ชะตากรรมระบบสุริยะในอนาคต

ภาพจากศิลปินแสดงระบบดาวเคราะห์โบราณซึ่งดาวฤกษ์แม่ของมันได้กลายเป็นดาวแคระขาว ในระหว่างการแปรสภาพจากดาวฤกษ์เป็นดาวแคระขาว ทำให้ระบบเกิดความปันป่วนวุ่นวาย วัตถุในระบบชนกันจนกลายเป็นวงแหวนเศษซาก ในขณะที่เหลือดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ในวงโคจรไกลจากดาวฤกษ์แม่ไว้

     นักดาราศาสตร์ได้พบระบบดาวเคราะห์แห่งแรกที่ยืนยันแล้วว่าน่าจะเหมือนกับชะตากรรมที่คาดไว้สำหรับระบบสุริยะของเรา เมื่อดวงอาทิตย์ไปถึงจุดจบชีวิตในอีก 5 พันล้านปีข้างหน้า

     นักวิจัยได้ตรวจจับระบบแห่งนี้โดยใช้หอสังเกตการณ์เคกบนเมานาคี ในฮาวาย มันประกอบด้วยดาวเคราะห์ที่คล้ายดาวพฤหัสฯ ในวงโคจรที่คล้ายดาวพฤหัสฯ ดวงหนึ่ง รอบดาวแคระขาว ที่อยู่ใกล้ใจกลางของทางช้างเผือก ห่างออกไปราว 6500 ปีแสง  

     Joshua Blackman นักวิจัยหลังปริญญาเอกสาขาดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยทัสมาเนีย ในออสเตรเลีย และผู้เขียนนำการศึกษา กล่าวว่า หลักฐานนี้ยืนยันว่าดาวเคราะห์ที่โคจรในระยะทางที่ไกลมากพอจะสามารถดำรงอยู่ได้ หลังจากที่ดาวฤกษ์แม่ของพวกมันตายลง จากที่ระบบแห่งนี้คล้ายกับระบบสุริยะของเรา มันก็บอกได้ว่าดาวพฤหัสฯ และดาวเสาร์ น่าจะอยู่รอดผ่านสถานะยักษ์แดง(red giant) ของดวงอาทิตย์ เมื่อมันจะหมดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์และเริ่มทำลายตัวเอง การศึกษาเผยแพร่ในวารสาร Nature

     อนาคตของโลกอาจจะไม่ได้โรยด้วยกลีบกุหลาบเนื่องจากมันอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากกว่า(ดาวพฤหัสฯ-ผู้แปล) David Bennett ผู้เขียนร่วม นักวิทยาศาสตร์วิจัยอาวุโสที่มหาวิทยาลัยมารีแลนด์ และศูนย์การบินอวกาศกอดดาร์ดของนาซา กล่าว ถ้ามนุษยชาติต้องการจะย้ายไปที่ดวงจันทร์สักดวงของดาวพฤหัสฯ หรือดาวเสาร์ก่อนที่ดวงอาทิตย์จะย่างโลก ในช่วงสถานะยักษ์แดง เราก็ยังคงอยู่ในวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ต่อไปได้ แม้ว่าเราจะไม่อาจพึ่งพาความร้อนจากดวงอาทิตย์ในฐานะดาวแคระขาว ไปได้นานนัก

     ดาวฤกษ์วิถีหลัก(main sequence star) อย่างดวงอาทิตย์จะกลายสภาพเป็นเมื่อพวกมันตายลงในช่วงบั้นปลายชีวิต ดาวจะหมดเชื้อเพลิงไฮโดรเจนในแกนกลางลง และพองตัวกลายเป็นดาวยักษ์แดง ในกรณีของดวงอาทิตย์เมื่อพองตัวกลายเป็นดาวยักษ์แดง มันจะกัดและกลืนดาวพุธ และจากนั้นก็ดาวศุกร์ ส่วนโลกถ้าหนีจากการกลืนได้ก็แทบจะแน่นอนว่าคงถูกฉีกโดยแรงโน้มถ่วง ดาวอังคารอาจจะอยู่ไกลมากพอที่จะรอดไปได้ ในระบบสุริยะส่วนนอก ดาวเคราะห์ยักษ์ทั้งสี่จะถูกผลัก ซึ่งน่าจะถูกผลักออกไปไกลมากขึ้น หรือแม้แต่ถูกเหวี่ยงออกจากระบบไปอย่างสิ้นเชิง หรือวิ่งเข้าหาดวงอาทิตย์

วัฏจักรชีวิตของดาวฤกษ์มวลปานกลางอย่างดวงอาทิตย์ ซึ่งจะมีจุดจบชีวิตเป็นดาวแคระขาว เช่นเดียวกับดาวฤกษ์อีกราว 97% ในทางช้างเผือก ดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อยจะมีชีวิตที่ยืนยาวกว่าอาจจะถึงระดับล้านล้านปี

     จากนั้นดาวยักษ์แดงจะสลัดเปลือกชั้นนอกเหลือแต่แกนกลางที่จะยุบตัวลงและหดตัวกลายเป็นดาวแคระขาว ซึ่งมีขนาดใกล้เคียงกับโลกแต่ร้อนและหนาแน่นสูงด้วยมวลราวครึ่งหนึ่งของดวงอาทิตย์ เนื่องจากซากดาวขนาดกะทัดรัดเหล่านี้มีขนาดเล็กและไม่มีเชื้อเพลิงนิวเคลียร์เพื่อเปล่งรังสีสว่างจ้าอีกต่อไป ดาวแคระขาวจึงสลัวมากและยากที่จะตรวจจับ คาดว่าจะมีดาวฤกษ์ประมาณ 97% ในทางช้างเผือกที่จะมีเส้นทางวิวัฒนาการแบบนี้

     ระบบดาวเคราะห์ที่เพิ่งพบใหม่นี้ถูกพบเห็นเป็นครั้งแรกในปี 2010 โดยนักวิทยาศาสตร์ในกลุ่มความร่วมมือ Microlensing Observations in Astrophysics ทีมใช้เทคนิคที่เรียกว่า เลนส์ความโน้มถ่วงแบบจุลภาค(gravitational microlensing) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อดาวที่อยู่ใกล้โลก เรียงตัวในแนวเดียวกับดาวที่อยู่ไกลกว่า นี่สร้างปรากฏการณ์ประหลาดเมื่อแรงโน้มถ่วงจากดาวที่พื้นหน้าทำหน้าที่เป็นเลนส์ขยายแสงจากดาวที่พื้นหลัง ถ้ามีดาวเคราะห์ใดๆ โคจรรอบดาวพื้นหน้าอยู่ มันก็จะบิดแสงที่ถูกขยายชั่วคราวเมื่อดาวเคราะห์เคลื่อนผ่านด้วย

     รูปแบบที่ดาวเคราะห์ยักษ์และดาวแคระขาวบิดเบนแสงจากดาวที่พื้นหลัง ได้เผยให้เห็นคุณลักษณะสำคัญหลายอย่างของระบบแห่งนี้ รวมถึงการเคลื่อนที่บนท้องฟ้า, การมีอยู่ของดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ และวงโคจรขนาดใหญ่ของดาวเคราะห์ การสำรวจยังช่วยนักดาราศาสตร์คำนวณมวลเปรียบเทียบของวัตถุทั้งสองที่เรียกว่า MOA-2010-BLG-477Lb ได้ แต่ต้องรอหลายปีเพื่อตรวจสอบ ในปี 2016 และอีกครั้งในปี 2018 ซึ่งไม่เห็นอะไรเลย แต่พวกเขาทราบว่าระบบนี้มีอยู่ที่นั้นจากแสงดาวพื้นหลังที่ถูกรบกวน เมื่อไม่สามารถมองเห็นอะไรก็บอก Bennett และเพื่อนร่วางานว่าอะไรก็ตามที่พวกเขากำลังค้นหาอยู่จะต้องมืดมากๆ จนแม้แต่เคกยังมองไม่เห็น

          ที่แปลกก็คือเมื่อทีมพยายามมองหาดาวฤกษ์แม่ของดาวเคราะห์นี้ พวกเขาก็ไม่คาดคิดว่าจะพบว่าแสงดาวไม่ได้สว่างมากพอที่จะเป็นดาววิถีหลักปกติ ข้อมูลยังปิดช่องทางการมีอยู่ของดาวแคระน้ำตาล(brown dwarf) เป็นดาวฤกษ์แม่ด้วย Jean-Phillippe Beaulieu ศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยทัสมาเนีย และผู้อำนววยการวิจัย CNRS ที่สถาบันดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งปารีส ผู้เขียนร่วม กล่าวว่า เรายังสามารถปิดช่องความเป็นไปได้ที่เป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำด้วย นี่หมายความว่า ดาวเคราะห์กำลังโคจรรอบดาวฤกษ์ที่ตายแล้วเป็นดาวแคระขาวดวงหนึ่ง มันได้ให้แง่มุมว่าระบบสุริยะของเราจะมีสภาพอย่างไรหลังจากโลกหายไปเมื่อดวงอาทิตย์ดับสูญลง

เลนส์แบบจุลภาค

     ภาพช่วงอินฟราเรดใกล้ความละเอียดสูงที่ถ่ายด้วยระบบปรับกระจก(adaptive optics) ของกล้องเคก ซึ่งจับคู่กับกล้องอินฟราเรดใกล้(NIRC2) ได้เผยให้เห็นดาวแคระขาวที่เพิ่งค้นพบใหม่ซึ่งมีมวลราว 60% ดวงอาทิตย์ และดาวเคราะห์ที่เหลือรอดของมัน เป็นพิภพก๊าซยักษ์ที่มีมวลสูงกว่าดาวพฤหัสฯ ประมาณ 40% วงโคจรดาวเคราะห์นำมันออกไปไกลอย่างน้อย 2.8 เท่าระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์ ทำให้มันอยู่ใกล้เคียงกับแถบดาวเคราะห์น้อย(asteroid belt) ของระบบของเรา

     ทีมวิจัยยังวางแผนจะรวมการค้นพบในการศึกษาทางสถิติเพื่อดูว่าจะมีดาวแคระขาวดวงอื่นๆ อีกหรือไม่ที่มีดาวเคราะห์เหลือรอดอยู่ในวงโคจร ปฏิบัติการกล้องโทรทรรศน์อวกาศโรมัน(Nancy Grace Roman Telescope ก่อนหน้านี้เรียกว่า WFIRST) ตั้งเป้าจะถ่ายภาพดาวเคราะห์ยักษ์โดยตรง จะช่วยในการเสาะหานี้ กล้องโรมันมีความสามารถในการสำรวจดาวเคราะห์รอบดาวแคระขาวที่อยู่ในทิศทางส่วนป่องทางช้างเผือกได้ครบถ้วนมากกว่า นี่ช่วยให้นักดาราศาสตร์ได้ตรวจสอบว่าเป็นเรื่องปกติสำหรับดาวเคราะห์ที่คล้ายดาวพฤหัสฯ ที่จะหนีจากวันสุดท้ายของดาวฤกษ์แม่หรือไม่ หรือมีพวกมันที่ถูกทำลายเพียงส่วนหนึ่งเมื่อดาวฤกษ์แม่กลายเป็นยักษ์แดง

     John O’Meara หัวหน้านักวิทยาศาสตร์ที่หอสังเกตการณ์เคก กล่าวว่า นี่เป็นผลสรุปที่น่าตื่นเต้นอย่างสุดขั้ว มันน่าดีใจที่ได้เห็นตัวอย่างวิทยาศาสตร์ที่เคกจะทำเมื่อกล้องโรมันเริ่มปฏิบัติการของมันได้

 

แหล่งข่าว phys.org : a crystal ball into our solar system’s future
               iflscience.com : newly discovered giant exoplanet managed to survive the death of its star
               nationalgeographic.org : planet circling a burned-out star offers a glimpse at the solar system’s fate