ดาวฤกษ์แท้งก่อตัวต่างจากดาวฤกษ์แท้

 

ช่วงมวล ของดาวเคราะห์ก๊าซอย่างดาวพฤหัสฯ, ดาวแคระน้ำตาลหรือดาวฤกษ์แท้ง(failed star) และดาวฤกษ์

     ดาวแคระน้ำตาลเป็นวัตถุฟากฟ้าที่ประหลาด โดยมีตำแหน่งอยู่ระหว่างดาวฤกษ์กับดาวเคราะห์ บางครั้งนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ก็เรียกดาวแคระน้ำตาลว่าเป็น ดาวฤกษ์แท้ง(failed star) เนื่องจากพวกมันมีมวลไม่มากพอที่จะเผาไหม้ไฮโดรเจนในแกนกลางและสว่างเหมือนอย่างดาวฤกษ์ เป็นที่ถกเถียงอย่างต่อเนื่องว่าการก่อตัวของดาวแคระน้ำตาลนั้นเหมือนกับการก่อตัวของดาวฤกษ์ในแบบที่ขนาดเล็กลงมาหรือไม่

     นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์กำลังมุ่งเป้าไปที่ดาวแคระน้ำตาลอายุน้อยที่สุดที่เรียกว่า ดาวแคระน้ำตาลทารก(proto-brown dwarfs) พวกมันมีอายุเพียงไม่กี่พันปี และยังคงอยู่ในสถานะการก่อตัวช่วงต้น พวกเขาต้องการจะทราบว่าก๊าซและฝุ่นในแคระน้ำตาลทารกเหล่านี้ จะคล้ายกับองค์ประกอบของดาวฤกษ์ทารกอายุน้อยหรือไม่ ความสนใจมุ่งไปที่มีเธน(methane) ซึ่งเป็นโมเลกุลก๊าซง่ายๆ ที่เสถียรมาก ซึ่งเมื่อก่อตัวขึ้นแล้วจะถูกทำลายได้เฉพาะโดยกระบวนการทางกายภาพที่มีพลังงานสูงเท่านั้น มันถูกพบบนดาวเคราะห์นอกระบบหลายดวงเช่นกัน ในอดีต มีเธนมีบทบาทพื้นฐานในการช่วยจำแนกและศึกษาคุณสมบัติของดาวแคระน้ำตาลที่เก่าแก่ที่สุดในกาแลคซีของเรา ซึ่งมีอายุระดับหลายร้อยล้านจนถึงหลายพันล้านปี

     ขณะนี้ เป็นครั้งแรกที่ทีมที่นำโดย Basmah Riaz นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยลุดวิกมักซิมิลเลียนแห่งมิวนิค(LMU) ได้ตรวจพบมีเธนที่มีดิวทีเรียม(deuterated methane; CH₃D) ในแคระน้ำตาลทารก 3 ดวง เป็นครั้งแรกที่มีการตรวจจับ CH₃D นอกระบบสุริยะได้อย่างชัดเจน เป็นผลสรุปที่คาดไม่ถึง หมายเหตุ ดิวทีเรียมเป็นไฮโดรเจนในแบบที่หนักขึ้น โดยมีนิวตรอนอยู่ในนิวเคลียส ในขณะที่ไฮโดรเจนปกติไม่มีนิวตรอน   

ธาตุไฮโดรเจนมี 3 ไอโซโทป คือ ไฮโดรเจนปกติหรือโพรเทียม(protium) ซึ่งไม่มีนิวตรอนในนิวเคลียส และไฮโดรเจนหนักอีก 2 ไอโซโทป คือ ดิวทีเรียม และทริเทียม ซึ่งมีนิวตรอนในนิวเคลียส 1 และ 2 อนุภาค ตามลำดับ

     แคระน้ำตาลทารกนั้นเป็นวัตถุที่หนาแน่นและเย็นมาก ทำให้ยากที่จะศึกษาสัญญาณมีเธนจากพวกมันในช่วงอินฟราเรดใกล้ได้ ซึ่งจะสำรวจได้ในช่วงมิลลิเมตร ในช่วงคลิ่นวิทยุ มีเธนก็ไม่มีสัญญาณสเปคตรัมเนื่องจากความสมมาตรของมัน แต่ CH₃D สามารถสำรวจได้ในช่วงมิลลิเมตร

     การตรวจจับ CH₃D ได้เป็นครั้งแรกเป็นเรื่องที่น่าสนใจเนื่องจาก จากทฤษฎีการก่อตัวแคระน้ำตาลแล้ว แคระน้ำตาลทารกจะเย็นมาก(ระดับ 10 เคลวินหรือต่ำกว่า) และหนาแน่นกว่าดาวฤกษ์ทารก อ้างอิงจากทฤษฎีเคมี CH₃D นั้นก่อตัวเมื่อก๊าซอุ่นที่ระดับ 20 ถึง 30 เคลวิน การตรวจสอบนี้จึงบอกว่าอย่างน้อยก็มีก๊าซในสัดส่วนพอประมาณในแคระน้ำตาลทารกที่อุ่นกว่า 10 เคลวิน ไม่งั้น CH₃D ก็ไม่น่าจะปรากฏอยู่ได้ Basmah Riaz กล่าว ปริมาณของ CH₃D ยังช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ได้ประเมินปริมาณมีเธนด้วย

      และยังเป็นเรื่องไม่คาดคิด ในขณะที่พบดาวฤกษ์ทารกที่คล้ายดวงอาทิตย์เพียงดวงเดียวที่มีร่องรอย CH₃D แต่ทีมจาก LMU ได้พบ CH₃D อย่างแน่ชัดบนแคระน้ำตาลทารก 3 ดวง นี่หมายความว่า แคระน้ำตาลทารกมีปฏิกิริยาเคมีอินทรีย์ที่รุ่มรวยในอุณหภูมิอุ่น และวัตถุเหล่านี้ก็อาจไม่ใช่แค่ดาวฤกษ์ทารกในแบบย่อมๆ ลงมาอีกต่อไป

เนบิวลาในกลุ่มดาวงู(Serpens) ในพื้นที่นี้บนท้องฟ้า ทีม LMU ได้พบมีเธนที่มีดิวทีเรียมในดาวแคระน้ำตาลทารกดวงหนึ่ง

     มีเธนบนแคระน้ำตาลทารกอาจจะหรือไม่อาจจะรอดหรือรักษาปริมาณที่สูงในแคระน้ำตาลเก่าแก่ที่สุดได้ Wing-Fai Thi ผู้เขียนร่วม จากสถาบันมักซ์พลังค์เพื่อฟิสิกส์นอกโลก กล่าว เนื่องจากสภาพแวดล้อมที่อบอุ่นนั้นมีความเหมาะสมในการก่อตัวโมเลกุลเชิงซ้อนมากกว่า แคระน้ำตาลทารกจึงเป็นวัตถุที่น่าสนใจในการสำรวจหาโมเลกุลเหล่านี้ในอนาคต

แหล่งข่าว phys.org : new insights into the formation of brown dwarfs  

พบดาวเคราะห์นอกระบบเกินห้าพันดวงแล้ว

 

     เมื่อไม่นานมานี้ เรายังอาศัยอยู่ในเอกภพที่รู้จักดาวเคราะห์เพียงไม่กี่ดวงเท่านั้น ซึ่งทั้งหมดนั้นโคจรรอบดวงอาทิตย์ของเรา แต่การค้นพบใหม่ๆ ตลอดมาได้สร้างหลักชัยใหม่ทางวิทยาศาสตร์ เมื่อมีการยืนยันดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะของเรามากกว่า 5000 ดวงแล้ว

     ดาวเคราะห์นอกระบบ(exoplanet) ชุดใหม่มาในวันที่ 21 มีนาคม มีจำนวน 65 ดวง เพิ่มในคลังดาวเคราะห์นอกระบบนาซา(NASA Exoplanet Archive) คลังนี้บันทึกการค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบที่ผ่านพิชญพิจารณ์(peer-reviewed), รายงานทางวิทยาศาสตร์ และที่ได้รับการยืนยันโดยใช้วิธีการตรวจจับต่างๆ อย่างน้อยสองวิธีการที่แตกต่างกัน หรือโดยเทคนิคการวิเคราะห์ข้อมูล

     โดยรวมดาวเคราะห์กว่าห้าพันดวงที่พบ(5005 ดวงอย่างเป็นทางการ) มีตั้งแต่ พิภพหินขนาดเล็กที่คล้ายกับโลก, ดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ที่ใหญ่กว่าดาวพฤหัสฯ หลายเท่า และพวก “พฤหัสร้อน”(hot Jupiters) ซึ่งโคจรใกล้ดาวฤกษ์แม่จนร้อนระอุ และยังมีซุปเปอร์เอิร์ธ(super-Earths) ซึ่งน่าจะเป็นพิภพหินที่มีขนาดใหญ่กว่าโลกของเรา และ มินิเนปจูน(mini-Neptunes) ซึ่งเป็นเนปจูนในขนาดย่อมลงมา รวมกับดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์สองดวงในทีเดียว(circumbinary planets) และดาวเคราะห์ที่โคจรรอบซากดาวที่ตายแล้วด้วย

ดาวเคราะห์นอกระบบชนิดต่างๆ 

     Jessie Christiansen นักวิทยาศาสตร์นำส่วนคลัง และนักวิทยาศาสตร์วิจัยที่สถาบันวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์นอกระบบนาซา ในคาลเทค กล่าวว่า มันไม่ใช่แค่เรื่องตัวเลข แต่ละดวงต่างก็เป็นพิภพใหม่เอี่ยม ฉันรู้สึกตื่นเต้นกับทุกๆ ดวงเพราะเราไม่ทราบอะไรเกี่ยวกับพวกมันเลย ในจำนวนราวห้าพันดวงที่ยืนยันแล้ว มี 4900 ดวงที่อยู่ภายในระยะทางไม่กี่พันปีแสงจากเรา และคิดถึงความจริงว่าเราอยู่ห่างจากใจกลางทางช้างเผือก 3 หมื่นปีแสง ถ้าคุณคำนวณอัตราจากฟองเล็กๆ รอบเรา ก็หมายความว่าในกาแลคซีของเราน่าจะมีดาวเคราะห์ที่ยังไม่ถูกพบมากถึงหนึ่งถึงสองล้านล้านดวง มันมากมายจนใจสั่น

     การค้นพบซึ่งเพิ่มขึ้นอย่างคงที่ เริ่มต้นในปี 1992 ด้วยพิภพใหม่ประหลาดที่โคจรรอบดาวที่ประหลาดกว่า มันเป็นดาวนิวตรอนชนิดหนึ่งที่เรียกว่า พัลซาร์(pulsar) เป็นซากดาวที่หมุนรอบตัวเร็วมากโดยส่งคลื่นออกมาเป็นจังหวะในระดับมิลลิวินาที การตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในช่วงที่สัญญาณมาถึง ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์บอกถึงดาวเคราะห์ในวงโคจรรอบพัลซาร์นี้

     การค้นพบดาวเคราะห์สามดวง(สองดวงในตอนแรก และเพิ่มเติมอีกดวงในเวลาต่อมา) รอบซากดาวที่หมุนรอบตัวเร็วนี้เพียงดวงเดียว ก็เหมือนการเปิดประตูระบายน้ำ Alexander Wolszczan ผู้เขียนนำรายงาน ซึ่งเมื่อ 30 ปีก่อน เผยให้เห็นดาวเคราะห์ดวงแรกที่ยืนยันว่าอยู่นอกระบบสุริยะของเรา ถ้าคุณสามารถหาดาวเคราะห์รอบดาวนิวตรอนได้ ดาวเคราะห์ก็พบได้ทุกแห่งหนแหละ Wolszczan กล่าว กระบวนการสร้างดาวเคราะห์จะต้องเกิดขึ้นแบบขมีขมัน

     ส่วนดาวเคราะห์ดวงแรกที่ถูกพบรอบดาวฤกษ์ที่คล้ายดวงอาทิตย์ เกิดขึ้นในปี 1995 เป็นดาวเคราะห์ชนิดพฤหัสร้อนซึ่งเป็นดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์มวลประมาณครึ่งหนึ่งของดาวพฤหัสฯ ของเรา ในวงโคจรที่ใกล้ชิดอย่างมาก โดยโคจรครบรอบ(หนึ่งปี) ใช้เวลาเพียง 4 วันเท่านั้น

ภาพจากศิลปินแสดงดาวเคราะห์กลุ่มแรกที่พบนอกระบบสุริยะในปี 1992 โดยโคจรรอบซากดาวฤกษ์ที่เรียกว่า ดาวนิวตรอน กลุ่มย่อยที่หมุนรอบตัวเร็วมากและเปล่งคลื่นออกมาเป็นจังหวะ(pulse) จึงเรียกวัตถุนี้ว่า พัลซาร์(pulsar) ดาวเคราะห์ที่พบมีมวล 4.3 และ 3.9 มวลโลก ตามลำดับ ส่วนดวงที่สามมีขนาดเล็กถึง 0.02 เท่ามวลโลก ในปี 1994 รอบพัลซาร์ซึ่งต่อมาถูกเรียกว่า ลิค(Lich) โดยดาวเคราะห์ทั้งสาม มีชื่อว่า Poltergeist, Phobetor และ Draugr ตามลำดับ

     แล้วก็มีดาวเคราะห์ปรากฏขึ้นในข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินเพิ่มขึ้นเมื่อนักดาราศาสตร์ทราบวิธีที่จะหามัน ช่วงแรกๆ ก็หลักหลายสิบ จนถึงหลายร้อย ซึ่งถูกพบโดยใช้วิธีการส่าย(wobble method; radial velocity method) เมื่อตามรอยการเคลื่อนที่ขึ้นหน้า-ถอยหลังของดาวฤกษ์ ซึ่งเกิดจากแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ที่โคจรอยู่ แต่กระนั้นก็ยังไม่มีอะไรที่ดูเหมือนจะเอื้ออาศัยได้

     การค้นพบดาวเคราะห์หินขนาดเล็กที่ดูคล้ายโลกมากขึ้น ต้องการความก้าวหน้าขั้นใหญ่ในเทคโนโลจีการล่าดาวเคราะห์ คือ วิธีการผ่านหน้า(transit method) นักดาราศาสตร์ William Borucki ก็ได้แนวคิดที่จะติดตั้งตัวตรวจจับแสงที่ไวสุดขั้วไปกับกล้องโทรทรรศน์ขึ้นสู่อวกาศ กล้องโทรทรรศน์นี้จะใช้เวลาจับจ้องพื้นที่สำรวจแห่งหนึ่งที่มีดาวมากกว่า 170000 ดวง เป็นเวลาหลายปี เพื่อสำรวจหาการหรี่แสง(dip) ในแสงดาวฤกษ์ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อมีดาวเคราะห์ดวงหนึ่งเคลื่อนที่ผ่านหน้าดาว จึงเป็นที่มาของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเคปเลอร์ ซึ่งมี Borucki เป็นผู้นำปฏิบัติการเคปเลอร์ซึ่งปลดระวางเมื่อปี 2018 กล่าวว่า การส่งออกสู่อวกาศในปี 2009 ได้เปิดหน้าต่างบานใหม่สู่เอกภพ พวกเราไม่มีใครเคยคาดว่าจะได้พบระบบดาวเคราะห์ที่มีความหลากหลายมากมายแบบนี้ มันน่าทึ่งจริงๆ โดยรวมแล้วเคปเลอร์ได้ยืนยันดาวเคราะห์มากกว่า 3000 ดวงให้กับบัญชีรายชื่อ โดยมีว่าที่ดาวเคราะห์อีก 3000 ดวงรอการสำรวจติดตามผลอยู่

มีการค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบที่ยืนยันแล้วมากกว่า 5000 ดวงในทางช้างเผือก ซึ่งมีหลากหลายชนิด บางส่วนก็คล้ายกับดาวเคราะห์ในระบบของเรา บางส่วนก็แตกต่างอย่างมากเช่นกลุ่มที่เรียกว่า ซุปเปอร์เอิร์ธ ซึ่งอาจเป็นหินและมีขนาดใหญ่กว่าโลกของเรา

     Wolszczan ซึ่งยังคงทำงานวิจัยดาวเคราะห์นอกระบบในฐานะศาสตราจารย์ที่เพนน์สเตท บอกว่าเรากำลังเปิดยุคแห่งการค้นพบที่จะเลยไปมากกว่าแค่การเพิ่มตัวเลข ดาวเทียม TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite) ซึ่งออกสู่อวกาศในปี 2018 ยังคงทำการค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบใหม่ๆ แต่ในไม่ช้าด้วยกล้องโทรทรรศน์รุ่นใหม่และเครื่องมือที่มีความไวสูงขึ้น เริ่มจากการส่งกล้องเวบบ์(James Webb Space Telescope) เมื่อสิ้นปีที่แล้ว จะจับแสงจากชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบได้ เพื่ออ่านว่ามีก๊าซชนิดใดอยู่บ้างเพื่อที่จะจำแนกสัญญาณสภาวะที่อาจเอื้ออาศัยได้

     กล้องโทรทรรศน์โรมัน(Nancy Grace Roman Space Telescope) ซึ่งคาดว่าจะออกสู่อวกาศในปี 2027 จะทำการค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบใหม่ๆ โดยใช้วิธีการที่หลากหลาย ในขณะที่ปฏิบัติการ ARIEL ของอีซาซึ่งจะส่งในปี 2029 จะสำรวจชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบ และด้วยอุปกรณ์ชิ้นหนึ่งของนาซาที่บินไปด้วย CASE จะช่วยระบุชั้นเมฆและชั้นหมอกบนดาวเคราะห์นอกระบบ

แหล่งข่าว phys.org – cosmic milestone: NASA confirms 5000 exoplanets
                sciencealert.com – it’s official: NASA confirms we’ve found 5000 worlds outside our solar system
               space.com – 5000 exoplanets! NASA confirms big milestone for planetary science

โมเลกุลขนาดใหญ่ที่สุดที่พบในดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์

 

ภาพรวมประกอบนี้ประกอบด้วยภาพจากศิลปินแสดงดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์รอบ IRS 48 ดิสก์มีพื้นที่คล้ายเม็ดมะม่วงหิมพานต์ในส่วนทิศใต้ของมัน ซึ่งดักเม็ดฝุ่นขนาดมิลลิเมตรเข้ามาเกาะกลุ่มกันเจริญขึ้นเป็นวัตถุขนาดกิโลเมตร การสำรวจล่าสุดด้วย ALMA ได้พบโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนหลายชนิดในพื้นที่นี้ รวมทั้งไดเมธิลอีเธอร์ซึ่งเป็นโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยพบในดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์มา การเปล่งคลื่นแสดงการมีโมเลกุลนี้(การสำรวจจริงแสดงเป็นสีฟ้า) ชัดเจนมากขึ้นในกับดักฝุ่น

    ด้วยการใช้ ALMA ในชิลี นักวิจัยที่หอสังเกตการณ์ไลเดนในเนเธอร์แลนด์ส ได้ตรวจจับไดเมธิลอีเธอร์ ในดิสก์ที่กำลังก่อตัวดาวเคราะห์ได้เป็นครั้งแรก โมเลกุลซึ่งมี 9 อะตอมเป็นโมเลกุลที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยพบในดิสก์ลักษณะนี้มาจนถึงบัดนี้ มันยังเป็นสารตั้งต้นสำหรับโมเลกุลอินทรีย์ขนาดใหญ่กว่าที่อาจนำไปสู่การอุบัติของชีวิต

     Nashanty Brunken นักศึกษาปริญญาโทที่หอสังเกตการณ์ไลเดน อันเป็นส่วนหนึ่งของมหาวิทยาลัยไลเดน และผู้เขียนนำการศึกษาที่เผยแพร่ใน Astronomy & Astrophysics กล่าวว่า จากผลสรุปเหล่านี้ เราได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับกำเนิดของชีวิตบนดาวเคราะห์ของเรา และยังได้มุมมองที่ดีขึ้นเกี่ยวกับศักยภาพของชีวิตบนระบบดาวเคราะห์แห่งอื่น มันน่าตื่นเต้นมากที่ได้เห็นว่าการค้นพบเหล่านี้สอดคล้องกับภาพใหญ่อย่างไรบ้าง

     ไดเมธิลอีเธอร์(dimethyl ether; CH₃OCH₃) เป็นโมเลกุลอินทรีย์ที่พบได้ทั่วไปในเมฆที่ก่อตัวดาวฤกษ์ แต่ไม่เคยพบในดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์มาก่อนเลย นักวิจัยยังได้พบเมธิลฟอร์เมต(methyl formate; CH₃OCHO) ซึ่งเป็นโมเลกุลเชิงซ้อนที่คล้ายกับไดเมธิลอีเธอร์ ซึ่งก็เป็นวัตถุดิบสำหรับโมเลกุลอินทรีย์ที่มีขนาดใหญ่กว่าด้วยเช่นกัน Alice Booth ผู้เขียนร่วม นักวิจัยที่ไลเดน เช่นกัน กล่าวว่า มันน่าตื่นเต้นอย่างแท้จริงที่สุดท้ายก็ได้พบโมเลกุลขนาดใหญ่กว่าเหล่านี้ในดิสก์ เป็นเวลาเนิ่นนานที่เราคิดว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะตรวจจับพวกมัน

ภาพจาก ALMA แสดงพื้นที่ที่พบโมเลกุลก๊าซชนิดต่างๆ ในดิสก์รอบ IRS 48 การสำรวจได้พบโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนมากมายเช่น ฟอมัลดีไฮด์(H2CO; สีส้ม), เมธานอล(CH3OH; สีเขียว) และไดเมธิลอีเธอร์(CH3OCH3; สีฟ้า) การเปล่งคลื่นซึ่งบอกการมีอยู่ของโมเลกุลเหล่านี้ปรากฏรุนแรงมากขึ้นในกับดักฝุ่นของดิสก์ ซึ่งเป็นพื้นที่ด้านใต้ที่มีรูปร่างคล้ายเม็ดมะม่วงหิมพานต์ ส่วน คาร์บอนมอนอกไซด์(CO; สีม่วง) ปรากฏอยู่ทั่วทั้งดิสก์ก๊าซ

     โมเลกุลที่พบในดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์รอบๆ ดาวฤกษ์อายุน้อย IRS 48(หรือเรียกอีกชื่อว่า Oph-IRS 48) ด้วยความช่วยเหลือของ ALMA(Atacama Large Millimter/submiilimeter Array) IRS 48 อยู่ห่างออกไป 444 ปีแสงในกลุ่มดาวคนแบกงู(Ophiuchus) เป็นหัวข้อในการศึกษาจำนวนมากเนื่องจากดิสก์ของมันมี ช่องดักฝุ่น(dust trap) ที่ไม่สมมาตรรูปร่างคล้ายเม็ดมะม่วงหิมพานต์ พื้นที่นี้ซึ่งน่าจะเกิดขึ้นจากการมีดาวเคราะห์ที่เพิ่งเกิดขึ้น หรือดาวข้างเคียงขนาดเล็กกว่า ซึ่งอยุ่ระหว่างดาวฤกษ์กับกับดักฝุ่น เก็บรักษาฝุ่นขนาดมิลลิเมตรจำนวนมากไว้ซึ่งจะเกาะกลุ่มกันและเจริญกลายเป็นวัตถุขนาดกิโลเมตรเช่น ดาวหาง, ดาวเคราะห์น้อย และอาจจะใหญ่ขึ้นถึงดาวเคราะห์ได้

      คิดกันว่าโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนมากมายอย่าง ไดเมธิลอีเธอร์ จะเกิดขึ้นในเมฆที่ก่อตัวดาวฤกษ์ แม้แต่ก่อนที่ดาวฤกษ์จะถือกำเนิดขึ้นมาด้วย ในสภาพแวดล้อมที่เย็นจัด อะตอมและโมเลกุลง่ายๆ อย่างคาร์บอนมอนอกไซด์ จะเกาะกับเม็ดฝุ่น ก่อตัวเป็นชั้นน้ำแข็งและเกิดปฏิกิริยาเคมีขึ้น ซึ่งเป็นผลให้มีโมเลกุลซับซ้อนขึ้นเรื่อยๆ นักวิจัยเพิ่งได้พบว่ากับดักฝุ่นในดิสก์ของ IRS 48 ก็เป็นแหล่งน้ำแข็งด้วยเช่นกัน โดยเม็ดฝุ่นที่มีถูกเคลือบด้วยน้ำแข็งซึ่งอุดมไปด้วยโมเลกุลเขิงซ้อนนี้ และก็เป็นพื้นที่นี้ในดิสก์ที่ ALMA ได้พบร่องรอยของไดเมธิลอีเธอร์ เมื่อความร้อนจาก IRS 48 ทำให้น้ำแข็งระเหิดกลายเป็นก๊าซ โมเลกุลที่ดักไว้ในเมฆเย็น ก็ถูกปลดปล่อยเป็นอิสระให้ตรวจจับได้ โมเลกุลอย่างไดเมธิลอีเธอร์ที่มีอยู่ในดิสก์ก็บบอกว่า อาจจะมีโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนอื่นๆ อยู่ด้วยเช่นกัน

ภาพจาก ALMA แสดงกับดักฝุ่นในดิสก์รอบดาวฤกษ์ IRS 48 กับดักฝุ่นเป็นที่ปลอดภัยในอนุภาคฝุ่นขนาดจิ๋วในดิสก์ ช่วยให้พวกมันเกาะเข้าหากันและมีขนาดใหญ่ขึ้นจนอยู่รอดได้ด้วยตัวมันเอง พื้นที่สีเขียวก็คือกับดักฝุ่น ซึ่งมีอนุภาคขนาดใหญ่สะสมอยู่ ขนาดวงโคจรของเนปจูนแสดงทางบนซ้ายเมื่อเปรียบเทียบ

      สิ่งที่ทำให้น่าตื่นเต้นขึ้นไปอีกก็คือขณะนี้เราทราบว่ามีโมเลกุลเชิงซ้อนขนาดใหญ่ขึ้นเหล่านี้พร้อมที่จะป้อนให้มีการก่อตัวดาวเคราะห์ในดิสก์ Booth อธิบาย เป็นสิ่งที่ไม่เคยทราบมาก่อนหน้าเมื่อโมเลกุลเหล่านี้ถูกซ่อนอยู่ในน้ำแข็งในระบบเกือบทั้งหมด และด้วยปริมาณเท่ากับที่พบในห้วงอวกาศ การค้นพบไดเมธิลอีเธอร์ได้บอกว่ามีโมเลกุลเชิงซ้อนอื่นๆ อีกมากที่ตรวจจับได้ในพื้นทีก่อตัวดาวฤกษ์ ก็อาจจะพบได้ในโครงสร้างน้ำแข็งในดิสก์ที่กำลังก่อตัวดาวเคราะห์ด้วย โมเลกุลเหล่านี้เป็นสารตั้งต้นให้กับโมเลกุลก่อเกิดสารชีวภาพ(prebiotic molecules) เช่น กรดอะมิโน และน้ำตาล ซึ่งเป็นวัตถุดิบพื้นฐานบางส่วนสำหรับสิ่งมีชีวิต

      ด้วยการศึกษาการก่อตัวและวิวัฒนาของพวกมัน นักวิจัยจึงได้ความเข้าใจที่ดีขึ้นว่าโมเลกุลก่อเกิดสารชีวภาพไปอยู่บนดาวเคราะห์รวมถึงโลกของเราได้อย่างไร Nienke van der Marel นักวิจัยจากหอสังเกตการณ์ไลเดน กล่าวว่า เราพอใจอย่างมากที่ขณะนี้เราสามารถเริ่มตามรอยการเดินทางตลอดเส้นทางของโมเลกุลเชิงซ้อนเหล่านี้ จากเมฆที่ก่อตัวดาวฤกษ์ สู่ดิสก์ที่กำลังก่อตัวดาวเคราะห์ และสู่ดาวหางได้ หวังเป็นอย่างยิ่งว่าการสำรวจที่มากขึ้น เราจะมีอีกก้าวที่เข้าใกล้การเข้าใจกำเนิดของโมเลกุลก่อเกิดสารชีวภาพในระบบของเราเอง

     การศึกษา IRS 48 ในอนาคตด้วยกล้องโทรทรรศน์ใหญ่สุดขั้ว(ELT) ซึ่งขณะนี้กำลังก่อสร้างในชิลี และจะเริ่มดำเนินการสำรวจในทศวรรษนี้ต่อไป จะช่วยให้ทีมได้ศึกษาเคมีของพื้นที่ส่วนในมากๆ ของดิสก์นี้ ซึ่งอาจมีดาวเคราะห์อย่างโลกก่อตัวขึ้นอยู่

แหล่งข่าว eso.org : astronomers discover largest molecule yet in a planet-forming disc
                skyandtelescope.com : largest molecule yet found in planet-forming disk
                iflscience.com : largest ever molecule in a planet forming disk has been discovered  

ดาวเคราะห์ที่น่าจะมีในระบบดาวที่อยู่ใกล้ที่สุด

 

ภาพจากศิลปินแสดงดาวเคราะห์ดวงหนึ่งในระบบดาวคู่

     เรายังคงไม่ทราบว่าดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้เรามากที่สุด ระบบคู่อัลฟา เซนทอไร นั้นมีดาวเคราะห์ที่คล้ายกับโลกหรือไม่ อย่างไรก็ตาม ต้องขอบคุณงานทำแบบจำลองอันใหม่ ขณะนี้เรามีภาพในใจว่าดาวเคราะห์ถ้ามีอยู่ น่าจะมีสภาพอย่างไร และมันจะพัฒนาได้อย่างไร

     การศึกษาใหม่ที่นำโดย Haiyang Wang นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์จาก สถาบันเทคโนโลจีกลางแห่งสหพันธรัฐสวิสในซือริค
(ETH Zurich) ในสวิตเซอร์แลนด์ ได้ศึกษาเคมีของดาวสองดวงในระบบอัลฟา เซนทอไร(Alpha Centauri) คือ ริจิล เคนทอรัส(Rigil Kentaurus) และโทลิแมน(Toliman) และใช้มันเพื่อประเมินองค์ประกอบเคมีของพิภพหินในทางทฤษฎีในเขตเอื้ออาศัยได้ของระบบดาวคู่นี้

     เราได้นำเสนอการวิเคราะห์องค์ประกอบโดยรวมของดาวเคราะห์, ภายใน และชั้นบรรยากาศ(ช่วงต้น) ของดาวเคราะห์จำลองขนาดพอๆ กับโลกในเขตเอื้ออาศัยได้ของ Alpha Centauri AB นักวิจัยเขียนไว้ในรายงาน การวิเคราะห์รายละเอียดได้ให้หนทางเข้าถึงสิ่งที่เราอาจจะคาดไว้สำหรับดาวเคราะห์ขนาดพอๆ กับโลกในเขตเอื้ออาศัยได้ในละแวกเพื่อนบ้านดวงอาทิตย์

ระบบไตรดารา(triple system) Alpha Centauri ประกอบด้วย ดาวฤกษ์คู่ Alpha Centauri A และ B ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ชนิดเดียวกับดวงอาทิตย์ และมีดาวฤกษ์มวลต่ำที่เรียกว่า ดาวแคระแดงอีกดวง Alpha Centauri C โคจรห่างออกมา ระบบแห่งนี้อยู่ห่างออกไป 4.3 ปีแสง ในขณะที่ Alpha Cen C กลับอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากกว่า ที่ 4.24 ปีแสงเท่านั้น มันจึงมีอีกชื่อว่า Proxima Centauri 

     คุณลักษณะเหล่านี้ของดาวเคราะห์หินนอกระบบมีความสำคัญอย่างยิ่งในความเข้าใจวิวัฒนาการและความสามารถในการเอื้ออาศัยได้ในระยะยาวของพวกมัน เราทราบจากการสำรวจวัตถุหินในระบบของเราและระบบดาวเคราะห์อื่นว่า องค์ประกอบแร่ธาตุของพิภพหินนั้นสะท้อนออกมากับดาวต้นสังกัดของพวกมัน

     เนื่องจาก Alpha Cen AB นั้นอยู่ใกล้กันมาก เราจึงมีข้อมูลมากมายเกี่ยวกับองค์ประกอบเคมีของมันจากสเปคตรัม เมื่อธาตุที่แตกต่างกันในดาวดูดกลืนและเปล่งแสงออกมาอีก ก็จะสร้างรายละเอียดที่มืด(ดูดกลืน) และสว่าง(เปล่งคลื่น) ในสเปคตรัมแสงที่มากระทบกล้องโทรทรรศน์ รายละเอียดเหล่านี้สามารถใช้เพื่อบอกองค์ประกอบเคมี เราทราบว่าการวิเคราะห์สเปคตรัมว่าธาตุประกอบหิน อย่างเช่น มักนีเซียม, ซิลิกอน และเหล็ก มีอยู่ในริจิล เคนทอรัส และโทลิแมน เช่นเดียวกับธาตุระเหยง่ายอย่างเช่น คาร์บอนและออกซิเจน

     การวิเคราะห์สเปคตรัมยังเผยคร่าวๆ ว่ามีแต่ละธาตุอยู่ที่ดาวเหล่านั้นมากน้อยแค่ไหน ซึ่งมีประโยชน์ในการคำนวณต่อไปถึงพิภพหินในทางทฤษฎีในเขตเอื้ออาศัยได้(habitable zone) ซึ่งเป็นระยะทางที่เหมาะสมจากดาวฤกษ์แม่ที่ไม่ร้อนหรือเย็นเกินไป เพื่อที่จะมีน้ำของเหลวบนพื้นผิวดาวเคราะห์ได้

ภาพจาก VLT แสดงระบบ อัลฟา เซนทอไร ซึ่ง Alpha Cen AB ปรากฏเป็นดาวฤกษ์เดี่ยว ไม่สามารถแยกจากกันได้ 

     นักวิจัยเรียกพิภพในทางทฤษฎีนี้ว่า อัลฟาเซนเอิร์ธ(α-Cen-Earth) และตรวจสอบพบว่ามันน่าจะมีองค์ประกอบแร่ธาตุและโครงสร้างที่คล้ายกับโลกอย่างมาก ซึ่งรวมทั้งแมนเทิลหิน, ที่มีความสามารถอุ้มน้ำคล้ายกับแมนเทิลของโลก อุดมไปด้วยแร่ธาตุซิลิเกต แต่ก็ยังมีแร่ธาตุที่มีคาร์บอนเกาะเช่น เพชร และกราไฟต์ อยู่ในสัดส่วนที่พอประมาณ

     ดาวเคราะห์นอกระบบดวงนี้อาจจะมีแกนกลางเหล็กที่ใหญ่กว่าแกนกลางโลกเล็กน้อย แต่มีกิจกรรมทางธรณีวิทยาที่น้อยกว่า และบางทีอาจไม่มีการแปรสัณฐานแผ่นเปลือก(plate tectonics) เลย ซึ่งน่าจะทำให้มันคล้ายกับดาวศุกร์มากกว่า ซึ่งนี่จะส่งผลต่อศักยภาพความสามารถในการเอื้ออาศัยได้ ของมัน โดยรวมแล้ว ก็ยังดูดี แต่เนื่องจากยากมากๆ ที่จะบอกถึงชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบโดยมีพื้นฐานจากองค์ประกอบดาวฤกษ์ได้ เนื่องจากความสัมพันธ์ระหว่างสองอย่างนี้ ไม่ได้แนบแน่นในกรณีของธาตุทีระเหยง่าย

     อย่างไรก็ตาม Wang ได้ใช้เวลาในช่วงไม่กี่ปีหลังนี้เพื่อพัฒนาและปรับปรุงแบบจำลองเชิงปริมาณที่เชื่อมโยงองค์ประกอบของดาวฤกษ์ที่คล้ายดวงอาทิตย์ เข้ากับองค์ประกอบของดาวเคราะห์นอกระบบของพวกมัน ทั้งกรณีธาตุที่ทนไฟ(refractory element) และธาตุระเหยง่าย นี่ช่วยให้ทีมได้สร้างชั้นบรรยากาศของอัลฟาเซนเอิร์ธ น่าสนใจที่ในช่วงปีแรกๆ ของดาวเคราะห์นอกระบบดวงนี้ มันน่าจะมีชั้นบรรยากาศที่คล้ายกับโลกยุคต้นอย่างมาก ในบรมยุคอาร์เคียน(Archaeon eon; 4 ถึง 2.5 พันล้านปีก่อน) ที่ชีวิตเริ่มอุบัติขึ้น จากการคำนวณของทีม ชั้นบรรยากาศโบราณนี้น่าจะอุดมไปด้วยมีเธน, คาร์บอนไดออกไซด์ และน้ำ

ภาพจากศิลปินแสดงสภาพของโลกในช่วงบรมยุคอาร์เคียน ซึ่งเป็นช่วงเวลาเมื่อโลกเริ่มมีแผ่นดินและกลายเป็นทวีป, แต่โลกก็ยังร้อนที่ภายในทั้งจากความร้อนที่เหลือจากการก่อตัว และการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี เกิดการปะทุภูเขาไฟเป็นปกติ ชั้นบรรยากาศในช่วงนี้ยังไม่พบออกซิเจน จนกว่าจะมีสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงอุบัติขึ้น 

     ถ้าพิภพลักษณะนี้มีอยู่จริง มันก็น่าจะให้เงื่อนงำสู่อนาคตของโลก Alpha Centauri AB นั้นมีอายุมากกว่าดวงอาทิตย์ของเราราว 1.5 ถึง 2 พันล้านปี ซึ่งหมายความว่าดาวเคราะห์นอกระบบใดๆ ที่สังกัดกับ ริจิล เคนทอรัส และโทลิแมน ก็น่าจะเก่าแก่มากกว่าด้วยเช่นกัน และเราก็กำลังอยู่ในสถานการณ์ที่จะค้นพบพิภพทฤษฎีเช่นนี้ได้ในไม่ช้า

     วิธีการและเทคโนโลจีการตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบของเรากำลังมีความไวมากขึ้นเรื่อยๆ ในไม่ช้า นักดาราศาสตร์จะสามารถตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบที่มีขนาดเล็กลงซึ่งอยู่ห่างไกลจากดาวฤกษ์ของพวกมัน(ในระยะทางเท่าโลก) และหนีรอดการตรวจจับมานาน

     ในมุมมองของเรา ริจิล เคน และโทลิแมน จะอยู่ห่างจากกันและกันมากขึ้นในวงโคจรของพวกมัน นับตั้งแต่ปีนี้ ระยะห่างซึ่งจะคงอยู่จนกระทั่งราวปี 2035 หมายความว่าแสงจากดาวก็น่าจะรบกวนการสำรวจดาวเคราะห์นอกระบบน้อยลง นักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจพบร่องรอยดาวเคราะห์นอกระบบขนาดค่อนข้างเล็กดวงหนึ่ง(3.3 ถึง 7 เท่าขนาดโลก) โคจรรอบ ริจิล เคนทอรัส แล้ว เรากำลังเฝ้ารอที่จะได้เห็นว่าจะมีอะไรรออยู่รอบดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้มากที่สุดอีก งานวิจัยนี้เผยแพร่ใน Astrophysical Journal

ภาพจากศิลปินแสดงมุมมองในระยะประชิดของ Proxima d ว่าที่ดาวเคราะห์ที่เพิ่งพบรอบดาวฤกษ์แคระแดง Proxima Centauri ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ระบบสุริยะของเรามากที่สุด เชื่อกันว่าดาวเคราะห์ดวงนี้เป็นหินและมีมวลราวหนึ่งในสี่ของโลก ว่าที่ดาวเคราะห์อีกสองดวงที่พบว่าโคจรรอบพรอกซิมา เซนทอไร ก็เห็นได้ในภาพนี้เช่นกัน Proxima b ดาวเคราะห์ที่มีมวลพอๆ กับโลกในวงโคจรที่มีคาบ 11 วันแลอยู่ในเขตเอื้ออาศัยได้ และว่าที่ดาวเคราะห์นอกระบบ Proxima c ซึ่งอยู่ในวงโคจร 5 ปี

แหล่งข่าว sciencealert.com : what if there’s an Earth-like planet at one of our closest stars?
                phys.org : imagining an Earthly neighbor
                space.com : what would an alien “Earth” look like around the star next door?

 

หมายเหตุ ระบบดาว อัลฟา เซนทอไร นอกจากจะประกอบด้วย ดาวคู่ Alpha CentauriAB แล้ว ยังมีดาวดวงที่สามที่โคจรห่างออกมา Alpha Centauri C ซึ่งอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากกว่าดาวคู่ ที่ระยะทาง 4.24 ปีแสง มันจึงมีอีกชื่อว่า Proxima Centauri เป็นดาวฤกษ์แคระแดง ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ที่พบได้มากที่สุดในระบบสุริยะ รอบพรอกซิมา พบว่าที่ดาวเคราะห์นอกระบบแล้ว 3 ดวง