ดาวเคราะห์น้อยทรอยดวงที่สองของโลก

 

     ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติที่นำโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยอลิคันเต้ และสถาบันวิทยาศาสตร์จักรวาลแห่งมหาวิทยาลัย
บาร์เซโลนา(ICCUB) ได้ยืนยันการมีอยู่ของดาวเคราะห์น้อยทรอย(Trojan asteroid) ของโลกดวงที่สอง 2020 XL₅ หลังจากสำรวจหามาหนึ่งทศวรรษ ผลสรุปจากการศึกษานี้เผยแพร่ในวารสาร Nature Communications

     วัตถุฟากฟ้าทั้งหมดที่วิ่งวนไปรอบๆ ระบบสุริยะของเราจะรับรู้อิทธิพลแรงโน้มถ่วงของวัตถุขนาดใหญ่อื่นๆ ทั้งหมดที่เป็นองค์ประกอบอยู่ รวมทั้งดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์ทั้งหลายด้วย ถ้าเราพิจารณาเฉพาะระบบโลก-ดวงอาทิตย์ กฎแรงโน้มถ่วงของนิวตัน บอกได้ว่า จะมี 5 ตำแหน่งที่แรงทั้งหมดที่กระทำต่อวัตถุที่อยู่ในตำแหน่งดังกล่าว จะอยู่ในสภาพสมดุลซึ่งกันและกัน พื้นที่เหล่านี้ถูกเรียกว่า จุดลากรองจ์(Lagrange points) และเป็นพื้นที่ที่มีเสถียรภาพสูงสุด ดาวเคราะห์น้อยทรอยของโลกเป็นวัตถุขนาดเล็กที่โคจรรอบ L4 หรือ L5 ในระบบดวงอาทิตย์-โลก

จุดลากรองจ์(Lagrange point) ของโลก-ดวงอาทิตย์

     ผลสรุปเหล่านี้ยืนยันว่า 2020 XL₅ เป็นดาวเคราะห์น้อยทรอยของโลกชั่วคราวดวงที่สองที่เคยพบมา และทุกสิ่งก็บ่งชี้ว่ามันจะยังเป็นทรอยที่ L4 นำหน้าโลกในวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ 60 องศา ไปอีก 4 พันปี นี่เองจึงจัดเป็นชั่วคราว(transient) นักวิจัยได้ประเมินขนาดโดยรวมของวัตถุ ว่ามีเส้นผ่าศุนย์กลางราว 1 กิโลเมตร ใหญ่กว่าทรอยดวงแรกของโลกที่พบ 2010 TK₇ ที่ L4 เช่นกัน และมีงานศึกษาที่จะส่งจรวดจากโลกไปยังดาวเคราะห์น้อยนี้

     สำหรับ 2010 TK₇ มีเส้นผ่าศูนย์กลางราว 300 เมตร โคจรรอบ L4 ในวงโคจรรูปร่างคล้ายลูกอ๊อดที่ส่ายไป ซึ่งเรียกว่า การควงส่าย(libration) มันไม่ได้เป็นวงโคจรที่ตายตัว เมื่อมองจากโลกแล้ว มันจะวิ่งไประหว่างจุดที่เข้าใกล้โลกที่ L3 ที่อีกด้านของดวงอาทิตย์เมื่อมองจากโลก แต่ไม่ได้ผ่าน L4 เลย ซึ่งสุดท้ายในอีกราว 15000 ปี ปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงจะผลักมันออกจากวงโคจรปัจจุบันไป ส่วนทรอยใหม่ 2020 XL₅ ก็เช่นกัน มันเองก็ส่ายไปรอบๆ L4 โดยวงโคจรนำมันออกไปไกลเกือบถึงดาวอังคาร และตัดเส้นทางโคจรของดาวศุกร์   

พื้นที่ในระบบสุริยะที่พบดาวเคราะห์น้อย ซึ่งส่วนใหญ่จะอยู่ในแถบดาวเคราะห์หลัก(main asteroid belt) ที่อยู่ระหว่างดาวอังคารและดาวพฤหัสฯ นอกจากนี้ ยังมีดาวเคราะห์น้อยใกล้โลก(Near-Earth asteroid) ซึ่งมีวงโคจรเข้ามาใกล้โลก และดาวเคราะห์น้อยทรอย(Trojan asteroid) ของดาวเคราะห์อื่นๆ อีก

     ในทางทฤษฎีแล้ว น่าจะพบทรอยรอบๆ ดาวเคราะห์ทุกดวงยกเว้นดาวเสาร์ เนื่องจากแรงโน้มถ่วงของดาวพฤหัสฯ จะดึงพวกมันออกไป โดยรวมแล้ว ยักษ์ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะอย่างดาวพฤหัสฯ ก็จะมีทรอยมากที่สุดที่ราวหนึ่งหมื่นดวง นอกจากนี้ ยังพบทรอยรอบอังคาร 9 ดวง, ยูเรนัส 1 ดวง และเนปจูน 32 ดวง แต่ก็ต้องกระทั่งปี 2011 ที่ได้พบดาวเคราะห์น้อยทรอยดวงแรกของโลก นักดาราศาสตร์ได้อธิบายว่าต้องใช้กลยุทธในการสำรวจมากมายเพื่อตรวจจับทรอยใหม่ๆ ของโลก เคยมีความพยายามก่อนหน้านี้มากมายเพื่อค้นหาทรอยของโลก ซึ่งรวมถึงการสำรวจในพื้นที่ เช่น การสำรวจภายในพื้นที่ L4 โดยยาน OSIRIS-Rex ของนาซา หรือการสำรวจในพื้นที่ L5 โดยปฏิบัติการฮายาบูสะ 2(Hayabusa 2) ขององค์กรการสำรวจอวกาศญี่ปุ่น(JAXA) Toni Santana-Ros ผู้เขียนการศึกษานี้ ผู้นำทีมวิจัยนานาชาติ ระบุ เขากล่าวเพิ่มว่า ความพยายามทั้งหมดที่อุทิศให้กับการหาประชากร(ทรอยของโลก) ใหม่ๆ นี้ต้องล้มเหลว

     การประสบความสำเร็จในการสำรวจลักษณะนี้ที่ต่ำ อธิบายได้จากเรขาคณิตของวัตถุที่โคจรในตำแหน่ง L4 หรือ L5 เมื่อมองจากโลก วัตถุเหล่านี้มักจะพบอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ แต่ไม่ได้อยู่ในตำแหน่งพอดี แต่วัตถุจะโคจรไปรอบๆ ลากรองจ์ดังกล่าว ช่วงเวลาที่ยอมให้สำรวจได้มีแค่ระหว่างดาวเคราะห์น้อยขึ้นเหนือขอบฟ้าและดวงอาทิตย์ตกไป จึงมีโอกาสน้อยมากๆ นอกจากนี้ นักดาราศาสตร์เมื่อหันกล้องโทรทรรศน์ไปใกล้ขอบฟ้า ซึ่งสภาวะความสามารถในการมองเห็นจะเลวร้ายที่สุด และต้องรับมือกับแสงอาทิตย์รุนแรงปรากฏในภาพในเวลาเพียงไม่กี่นาทีที่สำรวจ

วงโคจรของดาวเคราะห์น้อยทรอยของโลกดวงที่สอง ที่เพิ่งยืนยัน 2020 XL₅

     เพื่อแก้ปัญหาเหล่านี้ ทีมทำการสำรวจด้วยกล้องโทรทรรศน์ขนาด 4 เมตรซึ่งน่าจะสามารถสำรวจภายใต้สภาวะเหล่านี้ และสุดท้ายก็ได้ข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์ดิสคัฟเวอรี่โลเวลล์ ขนาด 4.3 เมตรในอริโซนา สหรัฐฯ และกล้องโทรทรรศน์ SOAR ขนาด 4.1 เมตรใน เซร์โร ปาโชน ชิลี ซึ่งดำเนินงานโดย NOIRLab มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ

     การค้นพบดาวเคราะห์น้อยทรอยของโลก เป็นเรื่องที่สำคัญอย่างมากเนื่องจากพวกมันอาจเก็บงำบันทึกโบราณเกี่ยวกับสภาวะช่วงต้นในการก่อตัวระบบสุริยะ เนื่องจากทรอยดั่งเดิมจะโคจรร่วมกับดาวเคราะห์มาตั้งแต่ที่มันก่อตัวขึ้น และจึงช่วยตีวงข้อจำกัดวิวัฒนาการพลวัตระบบสุริยะได้

     ข้อมูลจาก SOAR ได้ช่วยให้นักวิจัยได้ทำการวิเคราะห์ตรวจสอบปริมาณแสงของวัตถุ ซึ่งเผยให้เห็นว่า 2020 XL₅ น่าจะเป็นดาวเคราะห์น้อยชนิดซี(C-type asteroid) หรือดาวเคราะห์น้อยชนิดคาร์บอนนาเชียส(carbonaceous) มีสีที่ดำมืดเนื่องจากอุดมไปด้วยคาร์บอน และยังพบได้มากที่สุดในระบบสุริยะ คือมากกว่า 75% ของดาวเคราะห์น้อยทั้งหมดในระบบสุริยะน่าจะเป็นคาร์บอนนาเชียส และยังเป็นวัตถุกลุ่มที่เก่าแก่ที่สุดในระบบสุริยะ โดยมีองค์ประกอบคล้ายกับดวงอาทิตย์ด้วย

วงโคจรของดาวเคราะห์น้อยทรอยของโลกดวงแรก 2010 TK₇

     นอกจากนี้ ทรอยของโลกยังเป็นเป้าหมายที่ดีเยี่ยมสำหรับปฏิบัติการอวกาศในอนาคตด้วย เนื่องจาก L4 นั้นอยู่ในวงโคจรร่วมกับโลก จึงใช้ความเร็วเข้าหาที่ต่ำ นี่บอกว่ายานก็จะใช้เชื้อเพลิงไม่มากเพื่อที่จะรักษาวงโคจรร่วม เพื่อรักษาระยะทางให้คงที่ อาจจะมีค่าใช้จ่ายน้อยกว่าไปดวงจันทร์ด้วยซ้ำ ทรอยของโลกจึงน่าจะเป็นฐานที่ดีเยี่ยมในการสำรวจระบบสุริยะที่สูงขึ้นไป พวกมันอาจจะเป็นกระทั่งแหล่งทรัพยากรด้วย Santana-Ros กล่าวสรุป การค้นพบทรอยของโลกให้มากขึ้นจะช่วยขยายความรู้เกี่ยวกับพลวัตวัตถุที่ยังไม่พบเหล่านี้ และจะให้ความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับกลไกที่ทำให้พวกมันเป็นทรอยชั่วคราว

     ไม่ว่าเราจะได้ไปสำรวจทรอยของโลกหรือไม่ แต่นาซาก็เพิ่งส่งปฏิบัติการดาวเคราะห์น้อย Lucy ในปี 2021 เพื่อไปศึกษาทรอยของดาวพฤหัสฯ และการศึกษาพวกมันก็ช่วยเราให้เข้าใจในแบบกว้างๆ ได้

แหล่งข่าว phys.org : team confirms existence of new Earth Trojan asteroid
                sciencealert.com : it’s official! A new Trojan asteroid has been discovered sharing Earth’s orbit  
                space.com : Earth has an extra companion, a Trojan asteroid that will hang around for 4000 years

จากมินิเนปจูนกลายสภาพเป็นซุปเปอร์เอิร์ธ

 

     นักดาราศาสตร์ได้จำแนกกรณีดาวเคราะห์ “มินิเนปจูน” ที่แตกต่างกัน 2 กรณี ซึ่งกำลังสูญเสียชั้นบรรยากาศพองฟูของพวกมันออกไป และน่าจะแปรสภาพเป็นดาวเคราะห์ “ซุปเปอร์เอิร์ธ” การแผ่รังสีจากดาวฤกษ์แม่ของดาวเคราะห์กำลังฉีกชั้นบรรยากาศของพวกมันออก ผลักดันให้ก๊าซร้อนหนีออกมาราวกับเป็นไอน้ำจากหม้อต้มน้ำเดือดพล่าน การค้นพบนี้เผยแพร่เป็นรายงานสองฉบับใน Astronomical Journal ช่วยเติมแต่งภาพที่ว่าพิภพที่น่าพิสวงเหล่านั้นก่อตัวและพัฒนาตัวอย่างไร

     มินิเนปจูน(mini-Neptune) เป็นดาวเคราะห์นอกระบบ(exoplanet) ซึ่งเป็นดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์อื่นนอกระบบสุริยะของเรา พิภพเหล่านี้เป็นเนปจูนในแบบที่มีขนาดเล็กกว่า, หนาแน่นสูงกว่า ประกอบด้วยแกนกลางที่เป็นหินขนาดใหญ่ ล้อมรอบด้วยชั้นก๊าซหนาทึบ ในการศึกษาใหม่ ทีมนักาดราศาสตร์ที่นำโดยสถาบันเทคโนดลจีแห่งคาลิฟอร์เนีย ได้ใช้หอสังเกตการณ์เคก บนยอดเมานาคี ฮาวาย เพื่อศึกษาหนึ่งในสองมินิเนปจูนในระบบดาวเคราะห์ที่เรียกว่า TOI 560 ซึ่งอยู่ห่างออกไป 103 ปีแสง และพวกเขาใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลเพื่อตรวจสอบมินิเนปจูนอีก 2 ดวงที่โคจรรอบ HD 63433 ซึ่งอยู่ห่างออกไป 73 ปีแสง

ดาวเคราะห์นอกระบบชนิดต่างๆ แบ่งตามขนาด ในระบบสุริยะของเราจะไม่มีดาวเคราะห์ชนิด ซุปเปอร์เอิร์ธ ซึ่งเป็นพิภพหินขนาดใหญ่กว่าโลก และมินิเนปจูนซึ่งเป็นพิภพก๊าซที่มีขนาดเล็กกว่าเนปจูน 

     ผลสรุปได้แสดงว่าก๊าซในชั้นบรรยากาศกำลังหนีออกจากมินิเนปจูนวงในสุดในระบบ TOI 560 ที่เรียกว่า TOI 560.01 และจาก HD 63433c มินิเนปจูนวงนอกสุดในระบบ HD 63433 สิ่งนี้บอกว่าพวกมันน่าจะกำลังเปลี่ยนเป็นซุปเปอร์เอิร์ธ(super-Earth) ซึ่งเป็นพิภพหินที่มีขนาดได้ถึงเกือบสองเท่ารัศมีโลก นักดาราศาสตร์เกือบทุกคนสงสัยว่า มินิเนปจูนขนาดเล็กจะต้องมีชั้นบรรยากาศที่กำลังระเหยไป Michael Zhang ผู้เขียนนำในรายงานทั้งสองฉบับ นักศึกษาที่คาลเทค กล่าว แต่ไม่มีใครเคยพบกระบวนการนี้แบบคาหนังคาเขาจนกระทั่งบัดนี้

     การศึกษายังพบว่า ก๊าซรอบๆ TOI 560.01 กำลังหนีเข้าสู่ดาวฤกษ์แม่ของมันซึ่งเป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจ Heather Knutson ศาสตาจารย์ด้านวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ อาจารย์ที่ปรึกษาของ Zhang และผู้เขียนร่วมการศึกษา กล่าวว่า นี่เป็นเรื่องที่ไม่คาดถึงเมื่อแบบจำลองเกือบทั้งหมดได้ทำนายว่าก๊าซน่าจะไหลออกห่างจากดาวฤกษ์ เรายังต้องเรียนรู้อีกมากว่าการไหลออกเหล่านี้เกิดได้อย่างไร

     นับตั้งแต่การค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบดวงแรกรอบดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ ถูกพบในกลางทศวรรษ 1990 ก็มีการค้นพบดาวเคราะห์อีกหลายพันดวง หลายๆ ดวงในนี้โคจรรอบดาวฤกษ์แม่ในระยะใกล้ และพิภพหินที่มีขนาดเล็กก็มักจะแบ่งได้เป็น 2 กลุ่มคือ มินิเนปจูน และซุปเปอร์เอิร์ธ ดาวเคราะห์ชนิดเหล่านี้ไม่พบในระบบของเรา โดยซุปเปอร์เอิร์ธอาจมีขนาดใหญ่ได้ถึง 1.6 เท่าโลก(หรืออาจจะถึง 1.75 เท่าโลก) ในขณะที่มินิเนปจูนจะอยู่ระหว่างสองถึงสี่เท่ารัศมีโลก แต่กลับมีการค้นพบดาวเคราะห์ไม่กี่ดวงที่มีขนาดอยู่ระหว่างกลาง ราว 1.75 ถึง 2 เท่ารัศมีโลก(เรียกว่า ช่องว่างมวลฟูลตัน; Fulton gap) ของทั้งสองกลุ่มนี้

Fulton Gap

      คำอธิบายที่เป็นไปได้สำหรับช่องว่างขนาด ก็คือ มินิเนปจูนกำลังแปรสภาพเป็นซุปเปอร์เอิร์ธ มินิเนปจูนนั้นในทางทฤษฎีเป็นรังของชั้นบรรยากาศที่ประกอบด้วยไฮโดรเจนและฮีเลียมเกือบทั้งหมด ไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นสิ่งที่เหลืออยู่จากการก่อตัวดาวฤกษ์แม่ซึ่งก่อตัวขึ้นจากเมฆก๊าซ ถ้ามินิเนปจูนมีขนาดเล็กพอและอยู่ใกล้ดาวฤกษ์มากพอ การแผ่รังสีอุลตราไวโฮเลตและรังสีเอกซ์ที่รุนแรงจากดาวฤกษ์แม่ก็สามารถฉีกชั้นบรรยากาศของมันออกไปได้ในเวลาเพียงไม่กี่ร้อยล้านปี ซึ่งนี่น่าจะเหลือทิ้งไว้แค่แกนหินซึ่งเป็นซุปเปอร์เอิร์ธที่มีรัศมีเล็กลงมา ซึ่งโดยทางทฤษฎีแล้ว ก็น่าจะยังรักษาชั้นบรรยากาศบางๆ คล้ายกับพบรอบดาวเคราะห์ของเราได้

     ดาวเคราะห์ในช่องว่างขนาดน่าจะมีชั้นบรรยากาศเพียงพอที่จะพองตัวออก ทำให้มันได้รับการแผ่รังสีจากดาวฤกษ์แม่มากขึ้น และก็เกิดการสูญเสียมวลอย่างรวดเร็ว Zhang กล่าว แต่ชั้นบรรยากาศก็ยังเบาบางพอที่จะหายไปอย่างรวดเร็ว นี่เป็นเหตุผลว่า เพราะเหตุใดดาวเคราะห์จึงไม่ได้อยู่ในช่องว่าง(มวล) นี้นานนัก

       แต่นักดาราศาสตร์ก็บอกว่ายังมีลำดับเหตุการณ์อื่นๆ ก็น่าจะอธิบายช่องว่างมวล ยกตัวอย่างเช่น ดาวเคราะห์หินขนาดเล็กกว่าอาจจะไม่เคยรวบรวมชั้นก๊าซห่อหุ้มได้เลยตั้งแต่แรก และมินิเนปจูนก็น่าจะเป็นพิภพน้ำและไม่ได้ถูกห่อหุ้มด้วยก๊าซไฮโดรเจน การค้นพบมินิเนปจูนสองดวงล่าสุด ซึ่งมีชั้นบรรยากาศหนีออกมา ได้กลายเป็นหลักฐานโดยตรงครั้งแรกที่สนับสนุนทฤษฎีว่ามินิเนปจูนกำลังเปลี่ยนเป็นซุปเปอร์เอิร์ธ

ภาพจากศิลปินแสดงมินิเนปจูน TOI 560.01 ซึ่งอยู่ห่างออกไป 103 ปีแสงในกลุ่มดาวไฮดรา(Hydra) นักดาราศาสตร์ได้พบว่าดาวเคราะห์หินกำลังสูญเสียชั้นบรรยากาศที่บวมพองของมันออกไป และก๊าซนี้กลับไหลเข้าหาดาวฤกษ์อย่างไม่คาดคิด    

      นักดาราศาสตร์สามารถตรวจจับชั้นบรรยากาศที่หนีออกมาโดยการเฝ้าดูมินิเนปจูนผ่านหน้า(transit) ดาวฤกษ์แม่ของพวกมัน เราไม่สามารถมองเห็นดาวเคราะห์ได้โดยตรงแต่เมื่อพวกมันผ่านหน้าดาวฤกษ์แม่ เมื่อมองจากโลก กล้องโทรทรรศน์จะมองเห็นการดูดกลืนแสงดาวฤกษ์ โดยอะตอมในชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์ ในกรณีของมินิเนปจูน TOI 560.01 นักวิจัยพบสัญญาณของฮีเลียม สำหรับระบบ HD 63433 ทีมได้พบสัญญาณของไฮโดรเจนในดาวเคราะห์วงนอกสุด(ดาวเคราะห์ c) แต่ไม่พบในดาวเคราะห์วงในกว่า(ดาวเคราะห์ b) ดาวเคราะห์วงในอาจจะสูญเสียชั้นบรรยากาศของมันไปเรียบร้อยแล้ว Zhang อธิบาย

      ความเร็วของก๊าซยังให้หลักฐานว่าชั้นบรรยากาศกำลังหนีออกมา ฮีเลียมที่พบรอบ TOI 560.01 กำลังเคลื่อนที่เร็วถึง 20 กิโลเมตรต่อวินาที ในขณะที่ไฮโดรเจนที่พบรอบ HD 63433c กำลังเคลื่อนที่เร็ว 50 กิโลเมตรต่อวินาที แรงโน้มถ่วงของมินิเนปจูนเหล่านี้ไม่ได้รุนแรงพอที่จะดึงก๊าซที่เคลื่อนที่เร็วเช่นนี้ได้ ขนาดของการไหลออกรอบดาวเคราะห์ก็ยังบ่งชี้ถึงชั้นบรรยากาศที่หนีออกมา โดยโคคูน(cocoon) ก๊าซรอบ TOI 560.01 มีขนาดอย่างน้อย 3.5 เท่ารัศมีดาวเคราะห์ และโคคูนรอบ HD 63433c มีขนาดอย่างน้อย 12 เท่ารัศมีดาวเคราะห์

     การสำรวจยังเผยให้เห็นว่าก๊าซที่ไหลออกจาก TOI 560.01 กำลังไหลเข้าหาดาวฤกษ์ การสำรวจมินิเนปจูนอื่นๆ ในอนาคตน่าจะเผยให้เห็นว่า TOI 560.01 เป็นตัวประหลาด หรือการไหลออกของชั้นบรรยากาศเข้าหาดาวฤกษ์เป็นเรื่องปกติ ในฐานะนักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์นอกระบบ เราได้เรียนรู้ที่จะพบในสิ่งที่ไม่คาดคิด Knutson กล่าว พิภพที่น่าพิศวงเหล่านี้กำลังสร้างความประหลาดใจให้เราอย่างต่อเนื่อง ด้วยฟิสิกส์ใหม่ๆ ที่อยู่นอกเหนือจากสิ่งที่เราได้สำรวจพบในระบบของเรา

 

แหล่งข่าว hubblesite.org : puffy planets lose atmospheres, become super-Earths
                skyandtelescope.com : astronomers watch the making of a super-Earth   

ดาวนิวตรอนพันธุ์ใหม่

 

     นักดาราศาสตร์ได้พบวัตถุกระพริบแสงปริศนาในกาแลคซีทางช้างเผือกของเรา ซึ่งปลดปล่อยพลังงานออกมาทางโลกสามครั้งต่อชั่วโมง วัตถุประหลาดที่ทรงพลังดวงนี้ซึ่งอยู่ห่างออกไปราว 4000 ปีแสงจากดวงอาทิตย์ ไม่เหมือนกับโครงสร้างใดๆ ที่เคยสำรวจพบมา

     วัตถุปริศนาซึ่งมีชื่อสั้นๆ ว่า GLEAM ปรากฏขึ้นมาอย่างปัจจุบันทันด่วนในการสำรวจทางช้างเผือกในช่วงคลื่นวิทยุเมื่อเร็วๆ นี้ นักวิจัยบอกว่า GLEAM สว่างขึ้นรวดเร็วในช่วงเวลาราว 60 วินาที และกลายเป็นหนึ่งในวัตถุที่สว่างที่สุดบนท้องฟ้าเป็นเวลาสั้นๆ จากนั้นก็หายไปสู่ความมืดอีกครั้งในทันที และในอีก 20 นาทีต่อมา มันก็ปรากฏขึ้นอีก สว่างเพิ่มขึ้นจนถึงความสว่างสูงสุดและมืดลงในอีก 1 นาทีต่อมา

ทางช้างเผือกเมื่อมองจากโลก รูปดาวแสดงตำแหน่งของวัตถุปริศนาที่ปรากฏชั่วคราวแบบซ้ำๆ

     วัตถุลักษณะเช่นนี้ ซึ่งปรากฏตัวและหายตัวไปต่อหน้าต่อตา(กล้องโทรทรรศน์) รู้จักในชื่อว่า transient โดยปกติ วัตถุชั่วคราวเหล่านี้อาจจะเป็นดาวที่ตายแล้ว, ซุปเปอร์โนวา หรือเป็นซากดาวประหลาดที่หมุนรอบตัวเร็วมาก ที่เรียกว่า ดาวนิวตรอน อย่างไรก็ตาม ไม่มีคำอธิบายมาตรฐานข้างต้นอันใดเลยที่สอดคล้องกับพฤติกรรมของ GLEAM เป็นไปได้ว่า GLEAM เป็นหลักฐานของวัตถุฟากฟ้าชนิดใหม่เอี่ยมที่ไม่เคยแม้แต่มีคำทำนายถึงมาก่อนจนถึงบัดนี้

     วัตถุนี้ปรากฏขึ้นมาแล้วก็หายไปในเวลาเพียงไม่กี่ชั่วโมงในระหว่างการสำรวจของเรา ซึ่งเป็นเรื่องที่คาดไม่ถึงโดยสิ้นเชิง Natasha Hurley-Walker ผู้เขียนนำการศึกษา นักดาราศาสตร์วิทยุที่มหาวิทยาลัยเคอร์ติน ในเบนท์ลีย์ ออสเตรเลีย กล่าวในแถลงการณ์ มันโผล่มาหลอกนักดาราศาสตร์เลย เนื่องจากไม่มีใครคิดว่าจะมีวัตถุอย่างนี้อยู่

     ทรานเซียนส์มักจะแบ่งได้เป็น 2 กลุ่ม คือ กลุ่มที่โผล่มาและหายไปอย่างช้าๆ(slow transients) เป็นเวลาหลายวัน จากนั้นก็หายไปในเวลาไม่กี่เดือน นี่รวมถึงซุปเปอร์โนวาซึ่งเป็นการระเบิดที่สว่างจ้าเมื่อดาวที่ตายลงได้สาดชั้นบรรยากาศส่วนนอกออกมาในการระเบิดที่รุนแรง จากนั้นก็ค่อยๆ มืดลงเมื่อซากที่เหลือมีอุณหภูมิเย็นลงเรื่อยๆ และยังมีกลุ่ม fast transients ซึ่งโผล่มาและหายไปในเวลาเพียงเสี้ยววินาที ซึ่งรวมถึงวัตถุอย่างพัลซาร์(pulsars) ซึ่งเป็นดาวนิวตรอนที่หมุนรอบตัวเร็วมากในขณะที่เปล่งคลื่นวิทยุสว่างออกมาซึ่งสร้างโดยสนามแม่เหล็กของดาว

ภาพจากศิลปินแสดงว่าวัตถุนี้น่าจะมีสภาพอย่างไรถ้ามันเป็นมักนีตาร์ มักนีตาร์(magnetar) เป็นดาวนิวตรอนซึ่งมีสนามแม่เหล็กที่รุนแรงมาก บางส่วนก็เปล่งคลื่นวิทยุออกมา มักนีตาร์ที่พบจะหมุนรอบตัวในเวลาไม่กี่วินาที แต่ในทางทฤษฎีก็ยังมีมักนีตาร์คาบยาวมาก ซึ่งน่าจะหมุนรอบตัวช้ากว่านั้นมาก

     ผู้เขียนในการศึกษาใหม่กำลังมองหาเหตุการณ์ชั่วคราวลักษณะเหล่านั้นโดยใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุเครือข่ายพื้นที่กว้างเมอร์ชิสัน(MWA) ในพื้นที่ห่างไกลของออสเตรเลีย เมื่อพวกเขาได้พบ GLEAM การเปิด-ปิดเกิดขึ้นเร็วกว่าเกินกว่าจะเป็นซุปเปอร์โนวา และช้าเกินกว่าจะเป็นพัลซาร์ รูปแบบการสว่างขึ้นนาน 1 นาทีของ GLEAM ได้ท้าทายคำอธิบายทั้งปวง การวิเคราะห์วัตถุนี้ได้แสดงว่ามันสว่างอย่างไม่น่าเชื่อแต่ก็มีความเล็กกว่าดวงอาทิตย์ การเปล่งคลื่นวิทยุของมันยังมีโพลาไรซ์(polarized; คลื่นแสงสั่นในระนาบเดียว) อย่างรุนแรง ซึ่งบอกว่าถูกสร้างขึ้นโดยสนามแม่เหล็กที่ทรงพลังอย่างสุดขั้ว

     คุณลักษณะเหล่านี้สอดคล้องกับวัตถุทางทฤษฎีชนิดหนึ่งที่เรียกว่า ดาวแม่เหล็กคาบยาวมาก(ultra-long period magnetar) ซึ่งเป็นดาวนิวตรอนที่มีความเป็นแม่เหล็กสูง ซึ่งหมุนรอบตัวช้ามากๆ ในขณะที่มีการทำนายการมีอยู่ แต่ก็ไม่เคยสำรวจพบวัตถุชนิดที่หายากนี้ได้มาก่อน Hurley-Walker กล่าวว่า ไม่มีใครคิดว่าจะได้พบวัตถุแบบนี้โดยตรง เนื่องจากเราไม่คาดคิดว่าพวกมันจะสว่างมาก บางที การเปลี่ยนพลังงานแม่เหล็กให้กลายเป็นคลื่นวิทยุของมัน เกิดขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าที่เราเคยได้เห็นมา

     แต่ก็ยังอาจมีคำอธิบายอื่นสำหรับ GLEAM อยู่เช่นกัน นักวิจัยกล่าวเสริม มันอาจจะเป็นดาวแคระขาว(white dwarf; เถ้าถ่านของดาวซึ่งมีมวลไม่สูงพอที่จะยุบตัวกลายเป็นดาวนิวตรอน) ชนิดที่พบได้ยาก ซึ่งนานมากๆ จึงจะเปล่งคลื่นวิทยุออกมาจากการดึงวัสดุสารจากดาวข้างเคียงในระบบคู่ ดาวลักษณะนี้อาจจะสร้างจังหวะอย่างที่พบใน GLEAM ได้ ถ้ามันหมุนรอบตัวด้วยความเร็วที่เหมาะสม ทีมกล่าว

Murchison Wide Array กลุ่ม 107 เป็นหนึ่งในกลุ่มทั้ง 256 กลุ่ม อยู่ห่าง 1.5 กิโลเมตรจากแกนกลางเครือข่าย

      ยังคงต้องการการศึกษาในช่วงความยาวคลื่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอื่นๆ เพื่อไขปริศนานี้ ขณะนี้ที่เมื่อตรวจจับ GLEAM แล้ว นักวิจัยก็ได้ขุดการสำรวจในคลังจาก MWA เพื่อดูว่ายังมีวัตถุคล้ายๆ กันปรากฏอีกหรือไม่ การศึกษาเผยแพร่ในวารสาร Nature วันที่ 26 มกราคม

แหล่งข่าว space.com : astronomers detect powerful cosmic object unlike anything they’ve seen
 before
                sciencedaily.com : mysterious object unlike anything astronomers have seen before  

Proxima d: ดาวเคราะห์ดวงใหม่ในระบบที่ใกล้ที่สุด

 

ภาพจากศิลปินแสดง Proxima d ดาวเคราะห์ดวงใหม่ที่พบรอบดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด Proxima Centauri ด้วยมวลขั้นต่ำหนึ่งในสี่ของโลก มันน่าจะเป็นหิน 

    ทีมนักดาราศาสตร์ที่ใช้กล้องโทรทรรศน์ใหญ่มาก(VLT) ของหอสังเกตการณ์ทางใต้ของยุโรป(ESO) ในชิลี ได้พบหลักฐานดาวเคราะห์อีกดวงที่โคจรรอบพรอกซิมา เซนทอไร(Proxima Centauri) ดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ระบบสุริยะของเรามากที่สุด ว่าที่ดาวเคราะห์ดวงนี้เป็นดวงที่สามที่พบในระบบแห่งนี้ และเป็นดวงที่เบาที่สุดเท่าที่เคยพบรอบดาวฤกษ์นี้ ด้วยมวลเพียงหนึ่งในสี่ของโลก ดาวเคราะห์นี้จึงเป็นหนึ่งในดาวเคราะห์นอกระบบที่เบาที่สุดเท่าที่เคยพบด้วย

     Joao Faria นักวิจัยที่สถาบันดาราศาสตร์ฟิสิกส์และวิทยาศาสตร์อวกาศ(IA) มหาวิทยาลัยปอร์ตู ในปอร์ตุเกส และผู้เขียนนำการศึกษาซึ่งเผยแพร่ออนไลน์วันที่ 10 กุมภาพันธ์ใน Astronomy & Astrophysics กล่าวว่า การค้นพบนี้แสดงว่าดาวเพื่อนบ้านที่อยู่ใกล้เรามากที่สุด ดูเหมือนจะแออัดไปด้วยพิภพใหม่ๆ ที่น่าสนใจ ซึ่งอยู่ในวิสัยที่จะทำการศึกษาและค้นพบต่อๆ ไปในอนาคต พรอกซิมา เซนทอไร เป็นดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด อยู่ห่างออกไปเพียง 4.2 ปีแสงเท่านั้น

     ดาวเคราะห์ที่เพิ่งพบใหม่ มีชื่อว่า Proxima d โคจรรอบ พรอกซิมา เซนทอไร ที่ระยะทางประมาณ 4 ล้านกิโลเมตร ไม่ถึงหนึ่งในสิบระยะทางโคจรของดาวพุธรอบดวงอาทิตย์ มันโคจรอยู่ระหว่างดาวฤกษ์กับเขตเอื้ออาศัยได้(habitable zone) ซึ่งเป็นพื้นที่รอบดาวฤกษ์ดวงหนึ่งๆ ที่จะมีน้ำของเหลวอยู่บนพื้นผิวดาวเคราะห์ได้ และใช้เวลาเพียง 5 วันเพื่อโคจรครบรอบดาวฤกษ์ พรอกซิมา เซนทอไร

ภาพมุมกว้างแสดงระบบดาว อัลฟา เซนทอไร ซึ่งเป็นระบบไตรดารา(triple system) ประกอบด้วย ดาวฤกษ์คู่ Alpha Centauri A B ซึ่งมีมวลใกล้เคียงกับดวงอาทิตย์ และดาวฤกษ์ชนิดแคระแดง Alpha Centauri C หรือ Proxima Centauri ซึ่งโคจรรอบดาวคู่ห่างออกมา พรอกซิมา เซน อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ มากกว่า Alpha Cen AB ด้วยระยะทาง 4.24 ปีแสง(Alpha Centauri AB 4.37 ปีแสง)   

      เป็นที่ทราบกันแล้วว่ารอบดาวฤกษ์นี้ มีดาวเคราะห์อีก 2 ดวงคือ Proxima b ซึ่งเป็นดาวเคราะห์ที่มีมวลใกล้เคียงกับโลก และโคจรรอบดาวฤกษ์ทุกๆ 11 วัน ในเขตเอื้ออาศัยได้ และว่าที่ดาวเคราะห์ Proxima c มวลอย่างน้อย 6 เท่าโลกซึ่งอยู่ในวงโคจร 5 ปีรอบดาวฤกษ์แม่

     Proxima b ถูกพบในปี 2016 โดยใช้เครื่องมือ HARPS บนกล้องโทรทรรศน์ขนาด 3.6 เมตรของ ESO การค้นพบได้รับการยืนยันในปี 2020 เมื่อนักวิทยาศาสตร์สำรวจระบบพรอกซิมา เซน ด้วย ESPRESSO เครื่องมือใหม่บน VLT ซึ่งมีความแม่นยำสูงกว่า และการสำรวจติดตามผลจาก VLT เมื่อเร็วๆ นี้ที่นักดาราศาสตร์ได้พบร่องรอยแรกแสดงสัญญาณวัตถุที่มีวงโคจร 5 วัน เนื่องจากสัญญาณนี้อ่อนมากๆ ทีมจึงต้องทำการสำรวจติดตามผลด้วย ESPRESSO เพื่อยืนยันว่าเกิดขึ้นเนื่องจากดาวเคราะห์จริงๆ และไม่ได้เป็นผลจากความแปรผันในตัวดาวฤกษ์เอง

      หลังจากทำการสำรวจใหม่ๆ เราก็สามารถยืนยันว่าสัญญาณนี้เป็นว่าที่ดาวเคราะห์ดวงใหม่ Faria กล่าว ผมตื่นเต้นจากความท้าทายที่ตรวจจับสัญญาณขนาดเล็กอย่างนี้ได้ และเมื่อทำได้ ก็ได้พบดาวเคราะห์นอกระบบอีกดวงที่อยู่ใกล้โลกอย่างมาก Faria และเพื่อนร่วมงานบอกว่า Proxima d น่าจะร้อนเกินกว่าจะมีชีวิตอยู่บนพื้นผิวได้ ถ้าดาวเคราะห์มีจริง

ภาพจากศิลปินแสดงภาพ Proxima d ในระยะใกล้ เชื่อว่าดาวเคราะห์เป็นหินและมีมวลอย่างน้อยหนึ่งในสี่ของโลก ในภาพยังเห็นดาวเคราะห์สองดวงที่พบก่อนหน้านี้ในระบบพรอกซิมา เซนทอไร ด้วย Proxima b เป็นดาวเคราะห์ซึ่งมีมวลใกล้เคียงกับโลกโคจรรอบดาวฤกษ์ด้วยคาบ 11 วันในเขตเอื้ออาศัยได้ และว่าที่ดาวเคราะห์ Proxima c อยู่ในวงโคจร 5.2 ปี

     ด้วยมวลเพียงหนึ่งในสี่มวลโลก Proxima d เป็นดาวเคราะห์ที่เบาที่สุดเท่าที่เคยตรวจสอบโดยใช้เทคนิคความเร็วแนวสายตา(radial velocity) แซงดาวเคราะห์นอกระบบดวงหนึ่งที่เพิ่งพบในระบบดาวเคราะห์ L98-59 เทคนิคนี้เก็บเกี่ยวการส่าย(wobble) เล็กจิ๋วในการเคลื่อนที่ของดาวฤกษ์ซึ่งเกิดขึ้นจากแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ในวงโคจร ผลจากแรงโน้มถ่วงของ Proxima d นั้นน้อยมากๆ จนมันเป็นสาเหตุให้ พรอกซิมา เซนทอไร ขยับขึ้นหน้าและถอยหลังราว 40 เซนติเมตรต่อวินาที(1.44 กิโลเมตรต่อชั่วโมง) เมื่อเทียบกับ 51 Pegasi b ดาวเคราะห์ชนิดพฤหัสร้อน(hot Jupiter) ซึ่งโคจรรอบดาวฤกษ์ครบรอบทุก 4 วัน ทำให้ดาวฤกษ์แม่เกิดการส่ายได้ถึง 70 เมตรต่อวินาที  

      ความสำเร็จนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งยวด Pedro Figueira นักวิทยาศาสตร์เครื่องมือ ESPRESSO ที่ ESO ในชิลี กล่าว มันได้แสดงว่าเทคนิคความเร็วแนวสายตานั้นมีศักยภาพในการเผยตัวตนประชากรดาวเคราะห์เบาอย่างดาวเคราะห์ของเราเอง ซึ่งคาดกันว่าจะพบได้มากที่สุดในกาแลคซีทางช้างเผือก และอาจจะมีชีวิตแบบที่เรารู้จักอาศัยอยู่ Faria กล่าวเสริมว่า ผลสรุปนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่า ESPRESSO นั้นมีความสามารถจะสร้างความประหลาดใจให้แก่เราว่ามันจะพบอะไรในอนาคต

     ESPRESSO ใช้แสงที่มาจากกล้องโทรทรรศน์หน่วยทั้งสี่ของ VLT ซึ่งแต่ละตัวมีขนาด 8.2 เมตร เพื่อแยกออกเป็นสเปคตรัม ผลที่ได้จะมีความละเอียดที่สูงมาก ซึ่งนอกเหนือจากจะตรวจจับการขยับในเส้นสเปคตรัมเมื่อดาวฤกษ์ส่ายเข้าและออกจากโลก สเปคโตรกราฟยังตรวจจับเส้นเปล่งคลื่นซึ่งบ่งชี้ถึงกิจกรรมของดาวฤกษ์ ในช่วงเวลาที่มีสัญญาณจากว่าที่ดาวเคราะห์ ก็ไม่มีข้อบ่งชี้ถึงกิจกรรมใดๆ บนดาวฤกษ์นี้

วงโคจรของดาวเคราะห์ต่างๆ ในระบบพรอกซิมา เซนทอไร credit: wikipedia.org 

     เนื่องจากมันเป็นวัตถุที่สำคัญ(ดาวเคราะห์โคจรรอบดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ที่สุด) Guilem Anglada-Escude จากสถาบันวิทยาศาสตร์อวกาศ สเปน ซึ่งนำทีมค้นพบ Proxima b แต่ผมอยากให้ดูว่าการมีดาวเคราะห์แบบนี้ไม่ใช่เรื่องที่อัศจรรย์ แต่การค้นพบที่สวยงาม  

     เนื่องจากเราไม่ทราบมุมที่มันกำลังโคจรรอบพรอกซิมา เซน ทีมของ Faria จึงได้แค่ประเมิน “มวลขั้นต่ำสุด” ของดาวเคราะห์ ที่อย่างน้อยหนึ่งในสี่มวลโลกหรือราวสองเท่ามวลดาวอังคาร ในขณะที่พรอกซิมา เซน ก็ไม่เหมือนกับดวงอาทิตย์ มันเป็นดาวฤกษ์แคระแดงสลัวที่สว่างเพียง 0.2% ของดวงอาทิตย์ ดังนั้นดาวเคราะห์ใหม่จึงไม่ได้ร้อนเกรียมเหมือนกับดาวพุธ อย่างไรก็ตาม แม้ว่าเราจะสันนิษฐานว่ามันเป็นก้อนหินสูญญากาศ ซึ่งไม่มีชั้นบรรยากาศเพื่อเก็บกักความร้อน มันก็น่าจะมีอุณหภูมิสมดุลที่ 365 เคลวิน หรือ 92 องศาเซลเซียส ใกล้เคียงกับจุดเดือดของน้ำ

     แล้วสำหรับ Proxima c ล่ะ ซึ่งยังเป็นว่าที่ดาวเคราะห์แม้ว่าจะถูกพบเป็นดวงที่สอง ก็เพราะมันอยู่ห่างจากพรอกซิมา เซน ออกมา และใช้เวลา 5 ปีกว่าเพื่อโคจรครบรอบ ข้อมูลจาก ESPRESSO ที่รวบรวมได้ครอบคลุมเพียงครึ่งทางโคจร ดังนั้นจึงไม่สามารถเห็นสัญญาณพิภพห่างไกลออกมานี้ได้ แต่ ESPRESSO ก็ยังคงสำรวจดาวฤกษ์เพื่อนบ้านใกล้ที่สุดของเราต่อไป

 

แหล่งข่าว eso.org : new planet detected around star closest to the Sun
                space.com : possible 3^rd planet spotted around Proxima Centauri, the Sun’s nearest neighbor star
               skyandtelescope.com : new planet discovered around Proxima Centauri, star nearest the Sun