ระบบดาวเคราะห์สามแห่งรอบดาวฤกษ์สองดวง

 

ภาพจากศิลปินแสดง SVS 13 ประกอบด้วยดาวฤกษ์ทารก 2 ดวง ซึ่งดวงหนึ่งมีมวลประมาณสองเท่าของอีกดวง แต่ละดวงก็มีดิสก์ก๊าซและฝุ่นรอบมันเอง และยังมีดิสก์ขนาดใหญ่ล้อมรอบดาวฤกษ์คู่อีก 

     เมื่อรวมการศึกษาสามทศวรรษเข้าด้วยกัน นักวิทยาศาสตร์นานาชาติทีมหนึ่งได้สำรวจดาวคู่หนึ่งที่โคจรรอบกันและกัน เพื่อเผยให้เห็นว่าดาวเหล่านี้ล้อมรอบด้วยดิสก์ฝุ่นและก๊าซ วัสดุสารภายในดิสก์ที่เพิ่งพบใหม่น่าจะเป็นการเริ่มต้นระบบดาวเคราะห์แห่งใหม่ที่อนาคต รอบดาวฤกษ์คู่

     ด้วยการใช้ VLA(Very Large Array) และ ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ทีมวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาดาวคู่ SVS 13 ซึ่งยังอยู่ในขั้นตัวอ่อน งานนี้ได้ให้คำอธิบายที่ดีที่สุดเท่าที่เคยมีเกี่ยวกับระบบดาวคู่ที่อยู่ในระหว่างการก่อตัว

     แบบจำลองการก่อตัวดาวเคราะห์บอกว่าดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นจากการเกาะกุมของอนุภาคน้ำแข็งและฝุ่นเข้าด้วยกันอย่างช้าๆ ในดิสก์กำเนิดดาวเคราะห์(protoplanetary disk) รอบๆ ดาวที่กำลังก่อตัว โดยปกติ แบบจำลองเหล่านี้จะใช้กับดาวฤกษ์เดี่ยวอย่างดวงอาทิตย์ เท่านั้น อย่างไรก็ตาม ดาวเกือบทั้งหมดก่อตัวเป็นระบบดาวคู่(binary systems) ซึ่งมีดาวสองดวงโคจรอบจุดศูนย์กลางมวลร่วม เราแทบไม่ทราบเลยว่าดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นรอบๆ ระบบดาวคู่ได้อย่างไร ซึ่งปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงระหว่างดาวทั้งสองมีบทบาทสำคัญอย่างมาก

แบบจำลองระบบดาวคู่ที่ล้อมรอบด้วยก๊าซและฝุ่น สีแดงและฟ้าบ่งชี้การเคลื่อนที่ของก๊าซ(สีแดงออกห่าง สีฟ้าเข้าหาเรา) และดิสก์ขนาดใหญ่ที่ก่อตัวขึ้นรอบคู่ดาวฤกษ์ 

     ผลสรุปของเราได้เผยว่าดาวแต่ละดวงมีดิสก์ฝุ่นและก๊าซรอบๆ มัน และนอกจากนี้ ก็มีดิสก์ขนาดใหญ่กว่าอีกวงกำลังก่อตัวรอบดาวฤกษ์ทั้งสอง Ana Karla Diaz-Rodriguez นักวิจัยที่สถาบันดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งอันดาลูเชีย(IAA-CSIC) ในสเปน และ ศูนย์ ALMA ภาคสหราชอาณาจักร(UK-ARC) ที่มหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ ซึ่งนำการศึกษานี้ ดิสก์วงนอกได้แสดงโครงสร้างกังหันซึ่งกำลังป้อนมวลสารเข้าสู่ดิสก์เล็กแต่ละวง และดิสก์ทั้งหมดก็น่าจะก่อตัวระบบดาวเคราะห์ขึ้นมาได้ในอนาคต นี่เป็นหลักฐานที่ชัดเจนถึงการมีอยู่ของดิสก์รอบดาวคู่ และการมีดิสก์ร่วมในระบบดาวคู่

     ระบบดาวคู่ SVS 13 ประกอบด้วยดาวฤกษ์ทารก(protostar) 2 ดวงซึ่งมีมวลรวมใกล้เคียงกับดวงอาทิตย์ อยู่ค่อนข้างใกล้เราที่ระยะทาง 980 ปีแสง ในเมฆโมเลกุลกลุ่มดาวเปอร์ซีอุส(Perseus Molecular Cloud) ซึ่งช่วยให้มีการศึกษาในรายละเอียดได้ ดาวทั้งสองในระบบนี้อยู่ใกล้กันและกันอย่างมาก ด้วยระยะทางเพียง 90 เท่าระยะทางเฉลี่ยจากโลกถึงดวงอาทิตย์ งานวิจัยได้ศึกษาองค์ประกอบก๊าซ, ฝุ่นและวัสดุสารไอออนไนซ์ในระบบนี้ นอกเหนือจากที่จำแนกโมเลกุลชนิดต่างๆ เกือบ 30 ชนิดรอบดาวฤกษ์ทารกทั้งสอง ซึ่งรวมถึง 13 ชนิดที่เป็นโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนซึ่งเป็นสารตั้งต้นของชีวิต(7 ใน 13 นั้นพบเป็นครั้งแรกในระบบนี้) นี่หมายความว่า เมื่อดาวเคราะห์เริ่มก่อตัวขึ้นรอบดวงอาทิตย์ทั้งสองนี้ วัตถุดิบของชีวิตก็มีอยู่แล้ว Diaz-Rodriguez กล่าว

     ทีมใช้การสำรวจ SVS 13 ที่ได้จาก VLA ตลอด 30 ปี พร้อมกับข้อมูลใหม่จาก ALMA และได้ตามรอยการเคลื่อนที่ของดาวทั้งสองตลอดช่วงเวลาดังกล่าว ซึ่งช่วยให้ตามรอยวงโคจรของพวกมันได้ เช่นเดียวกับเรขาคณิตและการเรียงตัวของระบบนี้ พร้อมกับตัวแปรพื้นฐานอื่นๆ เช่น มวลของดาวฤกษ์ทารก, มวลและการเรียงตัวของดิสก์ และอุณหภูมิของพวกมัน พวกเขาพบดิสก์ขนาดเล็ก 2 วงรอบดาวฤกษ์ทารกแต่ละดวง วงหนึ่งมีรัศมีฝุ่นที่ 12 au และอีกวงมีรัศมีฝุ่น 9 au ทั้งสองวงมีรัศมีก๊าซที่ 30 au ส่วนดิสก์รอบดาวฤกษ์คู่ ซึ่งพบว่ามีแขนกังหันนั้น แผ่ออกไปกว้างถึง 500 au ดิสก์วงใหญ่มีมวลสารมากกว่า 50 เท่ามวลดาวพฤหัสฯ   

ภาพจริงจาก ALMA ซึ่งดูคล้ายนกฮูกมากกว่าเป็นดาวฤกษ์อายุน้อยสองดวง

     Gary Fuller จากมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ ผู้ร่วมงานในโครงการนี้ กล่าวว่า งานนี้ได้แสดงว่าการศึกษาดาวอายุน้อยอย่างระมัดระวังและเป็นระบบระเบียบ จะให้ภาพที่มีรายละเอียดน่าทึ่งเกี่ยวกับโครงสร้างและคุณสมบัติของพวกมันได้อย่างไร

      ที่ IAA เราเริ่มศึกษาระบบแห่งนี้เมื่อ 25 ปีก่อน เราต้องประหลาดใจเมื่อพบว่า SVS 13 เป็นระบบคู่วิทยุ เนื่องจากมองเห็นดาวได้เพียงดวงเดียวในช่วงตาเห็น โดยปกติ ดาวฤกษ์ทารกถูกตรวจจับได้ในช่วงวิทยุ แต่พวกมันจะปรากฏให้เห็นเมื่อสิ้นสุดช่วงการอุ้มท้องเท่านั้น เป็นเรื่องประหลาดอย่างมากที่ได้พบดาวคู่หนึ่งที่หนึ่งในนั้นดูจะพัฒนาไปเร็วกว่าอีกดวงอย่างมาก เราออกแบบการทดลองไว้หลายงานเพื่อให้ได้รายละเอียดมากขึ้นและค้นหาว่าจะมีกรณีใดที่ดาวดวงใดดวงหนึ่งจะก่อตัวดาวเคราะห์ได้หรือไม่ ขณะนี้เราได้เห็นว่าดาวทั้งสองมีอายุน้อยมากๆ และทั้งคู่ก็สามารถก่อตัวดาวเคราะห์ได้ Guillem Anglada นักวิจัยที่ IAA-CSIC ซึ่งประสานงานการศึกษา SVS 13

     SVS 13 ได้สร้างข้อถกเถียงมากมายในงานเขียนวิทยาศาสตร์ เมื่อการศึกษาบางส่วนบอกว่ามันมีอายุน้อยมากๆ และอีกส่วนบอกว่ามันอยู่ในช่วงหลังๆ การศึกษาใหม่นี้ อาจจะเป็นการศึกษาระบบดาวคู่ที่กำลังก่อตัวที่ครบถ้วนที่สุด ไม่เพียงแต่เปิดช่องสู่ธรรมชาติของดาวฤกษ์ทารกทั้งสอง และสภาพแวดล้อมของพวกมัน แต่ยังให้ตัวแปรที่จำเป็นในการทดสอบแบบจำลองเสมือนจริงการก่อตัวระบบดาวคู่และพหุดาราในช่วงต้นมากมาย

แหล่งข่าว sciencedaily.com : the start of the birth of planets in a binary star system observed
                sciencealert.com : not one, not two, but three planetary systems are forming around this binary star   
               iflscience.com : incredibly, three planetary systems spotted forming around one binary star