ดาวเคราะห์ดวงน้อยและพิภพมหาสมุทร

 

ภาพจากศิลปินแสดงระบบดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์ชนิดแคระแดง L98-59

     ทีมนักดาราศาสตร์ที่ใช้กล้องโทรทรรศน์ใหญ่มาก(VLT) ของหอสังเกตการณ์ทางใต้ของยุโรป(ESO) ในชิลี ได้เปิดช่องใหม่สู่ดาวเคราะห์รอบๆ ดาวฤกษ์ใกล้เคียงดวงหนึ่ง L98-59 ซึ่งดูคล้ายกับดาวเคราะห์ที่มีในระบบสุริยะส่วนในของเรา  

     ท่ามกลางการค้นพบใหม่เหล่านี้ เป็นดาวเคราะห์ดวงหนึ่งซึ่งมีมวลเพียงครึ่งหนึ่งของดาวศุกร์ เป็นดาวเคราะห์นอกระบบที่เบาที่สุดเท่าที่เคยตรวจสอบโดยใช้เทคนิคความเร็วแนวสายตา(radial velocity)มา เป็นพิภพมหาสมุทรและอาจจะเป็นดาวเคราะห์ที่อยู่ในเขตเอื้ออาศัยได้(habitable zone) Maria Rosa Zapatero Osorio นักดาราศาสตร์ที่ศูนย์เพื่อดาราศาสตร์ชีววิทยาในกรุงมาดริด สเปน หนึ่งในผู้เขียนการศึกษาที่เผยแพร่ใน Astronomy & Astrophysics กล่าวว่า ดาวเคราะห์ในเขตเอื้ออาศัยได้อาจจะมีชั้นบรรยากาศที่น่าจะปกป้องและค้ำจุนชีวิตได้

      ผลสรุปนี้เป็นย่างก้าวที่สำคัญในความพยายามเพื่อค้นหาชีวิตบนดาวเคราะห์ขนาดพอๆ กับโลกนอกระบบสุริยะ การตรวจจับชีวสัญญาณ(biosignature) บนดาวเคราะห์นอกระบบใดๆ ขึ้นอยู่กับความสามารถในการศึกษาชั้นบรรยากาศของมัน แต่กล้องโทรทรรศน์ปัจจุบันไม่ได้ใหญ่มากพอที่จะมีความละเอียดสูงพอที่จะทำเช่นนั้นกับดาวเคราะห์หินขนาดเล็กได้ ระบบดาวเคราะห์แห่งใหม่นี้เรียกว่า L98-59 ตามชื่อดาวฤกษ์ของมัน เป็นเป้าหมายที่น่าดึงดูดใจสำหรับการสำรวจชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์ในอนาคต มันโคจรรอบดาวฤกษ์แม่ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ชนิดแคระแดงที่อยู่ห่างออกไปเพียง 35 ปีแสงเท่านั้น และขณะนี้พบว่ามีดาวเคราะห์หินที่คล้ายโลกหรือดาวศุกร์ ในระยะใกล้มากพอที่จะอบอุ่น

     ด้วยการมีส่วนร่วมของ VLT ทีมจึงสามารถบอกได้ว่าดาวเคราะห์สามดวงอาจจะมีน้ำในภายในหรือในชั้นบรรยากาศของพวกมัน ดาวเคราะห์สองดวงที่อยู่ใกล้ดาวฤกษ์แม่มากที่สุดในระบบแห่งนี้ อาจจะแห้งแล้ง แต่ก็ยังมีน้ำจำนวนเล็กน้อย ในขณะที่ดาวเคราะห์ดวงที่สาม มวลประมาณ 30% อาจเป็นน้ำ ทำให้มันกลายเป็นพิภพมหาสมุทร ยิ่งกว่านั้น ทีมได้พบดาวเคราะห์ที่ซ่อนอยู่ซึ่งไม่เคยถูกพบมาก่อนในระบบแห่งนี้ พวกเขาพบดาวเคราะห์ดวงที่สี่ และยังสงสัยว่าจะมีดวงที่ห้า ในเขตเอื้ออาศัยได้ Olivier Demangeon นักวิจัยที่สถาบันดาราศาสตร์ฟิสิกส์และวิทยาศาสตร์อวกาศ มหาวิทยาลัยแห่งปอร์โต ในโปรตุเกส ผู้เขียนนำการศึกษาใหม่ อธิบายว่า เรามีเงื่อนงำการมีอยู่ของดาวเคราะห์หินในเขตเอื้ออาศัยได้ในระบบแห่งนี้

      การศึกษานี้เป็นการแสดงถึงความก้าวหน้าในทางเทคนิค เมื่อนักดาราศาสตร์สามารถตรวจสอบ(โดยใช้วิธีการความเร็วแนวสายตา) ว่าดาวเคราะห์วงในสุดในระบบนี้(L 98-59b) มีมวลเพียงครึ่งเดียวของดาวศุกร์ และน่าจะเป็นหิน นี่ทำให้มันกลายเป็นดาวเคราะห์นอกระบบที่เบาที่สุดเท่าที่เคยตรวจสอบด้วยเทคนิคนี้มา ซึ่งจะคำนวณการส่าย(wobble) ของดาวฤกษ์แม่ ซึ่งเกิดขึ้นจากแรงโน้มถ่วงน้อยนิดของดาวเคราะห์ในวงโคจรรอบๆ มัน

ภาพอินโฟกราฟฟิคแสดงการเปรียบเทียบระหว่างระบบดาวเคราะห์รอบ L 98-59(บน) กับระบบสุริยะส่วนใน(ดาวพุธ, ดาวศุกร์ และโลก) เน้นให้เห็นความคล้ายคลึงระหว่างทั้งสองส่ววน L 98-59 มีดาวเคราะห์หินที่ยืนยันแล้ว 4 ดวง(ระบุเป็นสี) โคจรรอบดาวฤกษ์แม่ที่เป็นแคระแดงอยู่ห่างออกไป 35 ปีแสง ดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้ดาวฤกษ์มากที่สุดมีมวลราวครึ่งหนึ่งของดาวศุกร์ ในขณะที่ 30% มวลของดาวเคราะห์ดวงที่สามน่าจะเป็นน้ำทำให้มันเป็นพิภพมหาสมุทร การมีอยู่ของดาวเคราะห์ดวงที่สี่ได้รับการยืนยันแล้วแต่ยังไม่ทราบมวลและรัศมีแน่ชัด(ขนาดที่เป็นไปได้ระบุเป็นเส้นประ) ทีมยังพบร่องรอยดาวเคราะห์ดวงที่ห้าซึ่งอยู่ไกลจากดาวฤกษ์มากที่สุด ถ้ายืนยัน มันก็น่าจะอยู่ในเขตเอื้ออาศัยได้ของระบบนี้ ระยะทางจากดาวฤกษ์และระหว่างดาวเคราะห์ในอินโฟกราฟฟิคไม่เป็นไปตามสัดส่วนจริง

           นี่ดูคล้ายกับการได้เห็นดาวศุกร์, โลกและดาวอังคารในระบบสุริยะของเรา Knicole Colon นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่ศูนย์การบินอวกาศกอดดาร์ด ซึ่งมีส่วนร่วมในงานวิจัยที่ค้นพบดาวเคราะห์ทั้งสาม แต่ไม่เกี่ยวกับงานวิจัยใหม่ กล่าว

     ทีมใช้เครื่องมือ ESPRESSO บน VLT เพื่อศึกษา L98-59 Zapatero Osorio กล่าวว่า ถ้าปราศจากความแม่นยำและความเสถียรที่ได้จาก ESPRESSO การตรวจสอบนี้ก็ไม่น่าจะเกิดขึ้นได้ นี่เป็นก้าวที่สำคัญในความสามารถของเราในการตรวจสอบมวลของดาวเคราะห์ที่มีขนาดเล็กที่สุดนอกระบบสุริยะ

     นักดาราศาสตร์ได้พบดาวเคราะห์สามดวงของ L 98-59 เป็นครั้งแรกในปี 2019 โดยใช้ดาวเทียม TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite) ของนาซา ดาวเทียมนี้พึ่งพาเทคนิคที่เรียกว่า วิธีการผ่านหน้า(transit method) เมื่อความสว่างของดาวฤกษ์ลดลงอันมีสาเหตุจากมีดาวเคราะห์ดวงหนึ่งกำลังข้ามหน้า ซึ่งจะบอกคุณสมบัติของดาวเคราะห์ได้ อย่างไรก็ตาม ต่อเมื่อใช้การตรวจสอบความเร็วแนวสายตาจาก ESPRESSO และเครื่องมือรุ่นก่อนหน้ามัน HARPS(High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher) บนหอสังเกตการณ์ลาซิลญา ขนาด 3.6 เมตร ซึ่งช่วยให้ทีมได้พบดาวเคราะห์เพิ่มเติมขึ้นมา และตรวจสอบมวลและรัศมีของดาวเคราะห์สามดวงแรกได้ Demangeon อธิบายว่า ถ้าเราต้องการจะต้องว่าดาวเคราะห์ดวงหนึ่งๆ นั้นมีองค์ประกอบอย่างไร อย่างน้อยที่สุดก็ต้องรู้มวลและรัศมีของมัน ซึ่งจะช่วยให้คำนวณความหนาแน่นได้ ดาวเคราะห์ที่หนาแน่นกว่าน่าจะเป็นหิน ในขณะที่ดาวเคราะห์ที่ปุกปุยก็น่าจะเป็นก๊าซ

     ทีมหวังว่าจะได้ทำการศึกษาระบบแห่งนี้ต่อไปด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์(JWST) ในขณะที่กล้องโทรทรรศน์ใหญ่สุดขั้ว(ELT) ของ ESO ก็กำลังอยู่ในระหว่างก่อสร้างในทะเลทรายอะตาคามาของชิลี และมีกำหนดเริ่มการสำรวจในปี 2027 จะเป็นเครื่องมือในอุดมคติที่จะศึกษาดาวเคราะห์เหล่านี้ Zapatero Osorio กล่าวว่า เครื่องมือ HIRES บน ELT อาจจะมีพลังมากพอที่จะศึกษาชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์บางส่วนในระบบ L 98-59 ได้ ซึ่งเติมเต็ม JWST จากภาคพื้นดิน

การตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบ ใช้วิธีการตรวจจับหลัก 2 วิธี คือ ความเร็วแนวสายตา(radial velocity method) เมื่อแรงโน้มถ่วงอันน้อยนิดของดาวเคราะห์ทำให้ดาวฤกษ์หมุนรอบตัวส่ายเข้าและออกจากแนวสายตา และการผ่านหน้า(transit method) ตรวจสอบแสงดาวที่มืดลงอย่างเป็นคาบเวลา ซึ่งเกิดจากมีดาวเคราะห์ในวงโคจรเคลื่อนที่ผ่านหน้า ในแนวสายตาของเรา และบังแสงดาวฤกษ์

      ระบบนี้ประกาศถึงสิ่งที่กำลังมาถึง Demangeon กล่าว เราซึ่งกำลังไล่ตามดาวเคราะห์หินมานับตั้งแต่การกำเนิดของดาราศาสตร์และขณะนี้ สุดท้ายเราก็เข้าใกล้การตรวจพบดาวเคราะห์หินในเขตเอื้ออาศัยได้มากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งเราก็จะสามารถศึกษาชั้นบรรยากาศได้

หมายเหตุ ดาวฤกษ์ L 98-59 หรือเรียกอีกชื่อว่า TOI-175 เป็นดาวแคระแดงที่หมุนรอบตัวราว 80 วัน ดาวเคราะห์วงในสุดมีมวลประมาณครึ่งหนึ่งของดาวศุกร์ ดวงถัดมา มีขนาด 1.4 เท่าของโลกและก็น่าจะเป็นหินด้วยเช่นกัน ดาวเคราะห์ดวงที่สามมีขนาด 1.5 เท่าโลก และมีมวลราวสองเท่าโลก ด้วยความหนาแน่นระดับนี้ทำให้มีสัดส่วนน้ำที่สูง ในขณะที่ร่องรอยของดาวเคราะห์อีก 2 ดวงในข้อมูลความเร็วเชิงสายตา ไม่ได้โคจรในระนาบเดียวกับอีกสามดวง จึงไม่มีการผ่านหน้า ดวงแรกมีมวลราว 3 เท่าโลก และคาบการโคจรประมาณ 12.8 วัน ดวงที่สองยังต้องมีการตรวจสอบเพิ่มเติม แต่ถ้ายืนยัน พิภพดวงที่ห้าน่าจะมีมวลระดับ 2.46 เท่ามวลโลก คาบการโคจรประมาณ 23 วัน และน่าจะได้รับแสงและความร้อนจากดาวฤกษ์แคระแดง พอๆ กับที่โลกได้รับจากดวงอาทิตย์ อยู่ในเขตเอื้ออาศัยได้รอบดาวแคระแดงนี้ ระบบแห่งนี้น่าจะเป็นระบบพหุดาวเคราะห์ที่นักวิทยาศาสตร์เรียกว่า เมล็ดถั่วในฝัก(peas in a pod) ซึ่งมีดาวเคราะห์ขนาดใกล้เคียงกันอยู่ห่างจากกันด้วยระยะทางที่สม่ำเสมอจากดาวฤกษ์ อีกระบบที่เป็นที่รู้จักดีก็คือ TRAPPIST-1

 

แหล่งข่าว eso.org : new ESO observations show rocky exoplanet has just half the mass of Venus
                sciencealert.com : nearby planetary system could hold a habitable super-Earth, astronomers say
                space.com : “peas in a pod” planetary system offers nearby gems to scientists