การล่มสลายของระบบ HR 8799

     การศึกษาใหม่ที่เจาะไปในอนาคตได้บอกว่า ดาวเคราะห์สี่ดวงที่อยู่ในจังหวะพร้อมเพรียงรอบๆ ดาวฤกษ์ใกล้ดวงหนึ่ง มีชะตากรรมที่จะถูกกระทบชิ่งเหวี่ยงไปรอบๆ ระบบของพวกมันเมื่อดวงอาทิตย์ของพวกมันจะตายลง

ภาพจากศิลปินแสดงดาวเคราะห์ทั้งสี่ในระบบ HR 8799

     นักดาราศาสตร์ได้ทำแบบจำลองว่าการเปลี่ยนแปลงแรงโน้มถ่วงในระบบแห่งนี้อันเป็นผลจากดาวฤกษ์ได้กลายเป็นดาวแคระขาว จะเป็นสาเหตุให้ดาวเคราะห์ทั้งสี่ของมันปลิวหลุดออกจากวงโคจรและกระแทกกันและกันเหมือนกับเกมส์พินบอล ในกระบวนการนี้ พวกมันจะผลักเศษซากที่อยู่ใกล้ๆ เข้าสู่ดวงอาทิตย์ที่กำลังตาย ได้ให้แง่มุมใหม่แก่นักวิทยาศาสตร์ว่าดาวแคระขาวจะมีชั้นบรรยากาศที่ปนเปื้อนอย่างที่เราเห็นทุกวันนี้ มีกำเนิดอย่างไร บทสรุปมาจากนักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเอกซ์เตอร์ และมหาวิทยาลัยวอร์วิค เผยแพร่ใน Monthly Notices of the Royal Astronomical Society วันที่ 14 พฤษภาคม

     ระบบ HR 8799 อยู่ห่างออกไป 135 ปีแสงในกลุ่มดาวม้ามีปีก(Pegasus) และประกอบด้วยดาวฤกษ์ชนิดเอ(A-type star) อายุ 30 ถึง 40 ล้านปี และดาวเคราะห์ยักษ์ใหญ่แบบไม่ปกติอีก 4 ดวง ทั้งหมดมีมวลเกินห้าเท่ามวลดาวพฤหัสฯ โคจรอยู่ใกล้กันและกันอย่างมาก ระบบยังมีดิสก์เศษซากอีก 2 วง อยู่ภายในวงโคจรของดาวเคราะห์วงในสุด และอีกวงอยู่เลยวงโคจรดาวเคราะห์วงนอกสุดออกมา งานวิจัยล่าสุดได้แสดงว่าดาวเคราะห์ทั้งสี่ถูกล๊อคในจังหวะที่เหมาะเจาะที่เรียกว่ากำทอน(resonance)  2:1 ดังนั้น ในทุกๆ รอบที่ดาวเคราะห์วงนอกสุดโคจรครบไป, เพื่อนบ้านดวงต่อมาจะโคจรไปครบ 2, อีกดวงก็ครบ 4 และดวงในสุดก็โคจรไปครบ 8 รอบ

     ทีมจากเอกซ์เตอร์และวอร์วิคตัดสินใจศึกษาชะตากรรมสุดท้ายของระบบแห่งนี้ โดยการสร้างแบบจำลองที่ช่วยให้พวกเขาได้เล่นเกมส์พินบอลดาวเคราะห์ โดยสืบสวนว่าอะไรที่จะเป็นสาเหตุให้ท่วงทำนองที่สมบูรณ์แบบต้องล่มสลายไปได้บ้าง พวกเขาตรวจสอบพบว่ากำทอนที่ล๊อคดาวเคราะห์ทั้งสี่ไว้ น่าจะมั่นคงไปได้อีก 3 พันล้านปีข้างหน้า แม้ว่าจะได้รับผลจากแรงโน้มถ่วงในกาแลคซี(galactic tides) และการผ่านเข้าใกล้ของดาวฤกษ์อื่น อย่างไรก็ตาม กำทอนจะแตกออกเมื่อดาวฤกษ์เข้าสู่สถานะที่กลายเป็นดาวยักษ์แดง(red giant) เมื่อมันจะขยายตัวใหญ่กว่าขนาดปัจจุบันหลายร้อยเท่า และจะผลักมวลเกือบครึ่งออกมา และจบด้วยการเป็นดาวแคระขาว(white dwarf)

ภาพจากกล้องโทรทรรศน์เคก จับภาพดาวเคราะห์ทั้งสี่ของ HR 8799 ได้โดยตรง

     การเข้าใจปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงระหว่างวัตถุ 2 ก้อนเป็นเรื่องที่ค่อนข้างง่ายเมื่อคุณทราบมวล, ความเร็วและตำแหน่งเริ่มต้นของวัตถุ แต่เมื่อเพิ่มวัตถุที่สามเข้าไป คำตอบพื้นๆ ก็จะเริ่มพังลงทันที ปฏิสัมพันธ์จะเป็นเรื่องที่ซับซ้อนอย่างมาก ตามที่นักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Henry Poincare ได้แสดงไว้ในปี 1899 ไม่มีสมการใดที่สามารถทำนายตำแหน่งของวัตถุทั้งสามได้ในจุดหนึ่งๆ ในอนาคต และเมื่อเพิ่มวัตถุที่สี่ และก็วัตถุที่ห้าเข้าไป อย่างที่เป็นที่ HR 8799 ปฏิสัมพันธ์ยิ่งยุ่งเหยิง ทีมได้สร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์เพื่อช่วยให้ได้เห็นวิธีต่างๆ มากมายที่ดาวเคราะห์จะกระจัดกระจายอย่างวุ่นวายหลังจากที่นักวิจัยเพียงแต่ขยับตำแหน่งเริ่มต้นเพียงเล็กน้อยเท่านั้น  

      ดาวเคราะห์จะเริ่มกระแทกกันไปมาและกลายเป็นระบบที่มีความยุ่งเหยิงสูงมากเมื่อการเคลื่อนที่ของพวกมันมีความไม่แน่นอนอย่างมาก แม้การเปลี่ยนตำแหน่งของดาวเคราะห์เพียงแค่ 1 เซนติเมตรในช่วงเริ่มกระบวนการ ก็สามารถเปลี่ยนผลที่ได้อย่างรุนแรง Sasha Hinkley ศาสตราจารย์จากเอกซ์เตอร์ ผู้เขียนร่วม กล่าวว่า ระบบ HR 8799 นั้นมีเอกลักษณ์อย่างมากนับตั้งแต่ที่ถูกค้นพบเมื่อเกือบ 13 ปีก่อน และด้วยเหตุนี้ จึงน่ามหัศจรรย์ที่ได้มองไปในอนาคต และเฝ้าดูมันพัฒนาจากดาวเคราะห์ที่เคลื่อนที่อย่างพร้อมเพรียง ไปสู่ความวุ่นวายยุ่งเหยิง

     Dimitri Veras จากมหาวิทยาลัยวอร์วิค ผู้เขียนนำ กล่าวว่า ดาวเคราะห์จะทำให้เพื่อนบ้านดวงอื่นๆ ของมันแตกกระสานซ่านเซ็น ในกรณีหนึ่ง ดาวเคราะห์วงในสุดน่าจะถูกผลักออกจากระบบไปอย่างสิ้นเชิง หรือในกรณีอื่นๆ ดาวเคราะห์ดวงที่สามก็อาจจะถูกผลักออกไปแทน หรือดวงที่สองและดวงที่สี่ อาจจะสลับตำแหน่งกัน รูปแบบใดๆ ก็เป็นไปได้แค่ขยับตัวเพียงเล็กน้อย พวกมันมีขนาดใหญ่มากและอยู่ใกล้กันและกันอย่างมาก สิ่งเดียวที่กำลังรักษาให้พวกมันอยู่ในท่วงทำนองที่สมบูรณ์แบบตอนนี้ก็คือตำแหน่งวงโคจรของพวกมัน ทั้งสี่เชื่อมโยงในสายโซ่นี้ ทันทีที่ดาวฤกษ์สูญเสียมวล ตำแหน่งวงโคจรก็จะรวน จากนั้น สองในสี่ก็จะผลักกันและกัน เป็นสาเหตุให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่กับทั้งสี่ดวง

     นอกจากการเคลื่อนที่ที่แม่นยำของดาวเคราะห์ทั้งสี่ อีกหนึ่งสิ่งที่ทีมแน่ใจก็คือดาวเคราะห์จะเคลื่อนที่ไปรอบๆ จนฉีกวัสดุสารจากดิสก์เศษซากในระบบ เข้าสู่ชั้นบรรยากาศของดาว นี่เป็นเศษซากชนิดที่นักดาราศาสตร์กำลังวิเคราะห์เพื่อค้นหาประวัติความเป็นมาของระบบรอบดาวแคระขาวแห่งอื่น ในปัจจุบัน ดาวเคราะห์เหล่านี้เคลื่อนที่ไปรอบๆ ดาวแคระขาวในตำแหน่งที่แตกต่างกันและสามารถผลักเศษซากไม่ว่าจะเป็นอะไรที่ยังอยู่ที่นั้นเข้าใส่ดาวแคระขาว สร้างมลทินให้กับดาวแคระขาวได้ Veras กล่าวเสริม ระบบดาวเคราะห์ HR 8799 เป็นตัวแทนสิ่งที่ได้เกิดขึ้นกับระบบรอบดาวแคระขาวที่มีมลทินที่เราได้พบในปัจจุบัน มันเป็นการแสดงตัวอย่างคุณค่าของการคำนวณชะตากรรมของระบบดาวเคราะห์ แทนที่จะมองเพียงแค่การก่อตัวของพวกมันเท่านั้น

 

แหล่งข่าว phys.org : Star’s death will play a mean pinball with rhythmic planets
                space.com : when this star blows, its planets will be turned into enormous pinballs