ดาวเคราะห์ยักษ์รอบคู่ดาวฤกษ์ยักษ์

ภาพจากศิลปินแสดง b Centauri และดาวเคราะห์ของมัน b Centauri b

      นักดาราศาสตร์ได้ถ่ายภาพดาวเคราะห์ยักษ์ดวงหนึ่งที่พบรอบดาวฤกษ์มวลสูงคู่หนึ่ง b Centauri ซึ่งมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ในขณะที่วงโคจรของดาวพฤหัสฯ รอบดวงอาทิตย์นั้นใหญ่กว่าวงโคจรโลกประมาณ 5 เท่า แต่ดาวเคราะห์นี้อยู่ไกลออกไปอีก 100 เท่า โดยโคจรรอบดาวฤกษ์ของมันที่ระยะทางเฉลี่ย 560 เท่าระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์ การค้นพบเผยแพร่ใน Nature วันที่ 9 ธันวาคม ได้ท้าทายแนวคิดของเราเกี่ยวกับการก่อตัวของดาวเคราะห์

     Markus Janson จากมหาวิทยาลัยสต๊อคโฮล์ม สวีเดน และเพื่อนร่วมงานได้พบดาวเคราะห์นี้ในการสำรวจที่ทำในปี 2019 ในฐานะส่วนหนึ่งของโครงการศึกษา BEAST(B-star Exoplanet Abundance Study) โดยใช้เครื่องมือ SPHERE บนกล้องโทรทรรศน์ใหญ่มาก(VLT) ในชิลี การติดตามผลในปี 2021 ได้ยืนยันการมีอยู่ของดาวเคราะห์ แต่สิ่งที่สร้างความประหลาดใจก็คือ การสำรวจงานหนึ่งที่ทำเมื่อสองทศวรรษก่อนหน้าในโครงการอื่น ก็เห็นดาวเคราะห์นี้แล้วแต่ก็คิดว่าไม่ใช่เนื่องจากมันสลัวเกินไป เมื่อรวมการสำรวจก่อนหน้านี้จึงช่วยให้นักวิจัยได้ตามรอยวงโคจรของดาวเคราะห์ และยืนยันว่ามันไม่เพียงแต่เคลื่อนที่ไปกับระบบ b Centauri แต่จริงๆ แล้วมันยังโคจรรอบดาวฤกษ์คู่ที่ใจกลางด้วย

     b Centauri หรือ HIP 71865 อยู่ห่างออกไปราว 325 ปีแสงในกลุ่มดาวคนครึ่งม้า(Centaurus) มันเป็นระบบดาวคู่ ซึ่งมีมวลอย่างน้อย 6 เท่าดวงอาทิตย์ ทำให้มันกลายเป็นระบบที่มีมวลสูงที่สุดที่มีการยืนยันดาวเคราะห์ ก่อนหน้านี้ ไม่เคยมีการค้นพบดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่า 3 เท่าดวงอาทิตย์เลย ดาวมวลสูงก็จะร้อนมากด้วย และระบบนี้ก็ไม่ได้รับการยกเว้น ดาวฤกษ์หลักของมันเป็นดาวชนิด B(B-type) สีฟ้าร้อนจัดซึ่งร้อนกว่าดวงอาทิตย์เกินสามเท่า มันเปล่งรังสีอุลตราไวโอเลตและรังสีเอกซ์รุนแรง ระบบแห่งนี้ยังอายุน้อยเพียง 15 ล้านปี เมื่อเทียบกับดวงอาทิตย์ที่มีอายุ 4.6 พันล้านปีแล้ว

ตำแหน่งของ b Centauri ในกลุ่มดาวคนครึ่งม้า(Centaurus)

     การค้นพบใหม่ได้แสดงว่าในความเป็นจริง ดาวเคราะห์สามารถก่อตัวในระบบดาวที่มีสภาพสาหัสได้ Gayathri Viswanath นักศึกษาปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยสต๊อคโฮล์ม ผู้เขียนร่วม อธิบายว่า ดาวเคราะห์ใน b Centauri นั้นเป็นพิภพต่างด้าวในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิงกับสิ่งที่เราได้พบบนโลกและในระบบสุริยะของเรา มันมีสภาพแวดล้อมที่ทารุณเต็มไปด้วยรังสีรุนแรง ในขณะที่ทุกๆ สิ่งก็เป็นพวกใหญ่ยักษ์ ดาวฤกษ์ก็ใหญ่กว่าและดาวเคราะห์ที่ใหญ่กว่า ระยะทางก็ไกลกว่า

     มวลของดาวเคราะห์ ซึ่งมาจากการตรวจสอบการเรืองความร้อนที่เหลืออยู่หลังจากที่ดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้น ยังไม่สามารถระบุได้ชัดเจน จากความคลาดเคลื่อนในวิวัฒนาการดาวเคราะห์ยักษ์อายุน้อย ก็เป็นไปได้ที่จะมีมวลประมาณ 10.9 เท่าดาวพฤหัสฯ(ช่วงมวล 9.3 ถึง 12.5 ดาวพฤหัสฯ) ใกล้เคียงขอบเขตเส้นแบ่งระหว่างดาวเคราะห์กับดาวฤกษ์แท้ง(failed stars) ที่เรียกว่า ดาวแคระน้ำตาล(brown dwarfs) ทำให้มันกลายเป็นดาวเคราะห์ที่มีมวลสูงที่สุดเท่าที่เคยพบมา

     ดาวเคราะห์ซึ่งมีชื่อว่า b Centauri(AB) b บอกถึงว่ามันโคจรรอบดาวฤกษ์ยักษ์ทั้งสอง นอกจากมวลและวงโคจรซึ่งกว้างที่สุดเท่าที่เคยพบมา เทียบเท่ากับเซดนา(Sedna) ในระบบสุริยะส่วนนอก แต่ดาวเคราะห์นี้มีมวลสูงกว่าวัตถุในแถบไคเปอร์(Kuiper Belt Object) ถึงล้านเท่า ทำให้ต้องกลับมาประเมินลำดับเหตุการณ์การก่อตัวดาวเคราะห์เสียใหม่

     นักดาราศาสตร์คิดว่าดาวเคราะห์เกือบทั้งหมดก่อตัวขึ้นผ่านการสะสมแกนกลาง(core accretion) เริ่มต้นเมื่อฝุ่นให้กำเนิดดาวเคราะห์(protoplanetary disk) ซึ่งประกอบด้วยก๊าซและฝุ่นล้อมรอบดาวฤกษ์ เม็ดฝุ่นเกาะติดเข้าด้วยกันและชนกัน ควบรวมจนมีขนาดพอๆ กับดาวเคราะห์ พวกดวงใหญ่ๆ จะก่อตัวขึ้นเลยจากเส้นหิมะ(snow lines) ของระบบ เมื่อก๊าซเย็นและกลายเป็นน้ำแข็ง ดึงชั้นก๊าซส่วนนอกเข้ามา

ภาพถ่ายระบบดาวคู่มวลสูงที่สุดที่เคยพบดาวเคราะห์มาจนบัดนี้

     แต่ถ้าดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นไกลเกินไป พวกมันก็จะไม่มีก๊าซเหลือให้ดึงเข้ามา โดยเฉพาะอย่างยิ่งรอบๆ ดาวฤกษ์มวลสูง ซึ่งมีการแผ่รังสีที่ร้อนแรงที่สลายก๊าซได้เร็วกว่า รอบๆ ดาวฤกษ์ขนาดเล็ก แต่บางทีก็มีช่องโหว่ เมื่อดิสก์เหล่านั้นสลายจากข้างในออกนอก ดาวเคราะห์ใดๆ ที่อยู่ในวงโคจรที่กว้างที่สุดก็ยังมีเวลาให้เจริญเติบโตอีก เป็นไปได้ที่ดาวเคราะห์นี้จะก่อตัวจากการสะสมแกนกลางแต่เกิดขึ้นใกล้กว่า ก่อนที่ปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงจะผลักมันออกไปข้างนอก แต่วงโคจรที่ค่อนข้างกลมของดาวเคราะห์(eccentricity น้อยกว่า 0.4) ก็มีความเป็นไปได้น้อย

     ทางเลือกที่สามก็คือ ความไร้เสถียรภาพด้านแรงโน้มถ่วง(gravitational instability) ในทางเลือกนี้ การสะสมวัสดุสารเกิดขึ้นเฉพาะส่วนในดิสก์ แม้จะอยู่ไกลจากดาวฤกษ์ก็ยังสามารถยุบตัวกลายเป็นวัตถุได้ ความเข้าใจของเราก็คืออย่างน้อยกระบวนการนี้ก็ดูจะสร้างวัตถุที่มีขนาดใหญ่กว่าได้ เช่น ดาวแคระน้ำตาล หรือกระทั่งดาวฤกษ์

     กุญแจนั้นไม่ได้เกี่ยวข้องกับมวลของวัตถุ แต่กลับเป็นมวลเปรียบเทียบกับดาวฤกษ์แม่ ในกรณีของระบบ b Centauri ดาวเคราะห์กลับมีสัดส่วนมวลพอๆ กับดาวพฤหัสฯ เมื่อเทียบกับดวงอาทิตย์(หนึ่งในหนึ่งพันส่วน) ซึ่งบอกว่าแบบจำลองการสะสมแกนกลางก็ยังเป็นไปได้ ดังนั้น ความไร้เสถียรภาพด้านแรงโน้มถ่วงเองก็มีปัญหา แต่ก็ยังคงเป็นลำดับเหตุการณ์ที่นักวิจัยชื่นชม

     ไม่ว่าดาวเคราะห์ยักษ์ในวงโคจรห่างไกลจะก่อตัวขึ้นรอบดาวฤกษ์มวลสูงได้อย่างไร กระบวนการนี้ก็ดูจะเกิดขึ้นเป็นปกติ การศึกษาดาวฤกษ์มวลสูงก่อนหน้านี้(แม้ว่าจะมีมวลต่ำกว่าดาวในการศึกษาใหม่นี้ก็ตาม) ได้แสดงแนวโน้มว่า ดาวขนาดใหญ่กว่าจะมีดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ขึ้นในวงโคจรที่กว้างมากกว่าด้วย

แบบจำลองอธิบายการก่อตัวดาวเคราะห์ ในสองทางหลัก คือ การสะสมแกนกลาง(core accretion) และความไร้เสถียรภาพแรงโน้มถ่วง(gravitational instability) 

     ผู้เขียนที่พบดาวเคราะห์ที่น่ามหัศจรรย์ดวงใหม่นี้ แม้ว่าจากรายงานเราจะยังไม่สามารถได้ข้อสรุปทั่วไปเกี่ยวกับการก่อตัวดาวเคราะห์และสภาพ(การก่อตัว) ที่ขึ้นอยู่กับมวล เนื่องจากนี่ยังเป็นเพียงการค้นพบงานเดียว Joshua Winn จากพรินซตัน ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการศึกษานี้ เตือนไว้ ข้อสรุปที่หนักแน่นก็ต้องการตัวอย่างดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์มวลสูงกลุ่มใหญ่กว่านี้

      การค้นพบนี้เน้นให้เห็นความหลากหลายของพิภพที่ค้นพบในช่วงไม่กี่ทศวรรษหลังนี้ แม้ในสิ่งที่เรียกว่า ดาวเคราะห์ที่คล้ายดาวพฤหัสฯ(Jovian planets) เราก็ได้รู้จัก “พฤหัสร้อน” ที่โคจรรอบดาวฤกษ์แม่ของพวกมันในเวลาเพียงไม่กี่ชั่วโมง ในขณะที่ b Centauri(AB)b ใช้เวลาหลายพันปีเพื่อโคจรให้ครบรอบ ถ้าเมื่อ 30 ปีก่อนให้เด็กสักคนวาดรูปดาวเคราะห์ ก็คงได้ออกมาไม่กี่แบบ Kratter เขียนไว้ แต่ตอนนี้ ทางเลือกดูจะหลากหลายจนน่าเวียนหัว

หมายเหตุ อย่าสับสนระหว่าง b Centauri กับ Beta Centauri ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ที่สว่างที่สุดเป็นอันดับสองในกลุ่มดาว แม้ว่าพวกมันจะอยู่ไกลออกไปพอๆ กัน(คู่ b Centauri อยู่ไกล 325 ปีแสง ส่วน เบตา เซนทอไร เกือบ 400 ปีแสง) และยังไม่พบดาวเคราะห์นอกระบบรอบ เบตา เซนทอไร

      นอกจากนี้ ก็อย่าสับสนกับระบบอัลฟา เซนทอไร(Alpha Centauri) ซึ่งอยู่ไกลออกไปเพียง 4 ปีแสงโดยประมาณด้วย ซึ่งเราได้พบดาวเคราะห์แล้ว 2 ดวง(Proxima Centauri b และ c) เช่นเดียวกับว่าที่ดาวเคราะห์อีก 2 ดวง(Alpha Centauri Ab และ Alpha Centauri Bc) ซึ่งยังต้องการสำรวจเพื่อยืนยันต่อไป แนวความคิดของปฏิบัติการ TOLIMAN มุ่งเป้าที่จะสำรวจหาดาวเคราะห์ในระบบแห่งนี้

แหล่งข่าว skyandtelescope.com : giant planet imaged around massive stars
                eso.int : ESO telescope images planet around most massive star pair to date
                sciencealert.com : “Alien world” found in giant star system challenges our thinking on planet formation