กล้องฮับเบิลตรวจสอบการเจริญของดาวเคราะห์ก๊าซทารก

 

การสำรวจของฮับเบิลที่ทำกับ PDS 70b ในบรรดาดาวเคราะห์นอกระบบกว่าสี่พันดวงที่ได้รับการยืนยัน มีเพียง 15 ดวงเท่านั้นที่ถูกถ่ายภาพได้โดยตรงด้วยกล้องโทรทรรศน์ เทคนิคใหม่ของทีมศึกษานี้ใช้ฮับเบิลเพื่อถ่ายภาพดาวเคราะห์โดยตรงได้เปิดเส้นทางใหม่สู่การวิจัยดาวเคราะห์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงที่ดาวเคราะห์กำลังก่อตัว  

     กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลของนาซากำลังให้โอกาสอันหาได้ยากแก่นักดาราศาสตร์ ให้ได้เห็นดาวเคราะห์ขนาดเท่าดาวพฤหัสฯ ดวงหนึ่งที่ยังคงก่อตัว กำลังดึงมวลสารรอบๆ ดาวฤกษ์แม่อายุน้อยของมันออกมา

     เราแค่ไม่รู้อะไรมากนักว่าดาวเคราะห์ยักษ์เจริญอย่างไร Brendan Bowler จากมหาวิทยาลัยเทกซัสที่ออสติน กล่าว ระบบดาวเคราะห์แห่งนี้กำลังให้โอกาสแรกแก่เราในการเฝ้าดูวัสดุสารที่ตกลงบนดาวเคราะห์ ผลสรุปของเราเปิดพื้นที่ใหม่สู่งานวิจัยแบบนี้

      ในบรรดาดาวเคราะห์นอกระบบกว่า 4000 ดวงในบัญชีรายชื่อนั้น มีเพียง 15 ดวงเท่านั้นที่กล้องโทรทรรศน์ต่างๆ ถ่ายภาพได้โดยตรง และดาวเคราะห์เหล่านั้นก็มีขนาดเล็กและอยู่ห่างไกลมาก จนเป็นเพียงแค่จุดแสงในภาพ เทคนิคใหม่เอี่ยมของทีมในการใช้กล้องฮับเบิลเพื่อถ่ายภาพดาวเคราะห์ดวงนี้โดยตรง ได้แผ้วถางเส้นทางใหม่สู่งานวิจัยดาวเคราะห์นอกระบบต่อๆ ไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างที่ดาวเคราะห์กำลังก่อตัวขึ้น

     ดาวเคราะห์นอกระบบดวงยักษ์นี้ ซึ่งมีชื่อทางการว่า PDS 70b โคจรรอบดาวฤกษ์แคระสีส้ม PDS 70 ซึ่งพบว่ามีดาวเคราะห์ที่กำลังก่อตัวอย่างแข็งขันแล้ว 2 ดวง อยู่ภายในดิสก์ฝุ่นและก๊าซวงเขื่องที่ล้อมรอบดาวฤกษ์นี้อยู่ ระบบแห่งนี้อยู่ห่างออกไป 370 ปีแสงในกลุ่มดาวคนครึ่งม้า(Centaurus) Yifan Zhou จากมหาวิทยาลัยเทกซัส ที่ออสติน เช่นกัน กล่าวว่า น่าตื่นเต้นมากกับระบบแห่งนี้เนื่องจากเราสามารถเห็นการก่อตัวของดาวเคราะห์ได้ นี่เป็นดาวเคราะห์ที่อายุน้อยที่สุดที่กล้องฮับเบิลถ่ายภาพได้โดยตรง ด้วยความเยาว์วัยเพียง 5 ล้านปี ดาวเคราะห์ยังคงรวบรวมวัสดุสารและสะสมมวลเพิ่ม

     ความไวในช่วงอุลตราไวโอเลตของกล้องฮับเบิลได้ให้มุมมองอันเป็นอัตลักษณ์สู่การแผ่รังสีจากก๊าซที่ร้อนสุดขั้วที่กำลังตกลงบนดาวเคราะห์ การสำรวจของฮับเบิลช่วยให้เราได้ประเมินว่าดาวเคราะห์กำลังได้มวลเพิ่มเร็วแค่ไหน Zhou กล่าวเสริม การสำรวจในช่วงยูวี ซึ่งเพิ่มเติมขึ้นมาช่วยให้ทีมได้ตรวจสอบอัตราการเจริญเติบโตของดาวเคราะห์ได้โดยตรงเป็นครั้งแรก พิภพที่ห่างไกลแห่งนี้มีมวลถึง 5 เท่าดาวพฤหัสฯ แล้วในเวลาประมาณ 5 ล้านปี การตรวจสอบอัตราการสะสมมวลล่าสุดบอกถึงจุดที่ใกล้สิ้นสุด ถ้าอัตราที่ตรวจพบนี้คงที่ไปอีกหลายล้านปี ดาวเคราะห์ก็น่าจะมีมวลเพิ่มเพียง 1/100 ของดาวพฤหัสฯ เท่านั้น

ภาพจากศิลปินแสดงดาวเคราะห์ที่กำลังก่อตัวขึ้นใหม่ PDS 70b แสดงว่าวัสดุสารตกลงสู่พิภพยักษ์เมื่อมันสะสมมวลอย่างไร จากความไวในช่วงอุลตราไวโอเลตของกล้องฮับเบิล นักวิจัยได้เห็นการแผ่รัสีจากก๊าซร้อนจัดที่กำลังตกลงสู่ดาวเคราะห์ช่วยให้พวกเขาได้ตรวจสอบอัตราการเจริญของดาวเคราะห์ได้โดยตรงเป็นครั้งแรก ดาวเคราะห์เองก็มีดิสก์ฝุ่นและก๊าซของมันเองที่ดึงวัสดุสารมาจากดิสก์ขนาดใหญ่กว่ารอบดาวฤกษ์

     Zhou และ Bowler ให้ความเห็นว่าการสำรวจเหล่านี้เป็นเพียงช่วงเวลาเดียวในชีวิต ยังคงต้องการข้อมูลเพื่อตรวจสอบว่าอัตราที่ดาวเคราะห์สะสมมวลนั้นกำลังเพิ่มขึ้นหรือกำลังลดลงกันแน่ การตรวจสอบของเราบอกว่าดาวเคราะห์กำลังอยู่ในบั้นปลายกระบวนการก่อตัว

     ความเยาว์วัยของระบบ PDS 70 ที่ยังมีดิสก์ก๊าซและฝุ่นดั่งเดิมซึ่งเป็นวัตถุดิบให้กับการเจริญเติบโตของดาวเคราะห์ทั่วทั้งระบบสุริยะแห่งนี้ ดาวเคราะห์ PDS 70b นั้นก็มีดิสก์ก๊าซและฝุ่นของมันเอง ซึ่งก็ดึงวัสดุสารออกจากดิสก์ขนาดใหญ่รอบดาวฤกษ์ นักวิจัยตั้งสมมุติฐานว่าเส้นแรงสนามแม่เหล็กที่ขยายจากดิสก์รอบดาวฤกษ์ลงมาถึงชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์ เป็นตัวการที่ดึงวัสดุสารลงสู่พื้นผิวดาวเคราะห์ ถ้าวัสดุสารนี้ไหลตามช่องจากดิสก์ลงสู่ดาวเคราะห์ มันก็น่าจะทำให้เกิดจุดร้อนเฉพาะที่ Zhou อธิบาย จุดร้อนเหล่านี้น่าจะมีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิดาวเคราะห์อย่างน้อย 10 เท่า ซึ่งพบปื้นที่ร้อนเหล่านี้สว่างจ้าในช่วงยูวี

     การสำรวจยังได้ให้แง่มุมว่าดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ก่อตัวขึ้นรอบๆ ดวงอาทิตย์ของเราเมื่อ 4.6 พันล้านปีก่อน ได้อย่างไร ดาวพฤหัสฯ อาจจะสะสมตัวจนใหญ่โตจากดิสก์วัสดุสารรอบๆ ที่ดึงจากดิสก์ใหญ่ ส่วนดวงจันทร์หลักๆ ของมันก็น่าจะก่อตัวขึ้นจากซากที่เหลืออยู่ในดิสก์ดาวเคราะห์อีกที

     ความท้าทายสำหรับทีมก็คือต้องเอาชนะแสงจ้าของดาวฤกษ์แม่ให้ได้ PDS 70b โคจรอยู่ในระยะทางเทียบได้กับวงโคจรยูเรนัสรอบดวงอาทิตย์ แต่ดาวฤกษ์ของมันนั้นสว่างกว่าดาวเคราะห์มากกว่า 3000 เท่าในช่วงความยาวคลื่นอุลตราไวโอเลต เมื่อ Zhou ทำภาพ เขาต้องขจัดแสงจ้าของดาวฤกษ์ออกอย่างระมัดระวังมาก เพื่อให้เหลือไว้แค่แสงที่ดาวเคราะห์เปล่งออกมา เมื่อแล้วเสร็จ เขาก็ผลักดันขีดจำกัดการสำรวจของฮับเบิลว่าดาวเคราะห์จะอยู่ใกล้ดาวฤกษ์ได้แค่ไหน ให้ใกล้ไปอีก 5 เท่า

VLT ได้จับภาพ PDS 70b ที่กำลังก่อตัวได้อย่างชัดเจนในปี 2018 ดาวเคราะห์ปรากฎเป็นจุดสว่างทางขวาของใจกลางภาพ ซึ่งดำมืดจากโคโรนากราฟที่กันแสงของดาวฤกษ์แม่ไว้

      31 ปีหลังจากที่นำส่งกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลออกสู่อวกาศ เราก็ยังคงหาหนทางใหม่ๆ ที่จะใช้งานฮับเบิลได้ Bowler กล่าวเสริม กลยุทธการสำรวจและเทคนิคการทำภาพของ Yifan จะเปิดหน้าต่างบานใหม่สู่การศึกษาระบบที่คล้ายๆ กัน หรือแม้แต่ระบบแห่งเดิมนี้ซ้ำๆ ด้วยฮับเบิล กับการสำรวจในอนาคต เราน่าจะได้พบว่าก๊าซและฝุ่นส่วนใหญ่ไหลเข้าสู่ดาวเคราะห์ของพวกมันเมื่อใด และการไหลนั้นจะเกิดด้วยอัตราคงที่ตลอดหรือไม่ ผลสรุปการศึกษานี้เผยแพร่ใน Astronomical Journal เดือนเมษายน 2021

แหล่งข่าว hubblesite.org : Hubble watches how a giant planet grows  
                space.com : the youngest exoplanet found by the Hubble telescope is the size of Jupiter(and still growing)