ว่าที่ดาวเคราะห์นอกทางช้างเผือก

อินโฟกราฟฟิคแสดงการตรวจจับสัญญาณจากว่าที่ดาวเคราะห์นอกทางช้างเผือก

      ด้วยการใช้หอสังเกตการณ์อวกาศรังสีเอกซ์ XMM-Newton ของอีซาและจันทราของนาซา นักดาราศาสตร์ได้ขยับไปอีกก้าวในความพยายามเพื่อค้นหาดาวเคราะห์นอกทางช้างเผือก

     การพบดาวเคราะห์ในกาแลคซีแห่งอื่นเป็นเรื่องยาก และแม้ว่านักดาราศาสตร์จะทราบว่าพวกมันควรจะมีอยู่ แต่ก็ไม่เคยมีการยืนยันการค้นพบระบบดาวเคราะห์ใดนอกทางช้างเผือกเลย เนื่องจากแสงจากกาแลคซีอื่นนั้นอัดแน่นในพื้นที่ขนาดเล็กจิ๋วบนท้องฟ้า จึงยากมากๆ ที่กล้องโทรทรรศน์จะแยกแยะดาวฤกษ์แต่ละดวงออกจากกัน ไม่ต้องเอ่ยถึงดาวเคราะห์ที่กำลังโคจรรอบดาวฤกษ์เลย และเทคนิคปกติที่ใช้หาดาวเคราะห์นอกระบบในกาแลคซีของเรา ก็ใช้การไม่ได้ดีนักกับดาวเคราะห์ข้างนอกนั้น

     แต่เมื่อศึกษาในช่วงรังสีเอกซ์แทนที่จะเป็นแสงช่วงตาเห็นก็มีความแตกต่าง เนื่องจากมีวัตถุที่สว่างในช่วงรังสีเอกซ์จำนวนน้อยกว่า และกล้องโทรทรรศน์รังสีเอกซ์ก็สามารถแยกแยะวัตถุเมื่อสำรวจกาแลคซีอื่นได้ง่ายกว่า จึงง่ายกว่าที่จะจำแนกและศึกษาวัตถุเหล่านั้น และมันอาจจะเป็นไปได้ที่จะพบดาวเคราะห์รอบๆ พวกมัน

      วัตถุที่สว่างที่สุด(ในรังสีเอกซ์) บางส่วนที่ศึกษาข้ามกาแลคซีได้เป็นสิ่งที่เรียกว่า ระบบคู่รังสีเอกซ์(x-ray binaries) พวกมันประกอบด้วยวัตถุกะทัดรัดมากซึ่งอาจเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ ที่กำลังกินวัสดุสารจากดาวข้างเคียงซึ่งเป็นผู้บริจาค วัสดุสารที่ตกลงมานี้ถูกเร่งความเร็วโดยสนามแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงของดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ และร้อนขึ้นในระดับหลายล้านองศา สร้างรังสีเอกซ์ที่สว่างจำนวนมาก นักดาราศาสตร์คิดว่าโดยทฤษฎีแล้ว ดาวเคราะห์ที่เดินทางผ่านหน้า(transit) แหล่งรังสีเอกซ์ลักษณะดังกล่าว ก็น่าจะกันรังสีเอกซ์ไว้ เป็นสาเหตุให้รังสีเอกซ์ที่สำรวจพบเกิดการหรี่แสง

ภาพรวมประกอบในช่วงรังสีเอกซ์และช่วงตาเห็นแสดงกาแลคซี M51 และระบุตำแหน่งของระบบคู่รังสีเอกซ์ M51-ULS-1(ในช่องสี่เหลี่ยม)

     Rosanne Di Stefano จากศูนย์เพื่อดาราศาสตร์ฟิสิกส์ ฮาร์วาร์ดสมิธโซเนียน อธิบายว่า ระบบคู่รังสีเอกซ์อาจจะเป็นสถานที่ในอุดมคติสำหรับการสำรวจหาดาวเคราะห์ เนื่องจากแม้ว่าพวกมันจะสว่างกว่าดวงอาทิตย์ของเราถึง 1 ล้านเท่า แต่รังสีเอกซ์กลับมาจากพื้นที่ที่มีขนาดเล็กมาก ในความเป็นจริง แหล่งที่เราศึกษานั้นมีขนาดเล็กกว่าดาวพฤหัสฯ ด้วยซ้ำ ดังนั้น ดาวเคราะห์ที่กำลังผ่านหน้าก็น่าจะกันแสงจากระบบคู่รังสีเอกซ์นี้ได้โดยสิ้นเชิง เธอเป็นผู้เขียนคนแรกในการศึกษาใหม่ที่เผยแพร่ใน Nature Astronomy

     Di Stefano และเพื่อนร่วมงานที่ข้อมูลการผ่านหน้ารังสีเอกซ์ลักษณะดังกล่าวนั้นในกาแลคซี 3 แห่งคือ 55 ระบบจาก M51(The Whirlpool galaxy), 64 ระบบจาก M101(the Pinwheel galaxy) และ 119 ระบบจาก M104(the Sombrero galaxy) จากข้อมูลจันทราและ XMM-Newton นักวิจัยสกัดกราฟแสงรังสีเอกซ์จากระบบคู่ 2624 แห่งออกมา การหรี่แสงน่าจะอธิบายได้โดยการมีอยู่ของดาวเคราะห์ และพวกเขาพบสัญญาณที่จำเพาะอย่างยิ่งในกาแลคซี M51 ซึ่งอยู่ห่างออกไปประมาณ 28 ล้านปีแสง จนพวกเขาตัดสินใจศึกษาในรายละเอียดเพิ่มขึ้นในระบบคู่รังสีเอกซ์ M51-ULS-1 ซึ่งประกอบด้วยหลุมดำหรือดาวนิวตรอน ที่โคจรรอบดาวฤกษ์ข้างเคียงที่ร้อนสว่างมีมวลราว 20 เท่าดวงอาทิตย์ และการหรี่แสงกันสัญญาณรังสีเอกซ์ไว้ทั้งหมดนาน 3 ชั่วโมง ยิ่งกว่านั้น ระดับความสว่างก่อนและหลังแสงหรี่ก็เท่ากัน ซึ่งบอกว่าอะไรก็ตามที่ทำให้แสงหรี่ลง เป็นสิ่งภายนอก ไม่ใช่ปฏิสัมพันธ์ภายในระบบคู่เอง

    ขณะที่ต้องมีการกำจัดคำอธิบายที่เป็นไปได้อย่างระมัดระวัง ก่อนที่นักวิจัยจะสามารถเลือกทางเลือกดาวเคราะห์นอกกาแลคซี
(extragalactic planet) ได้ Di Stefano กล่าวว่า ตอนแรกเราต้องแน่ใจว่าสัญญาณนั้นไม่ได้เกิดจากสิ่งอื่นเลย ทีมได้หาคำอธิบายโต้แย้งความเป็นไปได้จำนวนหนึ่งในงานวิจัยที่เผยแพร่ เราทำเช่นนั้นได้โดยการวิเคราะห์การหรี่รังสีเอกซ์ในข้อมูลจันทราในเบื้องลึก และวิเคราะห์การหรี่แสงและสัญญาณอื่นๆ ในข้อมูล XMM และยังทำแบบจำลองการหรี่แสงที่เกิดจากเหตุการณ์ที่เป็นไปได้อื่นๆ รวมทั้งดาวเคราะห์ด้วย

นักดาราศาสตร์ตรวจจับการหรี่แสงรังสีเอกซ์ชั่วคราวจากระบบคู่แห่งหนึ่งซึ่งมีดาวฤกษ์มวลสูงดวงหนึ่งอยู่ในวงโคจรรอบวัตถุกะทัดรัดซึ่งอาจเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ(แสดงในภาพจากศิลปิน) การหรี่แสงนี้แปลผลว่าเกิดขึ้นจากมีดาวเคราะห์ดวงหนึ่งที่ผ่านหน้าแหล่งรังสีเอกซ์รอบวัตถุกะทัดรัดนี้ 

     แล้วการหรี่แสงรังสีเอกซ์นั้นจะเกิดขึ้นจากดาวฤกษ์ขนาดเล็กอย่างดาวแคระน้ำตาลหรือแคระแดงได้หรือไม่ ไม่เลย ระบบแห่งนี้มีอายุน้อยเกินไป และวัตถุที่ผ่านหน้าก็มีขนาดใหญ่เกินไป หรือมันจะเป็นเมฆก๊าซและฝุ่น? ก็เป็นไปไม่ได้ ทีมกล่าว เพราะการหรี่แสงบ่งชี้ว่าวัตถุที่กำลังผ่านหน้ามีพื้นผิวที่คมชัดเจน ซึ่งไม่ใช่ลักษณะของเมฆ แม้ถ้าดาวเคราะห์มีชั้นบรรรยากาศอยู่ มันก็น่าจะมีพื้นผิวที่คมชัดเจนมากกว่าเมฆด้วยซ้ำ

     แล้วการหรี่แสงจะอธิบายได้จากการแปรแสงในตัวแหล่งรังสีเอกซ์เองหรือไม่ ผู้เขียนเชื่อมั่นว่าไม่ใช่ เนื่องจากแม้ว่าแสงจากแหล่งจะหายไปอย่างสิ้นเชิงไม่กี่ชั่วโมงก่อนที่จะกลับมาอีกครั้ง อุณหภูมิและสีของแสง ก็ยังคงเหมือนเดิม และสุดท้าย ทีมยังเปรียบเทียบการหรี่แสงกับการกันแสงแบบอื่นๆ ที่เกิดขึ้นจากดาวผู้บริจาคที่ผ่านหน้าวัตถุกะทัดรัดด้วย ซึ่ง XMM-Newton ก็สำรวจบางส่วนไว้และพบว่ามีการดับวูบของสัญญาณยาวนานกว่าอย่างมาก ซึ่งก็แตกต่างจากการหรี่แสงที่เกิดจากสิ่งที่อาจเป็นดาวเคราะห์

      เราได้ทำแบบจำลองเสมือนจริงคอมพิวเตอร์เพื่อดูว่าการหรี่แสงมีคุณลักษณะของดาวเคราะห์ผ่านหน้าหรือไม่ และเราพบว่ามันสอดคล้องอย่างพอดิบพอดี เราค่อนข้างมั่นใจว่าไม่ใช่สิ่งอื่นเลย และเราได้พบว่าที่ดาวเคราะห์นอกทางช้างเผือกดวงแรก Di Stefano กล่าวเสริม ทีมยังสงสัยเกี่ยวกับคุณลักษณะของดาวเคราะห์นี้ มันน่าจะมีขนาดประมาณดาวเสาร์ โคจรรอบระบบคู่นี้ด้วยระยะทางหลายสิบเท่าระยะทางจากดวงอาทิตย์ถึงโลก(ประมาณระยะทางจากยูเรนัสรอบดวงอาทิตย์) ซึ่งทำให้มันโคจรครบรอบทุกๆ 70 ปี และถูกระดมยิงด้วยรังสีอย่างสุดขั้ว ทำให้มันไม่เอื้ออาศัยสำหรับชีวิตในแบบที่เราคุ้นเคยบนโลก

ระบบคู่รังสีเอกซ์ M51-ULS-1 ก่อนและระหว่างเกิดเหตุการณ์ 

     วงโคจรที่นานของว่าที่ดาวเคราะห์นี้ ยังเป็นข้อจำกัดในการศึกษา เนื่องจากเหตุการณ์(การผ่านหน้า) จะไม่สามารถเกิดขึ้นซ้ำในเวลาอันสั้น Nia Imara ผู้เขียนร่วมจากมหาวิทยาลัยคาลิฟอร์เนีย ที่ซานตาครูซ กล่าวว่า โชคร้ายที่การยืนยันดาวเคราะห์ที่เรากำลังได้เห็นจะต้องรอไปหลายสิบปีที่จะได้เห็นการผ่านหน้าอีกครั้ง นั้นเป็นเหตุผลที่ทีมยังคงกล่าวอย่างระมัดระวังว่า พวกเขาได้พบสิ่งที่อาจเป็นว่าที่ดาวเคราะห์ เพื่อที่ประชาคมอาจจะหาคำอธิบายอื่นได้ แม้ว่าอาจจะไม่พบเลยหลังจากที่ทีมวิจัยอย่างรอบคอบมากแล้ว เราบอกได้แค่ว่ามันไม่สอดคล้องกับคำอธิบายอื่นๆ ที่เรานึกได้เลย Di Stefano กล่าวย้ำ

      แต่กระนั้น ก็ยังเป็นย่างก้าวที่น่าตื่นเต้นในความพยายามเพื่อค้นหาดาวเคราะห์นอกทางช้างเผือก นี่เป็นว่าที่ดาวเคราะห์ดวงแรกที่น่าจะโคจรรอบระบบต้นสังกัดที่เรารู้จัก เมื่อเปรียบกับว่าที่ดาวเคราะห์นอกกาแลคซีดวงอื่นๆ ที่พบจากเลนส์ความโน้มถ่วง(gravitational lenses) ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ประหลาดที่วัตถุมวลสูงเช่น ดาวฤกษ์ บิดห้วงกาลอวกาศรอบๆ มันได้รุนแรงมากพอที่จะบิดเบนแสงที่ผ่านเข้ามาใกล้ ถ้ามีดาวฤกษ์ผ่านระหว่างโลกกับแหล่งแสงที่อยู่ห่างไกลออกไป ดาวก็จะขยายแสงจากแหล่งได้ชั่วคราว ซึ่งเรียกเหตุการณ์แบบนี้ว่า เลนส์แบบจุลภาค(microlensing) ถ้าดาวฤกษ์นั้นมีดาวเคราะห์โคจรอยู่ พิภพเหล่านั้นก็จะส่งผลด้วย โดยรวมแล้วมีการค้นพบดาวเคราะห์ในทางช้างเผือกด้วยวิธีนี้ 118 ดวง อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้ให้รายละเอียดเกี่ยวกับดาวฤกษ์หรือดาวเคราะห์ที่โคจรอยู่เพียงน้อยนิดมาก

กราฟฟิคแสดงวงโคจรว่าที่ดาวเคราะห์ของ M51-ULS-1 

     นี่อาจเป็นครั้งแรกที่พบดาวเคราะห์โคจรรอบระบบคู่รังสีเอกซ์ด้วย การมีอยู่ของดาวเคราะห์เหล่านี้สอดคล้องกับความจริงที่ว่าพบดาวเคราะห์รอบพัลซาร์(pulsar; ดาวนิวตรอนที่หมุนรอบตัวเร็วมาก) และพัลซาร์เหล่านี้บางส่วนก็เคยเป็นส่วนหนึ่งในระบบคู่รังสีเอกซ์ในอดีต ดาวเคราะห์ในระบบเหล่านี้จะต้องผ่านพ้นการระเบิดซุปเปอร์โนวาซึ่งสร้างดาวนิวตรอนหรือหลุมดำขึ้นมา และยังมีอนาคตที่อันตรายรออยู่อีก เมื่อถึงเวลา ดาวข้างเคียงก็จะระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวาด้วย และสาดรังสีระดับสูงมากเข้าสู่ดาวเคราะห์อีกรอบหนึ่ง

      ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่ยืนยันได้ดวงแรกถูกพบรอบพัลซาร์แห่งหนึ่ง ซึ่งเป็นวัตถุที่โดยปกติมักจะสำรวจในช่วงรังสีเอกซ์ ผมตื่นเต้นที่ขณะนี้รังสีเอกซ์มีบทบาทสำคัญในการสำรวจหาดาวเคราะห์นอกขอบเขตของกาแลคซีของเรา Norbert Schartel นักวิทยาศาสตร์โครงการ XMM-Newton จากอีซา ขณะนี้ที่เรามีวิธีการใหม่นี้ในการค้นหาว่าที่ดาวเคราะห์ในกาแลคซีแห่งอื่น ความหวังของเราก็คือด้วยการมองหาในข้อมูลรังสีเอกซ์ทั้งหมดที่มีในคลัง เราจะได้พบดวงอื่นๆ อีกมากมาย ในอนาคต เราอาจจะสามารถยืนยันการมีอยู่ของพวกมันได้ด้วย Di Stefano กล่าว

  

แหล่งข่าว esa.int : could this be a planet in another galaxy?
                spaceref.com : Chandra sees evidence for a possible planet in another galaxy
                sciencealert.com : in an astonishing feat, astronomers present evidence of an extra-galactic planet