึ่งเกือบจะเหวี่ยงมันหลุดออกจากระบบไป และเข้าสู่ห้วงอวกาศอันเวิ้งว้าง จากนั้น ดาวฤกษ์ดวงหนึ่งที่ผ่านเข้ามาใกล้จากนอกระบบ ก็ทำให้วงโคจรของดาวเคราะห์เสถียรขึ้นและป้องกันไม่ให้มันหนีออกจากระบบบ้านเกิดได้

ภาพจากกล้องฮับเบิลแสดงวงโคจรที่เป็นไปได้(เส้นประวงรี) ของดาวเคราะห์นอกระบบ HD 106906b ซึ่งมีมวล 11 ท่าดาวพฤหัสฯ พิภพห่างไกลแห่งนี้อยู่ไกลจากคู่ดาวฤกษ์แม่ซึ่งแสงที่แรงกล้าของพวกมันถูกบังไว้เพื่อให้เห็นดาวเคราะห์ ดาวเคราะห์อยู่นอกดิสก์เศษซากของระบบ ซึ่งดูคล้ายกับแถบไคเปอร์ในระบบของเรา ตัวดิสก์เองก็มีลักษณะไม่สมมาตรและบิดเบี้ยว บางทีอาจจะเกิดเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์

     ด้วยการใช้การตรวจสอบระยะทางและการเคลื่อนที่ที่แม่นยำจากดาวเทียมไกอา ว่าที่ดาวฤกษ์ที่ผ่านเข้ามาใกล้ก็ถูกจำแนกได้ในปี 2019 โดยสมาชิกทีม Robert De Rosa จากหอสังเกตการณ์ทางใต้ของยุโรป(ESO) ในซานติอาโก ชิลี และ Paul Kalas จากมหาวิทยาลัยคาลิฟอร์เนีย ในการศึกษาซึ่งเผยแพร่ในปี 2015 Kalas ได้นำทีมที่พบหลักฐานแวดล้อมของพฤติกรรมดาวเคราะห์ที่วิ่งหนีดวงนี้ ก็คือ ดิสก์เศษซากของระบบมีความไม่สมมาตรอย่างรุนแรง แทนที่จะเป็นวงที่มีการกระจายตัวของวัสดุกลมคล้ายพิซซา ด้านหนึ่งของดิสก์ถูกบั่นทอนเมื่อเทียบกับด้านตรงกันข้าม และมันยังถูกรบกวนในแนวตั้ง แทนที่จะจำกัดแค่เป็นระนาบแคบๆ อย่างที่เห็นในด้านตรงกันข้ามของดาวด้วย

     แนวคิดก็คือ ทุกๆ ครั้งที่ดาวเคราะห์เข้ามาใกล้คู่ดาวฤกษ์แม่มากที่สุด มันจะก่อกวนวัสดุสารในดิสก์ De Rosa อธิบาย ดังนั้น ทุกๆ ครั้งที่ดาวเคราะห์วิ่งผ่าน มันก็บั่นดิสก์ออกและผลักไปที่ด้านหนึ่ง ลำดับเหตุการณ์เช่นนี้ถูกทดสอบในแบบจำลองเสมือนจริงระบบแห่งนี้โดยมีดาวเคราะห์ในวงโคจรที่คล้ายๆ กัน ก่อนที่เราจะทราบวงโคจรจริงของดาวเคราะห์ด้วยซ้ำ มันก็ไม่ต่างกับมาถึงที่เกิดเหตุรถชน และคุณก็พยายามค้นหาว่าเกิดอะไรขึ้น เขากล่าว

     จะเป็นดาวฤกษ์ที่ผ่านเข้ามาใกล้ที่รบกวนดาวเคราะห์ แล้วดาวเคราะห์ก็มารบกวนดิสก์รึเปล่า? หรือคู่ดาวฤกษ์แม่ที่ใจกลางระบบเริ่มรบกวนดาวเคราะห์ก่อน และจากนั้นมันก็มารบกวนดิสก์อีกทอด? หรือ ดาวฤกษ์ที่ผ่านเข้ามาจะรบกวนทั้งดาวเคราะห์และดิสก์ในเวลาเดียวกัน นี่เป็นงานสืบสวนทางดาราศาสตร์ รวบรวมหลักฐานที่ต้องการเพื่อหาแนวเรื่องที่สมเหตุสมผลเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้น

     ลำดับเหตุการณ์สำหรับวงโคจรที่พิสดารของ HD 106906b นี้คล้ายคลึงในบางสิ่งกับสิ่งที่อาจจะทำให้ดาวเคราะห์เก้าไปจบที่ส่วนนอกของระบบสุริยะของเรา เลยจากวงโคจรของดาวเคราะห์ใดๆ และเลยแถบไคเปอร์ออกไป ดาวเคราะห์เก้าอาจจะก่อตัวขึ้นในระบบสุริยะส่วนในแล้วถูกปฏิสัมพันธ์กับดาวพฤหัสฯ ผลักออกไป อย่างไรก็ตาม ดาวพฤหัสฯ ซึ่งเป็นพี่ใหญ่ในระบบสุริยะน่าจะเหวี่ยงดาวเคราะห์เก้าออกเลยวงโคจรพลูโตออกไป บางทีดาวฤกษ์ที่ผ่านมาอาจจะช่วยทำให้วงโคจรดาวเคราะห์เสถียรขึ้นโดยผลักเส้นทางของดาวเคราะห์ให้ไกลจากดาวพฤหัสฯ และดาวเคราะห์อื่นๆ ในระบบส่วนใน

ภาพกราฟฟิคแสดงว่า HD 106906b อาจจะพัฒนาอย่างไร จนไปมีวงโคจรปัจจุบันซึ่งห่างไกลมาก และรีและเอียงมากๆ (1) ดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นใกล้กับดาวฤกษ์คู่มากกว่านี้ ภายในดิสก์รอบดาวฤกษ์คู่ แรงดึงจากดิสก์เป็นสาเหตุให้ดาวเคราะห์ขยับเข้าหาดาวฤกษ์คู่ (2) ผลจากแรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์คู่ก็ผลักดาวเคราะห์ออกสู่วงโคจรที่ไม่เสถียรซึ่งเกือบจะเหวี่ยงมันหลุดออกจากระบบเข้าสู่ห้วงอวกาศ (3) ดาวฤกษ์ดวงหนึ่งซึ่งผ่านเข้ามาใกล้จากนอกระบบทำให้วงโคจรของดาวเคราะห์เสถียร และป้องกันไม่ให้ดาวเคราะห์หนีจากระบบบ้านเกิดไป  

     มันก็เหมือนกับว่าเรามีเครื่องย้อนเวลากับระบบของเราเองกลับไปเมื่อ 4.6 พันล้านปีก่อนเพื่อดูว่าอาจมีอะไรเกิดขึ้นเมื่อระบบสุริยะที่ยังอายุน้อยของเราเปี่ยมล้นไปด้วยกิจกรรมอย่างมีพลวัต และทุกๆ สิ่งก็ถูกเหวี่ยงไปมาและเรียงตัวกันใหม่ Kalas กล่าว จนถึงตอนนี้ นักดาราศาสตร์ก็มีแค่เพียงหลักฐานแวดล้อมสำหรับดาวเคราะห์เก้า พวกเขาพบว่าวัตถุขนาดเล็กกลุ่มหนึ่งที่อยู่เลยเนปจูนออกไป มีการเคลื่อนที่ในวงโคจรที่ไม่ปกติเมื่อเทียบกับระบบสุริยะส่วนที่เหลือ การเรียงตัวนี้ นักดาราศาสตร์บางคนบอกว่าวัตถุถูกต้อน(shepherd) ให้มาอยู่รวมกันโดยแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ที่มองไม่เห็น อีกทฤษฎีหนึ่งบอกว่า ไม่มีดาวเคราะห์ยักษ์ที่ส่งแรงรบกวนแต่อย่างไร แต่กลับเป็นความไม่สมดุลอันเนื่องจากอิทธิพลแรงโน้มถ่วงร่วมของวัตถุขนาดเล็กจำนวนมากมาย แทน และอีกทฤษฎีบอกว่าดาวเคราะห์เก้าไม่มีอยู่จริง และการกระจุกของวงโคจรวัตถุก็อาจจะเป็นแค่ความผิดปกติทางสถิติเท่านั้น

     นักวิทยาศาสตร์จะใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์(JWST) ซึ่งจะเก็บข้อมูล HD 106906b เพื่อให้เข้าใจดาวเคราะห์ในรายละเอียด คำถามหนึ่งที่คุณอาจจะถามก็คือ ดาวเคราะห์ดวงนี้มีระบบดิสก์เศษซากรอบๆ มันหรือไม่ แล้วมันดึงวัสดุสารออกมาทุกๆ ครั้งที่มันเข้าใกล้คู่ดาวฤกษ์แม่หรือไม่ และคุณยังจะสามารถตรวจสอบสิ่งเหล่านี้ได้ด้วยข้อมูลอินฟราเรดจากกล้องเวบบ์ De Rosa กล่าว นอกจากจะช่วยให้เข้าใจวงโคจรแล้ว ผมคิดว่าเวบบ์ยังน่าจะมีประโยชน์ในการยืนยันผลสรุปของเราด้วย

     เนื่องจากกล้องเวบบ์นั้นไวต่อดาวเคราะห์ขนาดเล็กที่มีมวลใกล้เคียงดาวเสาร์ มันอาจจะช่วยตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบอื่นๆ ที่ถูกผลักออกจากระบบดาวเคราะห์แห่งนี้และระบบแห่งอื่นได้ ด้วยกล้องเวบบ์เราจะสามารถเริ่มมองหาดาวเคราะห์ที่ทั้งเก่าแก่มากกว่าเล็กน้อยและสลัวกว่าเล็กน้อยได้ Nguyen กล่าว ความไวและความสามารถในการถ่ายภาพที่เป็นอัตลักษณ์ของเวบบ์จะเปิดความเป็นไปได้ใหม่ๆ สู่การตรวจจับและศึกษาดาวเคราะห์และระบบดาวเคราะห์ที่ไม่ธรรมดาเหล่านี้ได้ การค้นพบใหม่เผยแพร่ใน Astronomical Journal วันที่ 10 ธันวาคม

แหล่งข่าว hubblesite.org : Hubble pins down weird exoplanet with far-flung orbit