ดิสก์ก่อตัวดวงจันทร์รอบดาวเคราะห์นอกระบบ

 

ภาพ PDS 70 จาก ALMA ด้านขวาซูมเข้าสู่ PDS 70c และดิสก์ก๊าซฝุ่นของมันเอง จะไม่เห็น PDS 70b ในภาพนี้ จะเห็นดิสก์ล้อมรอบดาวฤกษ์ขนาดใหญ่กว่าแผ่อยู่ด้านขวามือของภาพ

     ด้วยการใช้ ALMA นักดาราศาสตร์ได้ตรวจจับการมีอยู่ของดิสก์รอบดาวเคราะห์ดวงหนึ่งนอกระบบสุริยะของเราได้เป็นครั้งแรก การสำรวจจะเปิดช่องว่าดวงจันทร์และดาวเคราะห์ในระบบดาวที่อายุน้อยก่อตัวได้อย่างไร

     Myriam Benisty นักวิจัยที่มหาวิทยาลัยแห่งเกรโน้บ ฝรั่งเศส และมหาวิทยาลัยแห่งชิลี ซึ่งนำทีมวิจัยใหม่เผยแพร่งานวิจัยใน Astrophysical Journal Letters วันที่ 20 กรกฎาคม กล่าวว่า งานของเราได้นำเสนอการตรวจจับอย่างชัดแจ้งแสดงดิสก์ที่อาจมีดวงจันทร์บริวารกำลังก่อตัวอยู่ การสำรวจ ALMA ของเราทำด้วยความละเอียดสูงมากจนเราสามารถแยกแยะว่าดิสก์นี้มีความเกี่ยวข้องกับดาวเคราะห์ และเราก็สามารถระบุขนาดของมันได้เป็นครั้งแรก เธอกล่าวเสริม

     ดิสก์ที่ตรวจสอบซึ่งเรียกว่า ดิสก์ล้อมรอบดาวเคราะห์(circumplanetary disk) ล้อมรอบดาวเคราะห์นอกระบบ PDS 70c ซึ่งเป็นหนึ่งในสองดาวเคราะห์ยักษ์ที่คล้ายดาวพฤหัสฯ ที่โคจรรอบดาวฤกษ์ดวงหนึ่ง นักดาราศาสตร์ได้พบร่องรอยดิสก์ “ที่กำลังก่อตัวดวงจันทร์” รอบดาวเคราะห์นอกระบบดวงนี้มาก่อน แต่พวกเขาไม่สามารถแยกแยะดิสก์นี้ออกจากสภาพแวดล้อมรอบมันได้อย่างชัดเจน จึงไม่สามารถยืนยันการตรวจจับได้ จนกระทั่งครั้งนี้ นอกจากนี้ ด้วยความช่วยเหลือของ ALMA Benistry และทีมของเธอยังพบว่าดิสก์มีเส้นผ่าศูนย์กลางพอๆ กับระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์ มีขนาดใหญ่กว่าวงแหวนดาวเสาร์ประมาณ 500 เท่าและมีมวลมากพอที่จะก่อตัวดวงจันทร์บริวารขนาดพอๆ กับดวงจันทร์ของโลกได้ 3 ดวง

ภาพระบบ PDS 70 จาก ALMA แสดงวงแหวนฝุ่นขนาดใหญ่ที่ล้อมรอบดาวฤกษ์ เช่นเดียวกับการเรืองจากฝุ่นรอบๆ ดาวเคราะห์ PDS 70c ซึ่งปรากฏเป็นจุดสว่างในช่องว่างขนาดใหญ่

     แต่ผลสรุปนี้ไม่เพียงแต่เน้นว่าดวงจันทร์ก่อตัวขึ้นได้อย่างไร Jaehan Bae นักวิจัยจากห้องทดลองโลกและดาวเคราะห์ จากสถาบันคาร์เนกี้เพื่อวิทยาศาสตร์ และผู้เขียนการศึกษา กล่าวว่า การสำรวจใหม่เหล่านี้ยังมีความสำคัญอย่างยิ่งยวดที่ได้ตรวจสอบทฤษฎีการก่อตัวดาวเคราะห์ ซึ่งไม่อาจทดสอบได้จนกระทั่งบัดนี้ ดาวเคราะห์ก่อตัวในดิสก์ฝุ่นรอบๆ ดาวฤกษ์อายุน้อย เจาะถางช่องว่างเมื่อพวกมันกลืนวัสดุสารจากดิสก์รอบดาวฤกษ์เพื่อเจริญเติบโตขึ้น ในกระบวนการนี้ ดาวเคราะห์ก็อาจได้ดิสก์รอบตัวมันเอง ซึ่งนำไปสู่การเจริญของดาวเคราะห์โดยกำกับปริมาณวัสดุสารที่ตกลงมาหาดาวเคราะห์ ในเวลาเดียวกัน ก๊าซและฝุ่นในดิสก์รอบดาวเคราะห์ก็สามารถเกาะกันจนเป็นวัตถุที่มีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ ผ่านการชนหลายต่อหลายครั้ง และสุดท้ายก็นำไปสู่การกำเนิดของดวงจันทร์

     แต่นักดาราศาสตร์ก็ยังไม่เข้าใจรายละเอียดของกระบวนการเหล่านี้อย่างถ่องแท้นัก พูดให้สั้นก็คือ ยังคงไม่ชัดเจนว่าดาวเคราะห์และดวงจันทร์ก่อตัวเมื่อใด, ที่ไหน และอย่างไร Stefano Facchini นักวิจัยจากหอสังเกตการณ์ทางใต้ของยุโรป(European Southern Observatory; ESO) ซึ่งมีส่วนกับงานวิจัยนี้ กล่าว

     ดาวเคราะห์นอกระบบมากกว่าสี่พันดวงที่ถูกพบจนถึงตอนนี้ ทั้งหมดถูกพบในระบบที่เต็มวัยแล้ว PDS 70b และ PDS 70c ซึ่งก่อตัวเป็นระบบที่คล้ายคู่ของดาวพฤหัสฯ-ดาวเสาร์ เป็นดาวเคราะห์นอกระบบเพียง 2 ดวงที่ถูกพบในขณะที่ยังคงอยู่ในกระบวนการก่อตัว Miriam Keppler นักวิจัยที่สถาบันมักซ์พลังค์เพื่อดาราศาสตร์ ในเจอรมนี และหนึ่งในผู้เขียนร่วมการศึกษา อธิบาย ระบบนี้จึงให้โอกาสอันเป็นอัตลักษณ์แก่เราในการสำรวจและศึกษากระบวนการก่อตัวดาวเคราะห์และดวงจันทร์บริวาร Facchini กล่าวเสริม

     ดาวฤกษ์แม่ PDS 70 ซึ่งอยู่ห่างออกไปเกือบ 400 ปีแสงในกลุ่มดาวคนครึ่งม้า(Centaurus) ก็มีดิสก์ล้อมรอบ มีอายุเพียง 6 ล้านปี มีมวลราวสามในสี่ดวงอาทิตย์ ดาวเคราะห์ทั้งสองในระบบ PDS 70b และ PDS 70c ถูกพบครั้งแรกโดยใช้กล้องโทรทรรศน์ใหญ่มาก(VLT) ของ ESO ในปี 2018 และ 2019 ตามลำดับ ดาวเคราะห์ทารกเหล่านี้อยู่ในช่องว่างแห่งหนึ่งที่อยู่ระหว่างวงแหวนฝุ่น 2 วง และธรรมชาติอันเป็นอัตลักษณ์ของพวกมันก็ทำให้พวกมันถูกสำรวจด้วยกล้องโทรทรรศน์และอุปกรณ์อื่นๆ หลายครั้งนับแต่นั้นมา

     การสำรวจความละเอียดสูงครั้งล่าสุดจาก ALMA ได้ช่วยให้นักดาราศาสตร์ได้แง่มุมเพิ่มเติมสู่ระบบแห่งนี้ นอกเหนือจากการยืนยันการตรวจจับดิสก์รอบดาวเคราะห์ รอบๆ PDS 70c และศึกษาขนาดและมวลของมันแล้ว พวกเขายังพบว่า PDS 70b ไม่ได้แสดงสัญญาณของดิสก์ลักษณะคล้ายๆ กันอย่างชัดเจน

     ทีมของ Benistry มีทฤษฎีสองสามอันที่อธิบายว่าเพราะเหตุใด PDS 70b จึงไม่มีดิสก์อยู่ เนื่องจากมันอยู่ใกล้ดาวฤกษ์แม่มากกว่า บางทีเขตอิทธิพลแรงโน้มถ่วงของมันจึงน้อยกว่ามากซึ่งหมายความว่า ฝุ่นใดๆ ที่อาจจะโคจรรอบ PDS 70b ก็จะถูกดึงเข้าสู่ดาวฤกษ์แทน คำอธิบายอีกทางก็คือ PDS 70c ดึงฝุ่นออกจาก b ฝุ่นที่ล้อมรอบดาวเคราะห์จะต้องมาจากวงแหวนส่วนนอกที่เย็นกว่า และเนื่องจาก 70c อยู่ใกล้พื้นที่ดังกล่าวมากกว่า มันอาจจะจับไว้เกือบทั้งหมดและยอมให้อนุภาคฝุ่นเพียงน้อยนิดหลุดไปสู่ 70b ได้

      ความเข้าใจระบบดาวเคราะห์น่าจะลึกมากขึ้นไปอีกด้วยกล้องโทรทรรศน์ใหญ่สุดขั้ว(Extremely Large Telescope; ELT) ซึ่งกำลังก่อสร้างบนเซร์โร อาร์มาซอเนส ในทะเลทรายอะตาคามา ของชิลี Richard Teague ผู้เขียนร่วม นักวิจัยที่ศูนย์ฮาร์วาร์ดสมิธโซเนียนเพื่อดาราศาสตร์ฟิสิกส์ กล่าวว่า ELT จะเป็นส่วนสำคัญในงานวิจัยนี้ เมื่อมันมีความละเอียดสูงกว่ามาก เราก็จะสามารถทำแผนที่ระบบนี้ในรายละเอียดที่สุดยอด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การใช้ METIS(Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph) ของ ELT ทีมก็จะสามารถตรวจสอบการเคลื่อนที่ของก๊าซรอบๆ PDS 70c เพื่อให้ได้ภาพระบบในแบบสามมิติเต็มที่

แผนผังกลุ่มดาวแสดงกลุ่มดาวคนครึ่งม้า(Centaurus) โดยดาวแคระสีส้ม PDS 70 ระบุด้วยวงกลมสีแดง   

แหล่งข่าว eso.org : astronomers make first clear detection of a moon-forming disc around an exoplanet
                skyandtelescope.com : astronomers detect potential moon-forming disk around an exoplanet
                space.com : astronomers spot 1^st moon-forming disk around an alien world
                iflscience.com : first confirmation of a moon-forming disk around a planet