ริ้วเมฆและแถบลมกรดบนดาวฤกษ์แท้ง

 

     ทีมนักวิจัยที่นำโดยมหาวิทยาลัยอริโซนาได้พบแถบและริ้วบนดาวแคระน้ำตาลที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุด ซึ่งบอกใบ้ถึงกระบวนการต่างๆ ที่หมุนกวนชั้นบรรยากาศดาวแคระน้ำตาลจากภายใน

     ดาวแคระน้ำตาล(brown dwarf) เป็นวัตถุฟากฟ้าที่เป็นปริศนาที่เป็นดาวฤกษ์ก็ไม่ใช่ ดาวเคราะห์ก็ไม่เชิง พวกมันมีขนาดพอๆ กับดาวพฤหัสฯ แต่มีมวลสูงมากกว่าหลายสิบเท่า แต่กระนั้นก็ยังมีมวลต่ำกว่าดาวฤกษ์ที่มีขนาดเล็กที่สุด ดังนั้นแกนกลางของพวกมันจึงแรงดันไม่สูงพอที่จะหลอมอะตอมในแบบที่ดาวฤกษ์ทำ แต่เมื่อพวกมันก่อตัวขึ้นมาก็ยังร้อนและค่อยๆ เย็นตัวลงสลัวลงอย่างช้าๆ ทำให้ยากที่จะค้นหาพวกมัน ไม่มีกล้องโทรทรรศน์ใดเลยที่ได้เห็นชั้นบรรยากาศของวัตถุเหล่านี้ได้อย่างชัดเจน

     Daniel Apai นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยอริโซนา รองศาสตราจารย์แผนกดาราศาสตร์และหอสังเกตการณ์สจ็วต และห้องทดลองดวงจันทร์ดาวเคราะห์ กล่าวว่า เราสงสัยว่า แคระน้ำตาลดูคล้ายกับดาวพฤหัสฯ โดยมีแถบและริ้วซึ่งเกิดขึ้นจากลมความเร็วสูงขนาดใหญ่ที่พุ่งขนานกันตามแนวลองติจูด หรือพวกมันมีพายุขนาดมหึมาที่มีรูปแบบคงเดิมคล้ายกับพายุหมุนที่พบบนขั้วดาวพฤหัสฯ Apai เป็นผู้เขียนนำการศึกษาซึ่งเผยแพร่ใน Astrophysical Journal ที่ค้นหาคำตอบโดยใช้เทคนิคชั้นสูง

กราฟฟิคเปรียบเทียบดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์, ดาวแคระน้ำตาล และดาวฤกษ์ที่แท้จริง แม้ดาวแคระน้ำตาลจะก่อตัวขึ้นในลักษณะที่คล้ายกับดาวฤกษ์ แต่มีคุณสมบัติหลายประการเหมือนกับดาวเคราะห์ก๊าซ 

     เขาและทีมพบว่าดาวแคระน้ำตาลดูคล้ายคลึงกับดาวพฤหัสฯ อย่างมาก รูปแบบในชั้นบรรยากาศเผยให้เห็นลมความเร็วสูงที่วิ่งขนานกันกับศูนย์สูตรของดาวแคระน้ำตาล ลมเหล่านี้กวนชั้นบรรยากาศ กระจายความร้อนที่ผุดขึ้นจากภายในที่ยังร้อนระอุของแคระน้ำตาลเสียใหม่ และก็เช่นเดียวกับดาวพฤหัสฯ ที่พื้นที่ขั้วแคระน้ำตาลก็มีพายุหมุนด้วยเช่นกัน

     แบบจำลองชั้นบรรยากาศบางงานทำงานรูปแบบชั้นบรรยากาศเช่นนี้ Apai กล่าว ซึ่งรวมถึงแบบจำลองจาก Adam Showman ผู้ล่วงลับ ซึ่งเป็นศาตราจารย์ที่ห้องทดลองดวงจันทร์และดาวเคราะห์ มหาวิทยาลัยอริโซนา และผู้นำในแบบจำลองชั้นบรรยากาศดาวแคระน้ำตาล รูปแบบลมและการไหลเวียนในชั้นบรรยากาศขนาดใหญ่ๆ มักจะพบได้ในชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์ ตั้งแต่ภูมิอากาศของโลกจนถึงลักษณะปรากฏของดาวพฤหัสฯ และขณะนี้เราก็ทราบว่าไอพ่นขนาดใหญ่ในชั้นบรรยากาศลักษณะนี้ก็ตกแต่งชั้นบรรยากาศของแคระน้ำตาลด้วยเช่นกัน Apai ซึ่งเป็นผู้เขียนร่วมในรายงาน ซึ่งยังมี Luigi Bedin และ Domenico Nardiello จากหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์แห่งปาดัว ซึ่งรายหลังก็ทำงานที่ห้องทดลองดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งมาร์กเซย์ ฝรั่งเศส ด้วย

      การทราบว่าลมจะพัดและกระจายความร้อนอย่างไร บนหนึ่งในดาวแคระน้ำตาลที่ถูกศึกษาอย่างดีที่สุดและอยู่ใกล้ที่สุด จะช่วยให้เราได้เข้าใจภูมิอากาศ, ความสุดขั้วด้านอุณหภูมิ และวิวัฒนาการของแคระน้ำตาลโดยรวม Apai กล่าว ทีมของเขาที่อริโซนาเป็นผู้นำในระดับโลกในการทำแผนที่ชั้นบรรยากาศดาวแคระน้ำตาลและดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะของเรา โดยใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศและวิธีการใหม่ๆ

ด้วยการตรวจสอบความสว่างอย่างแม่นยำสูงมากจากกล้อง TESS นักดาราศาสตร์ได้พบว่าดาวแคระน้ำตาลที่อยู่ใกล้ที่สุด Luhman 16 B มีชั้นบรรยากาศที่เต็มไปด้วยลมวิ่งไปทั่วดาวด้วยความเร็วสูง คล้ายกับระบบลมกรด(jet stream) บนโลก การไหลเวียนทั่วดาวนี้ได้บอกว่าเมฆจะกระจายในชั้นบรรยากาศดาวแคระน้ำตาลอย่างไร ซึ่งทำให้มันมีลักษณะปรากฏที่เป็นริ้ว

     ทีมใช้ดาวเทียม TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite) ของนาซา เพื่อศึกษาดาวแคระน้ำตาลสองดวงที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุด ที่ระยะทางเพียง 6.5 ปีแสงจากโลก ดาวแคระน้ำตาลที่เรียกว่า Luhman 16A และ B ในขณะที่ทั้งสองมีขนาดพอๆ กับดาวพฤหัสฯ แต่พวกมันมีความหนาแน่นสูงกว่าและจึงมีมวลมากกว่า Luhman 16 A มีมวล 34 เท่าดาวพฤหัสฯ และ Luhman 16B ซึ่งเป็นเป้าหลักในการศึกษาของ Apai มีมวล 28 เท่าดาวพฤหัสฯ และร้อนกว่า A ประมาณ 810 องศาเซลเซียส

     TESS แม้ว่าจะออกแบบมาให้ตามล่าดาวเคราะห์นอกระบบ ก็ยังให้ชุดข้อมูลที่น่าตื่นเต้นและรุ่มรวยอย่างไม่น่าเชื่อกับดาวแคระน้ำตาลที่อยู่ใกล้เรามากที่สุด Apai กล่าว ด้วยอัลกอริทึมชั้นสูงที่พัฒนาโดยสมาชิกทีมของเรา เราก็สามารถทำการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงความสว่างเมื่อแคระน้ำตาลทั้งสองหมุนรอบตัว ได้อย่างแม่นยำมาก แคระน้ำตาลจะสว่างขึ้นเมื่อพื้นที่ในชั้นบรรยากาศที่สว่างกว่า หมุนเข้ามาสู่ซีกด้านที่มองเห็นได้ และจะมืดลงเมื่อพื้นที่สว่างหันหนีออกไป

     เนื่องจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศให้การตรวจสอบที่แม่นยำสูงมากและไม่ถูกรบกวนโดยแสงจากช่วงกลางวัน ทีมจึงรวบรวมการหมุนรอบตัวได้มากกว่าที่เคยทำ ให้มุมมองการไหลเวียนในชั้นบรรยากาศดาวแคระน้ำตาลที่มีรายละเอียดมากที่สุด Apai กล่าวว่า ไม่มีกล้องตัวใดเลยที่มีขนาดใหญ่มากพอที่จะให้ภาพดาวเคราะห์หรือแคระน้ำตาลในรายละเอียดได้ แต่ด้วยการตรวจสอบว่าความสว่างของวัตถุที่หมุนรอบตัวเหล่านี้เปลี่ยนแปลงตามเวลาอย่างไร ก็เป็นไปได้ที่จะสร้างแผนที่ชั้นบรรยากาศหยาบๆ ขึ้นมาได้ เป็นเทคนิคที่ในอนาคตซึ่งอาจจะถูกใช้เพื่อทำแผนที่ดาวเคราะห์ที่คล้ายโลกในระบบสุริยะแห่งอื่น ซึ่งจริงๆ แล้วยากที่จะเห็นได้

แผนผังเพื่อนบ้านที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด ขนาดของดาวและวงโคจรไม่ได้เป็นไปตามสัดส่วนจริง

     ผลสรุปของนักวิจัยได้แสดงว่าการไหลเวียนในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ กับดาวแคระน้ำตาลมีความคล้ายคลึงกันมาก ด้วยเหตุนี้ แคระน้ำตาลจึงสามารถทำแผนที่เป็นดาวเคราะห์ยักษ์นอกระบบในแบบที่มีมวลสูงขึ้นเพื่อศึกษาในอนาคตได้ การศึกษาของเราจะให้แม่แบบเพื่อการศึกษาวัตถุที่คล้ายๆ กันในอนาคตว่า จะทำการสำรวจหรือกระทั่งทำแผนที่ ชั้นบรรยากาศดาวแคระน้ำตาลและดาวเคราะห์ยักษ์นอกระบบได้อย่างไร โดยปราศจากการใช้กล้องที่ทรงพลังมากที่จะเห็นพวกมันในรายละเอียดได้ Apai กล่าว

     ทีมยังหวังที่จะทำการศึกษาเมฆ, ระบบพายุและแถบการไหลเวียนที่ปรากฏบนดาวแคระน้ำตาลและดาวเคราะห์นอกระบบเพื่อให้ความเข้าใจชั้นบรรยากาศนอกระบบสุริยะเกิดในเชิงลึกขึ้น

แหล่งข่าว spaceref.com : winds and jet streams found on the closest brown dwarf