แฝดคนละฝาของดาวพฤหัสฯ

 

      การศึกษาใหม่โดยทีมนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์นานาชาติซึ่งนำโดยศูนย์โจเดรลล์แบงค์เพื่อดาราศาสตร์ฟิสิกส์ ได้เสนอการค้นพบที่น่าตกตะลึงเป็นดาวเคราะห์ดวงหนึ่งซึ่งแทบจะเป็นฝาแฝดกับดาวพฤหัสฯ ของเรา โคจรรอบดาวฤกษ์ดวงหนึ่งที่อยู่ไกลออกไปถึง 17000 ปีแสงจากโลก

     ดาวเคราะห์นอกระบบ K2-2016-BLG-0005Lb นั้นแทบจะเป็นฝาแฝดกับดาวพฤหัสฯ ในแง่ของมวลและระยะทางจากดวงอาทิตย์ ถูกพบในขณะใช้ข้อมูลที่รวบรวมได้ในปี 2016 โดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเคปเลอร์ของนาซา ระบบดาวเคราะห์ต่างด้าวแห่งนี้อยู่ไกลเป็นสองเท่าของดาวเคราะห์ที่ไกลที่สุดที่เคปเลอร์ได้พบเห็น ซึ่งยืนยันแล้ว 2700 ดวงก่อนที่จะหยุดทำงานในปี 2018 ระบบถูกพบโดยใช้ปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วงแบบจุลภาค(gravitational microlensing) ซึ่งเป็นการทำนายจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ และเป็นดาวเคราะห์ดวงแรกที่ถูกพบจากอวกาศในวิธีนี้ การศึกษานำเสนอในวารสาร Monthly Notices of the Royal Astronomical Society และเผยแพร่ออนไลน์ใน arXiv.org

     เคปเลอร์เป็นเครื่องมือที่ทำให้แขนงดาราศาสตร์ดาวเคราะห์นอกระบบเปิดกว้าง วิธีการตรวจจับดาวเคราะห์ของมันเป็นแบบตรงไปตรงมาง่ายๆ เคปเลอร์จะจับจ้องไปที่พื้นที่สำรวจซึ่งมีดาวนับแสนดวง เพื่อตรวจจับการหรี่ลงของแสงดาวซึ่งเกิดขึ้นเพียงเล็กน้อยแต่สม่ำเสมอ ซึ่งบอกว่ามีดาวเคราะห์นอกระบบดวงหนึ่งอยู่ในวงโคจรดาวฤกษ์นี้ วิธีการนี้เรียกว่า การผ่านหน้า(transit method) และใช้งานได้ดีในการค้นหาดาวเคราะห์ใกล้ๆ ที่มีขนาดใหญ่และโคจรใกล้ดาวฤกษ์แม่ 

Kepler 

     David Specht นักศึกษาปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ ซึ่งเป็นผู้เขียนนำงานวิจัยใหม่ เพื่อที่จะหาดาวเคราะห์นอกระบบโดยใช้เลนส์จุลภาค ทีมต้องสำรวจผ่านข้อมูลเคปเลอร์ที่รวบรวมได้ระหว่างเดือนเมษายนจนถึงกรกฎาคม 2016 เมื่อกล้องได้จับตาดูดาวฤกษ์หลายล้านดวงใกล้กับใจกลางกาแลคซีเป็นปกติวิสัย เป้าหมายก็เพื่อมองหาหลักฐานดาวเคราะห์นอกระบบดวงหนึ่งและดาวฤกษ์ต้นสังกัดของมัน ซึ่งบิดเบนและขยายแสงจากดาวที่พื้นหลังเป็นการชั่วคราว เมื่อมันผ่านหน้าตามแนวสายตา

      เพื่อที่จะมองเห็นปรากฏการณ์นี้ ต้องการการเรียงตัวที่เกือบสมบูรณ์แบบระหว่างระบบดาวเคราะห์ที่พื้นหน้า กับดาวที่พื้นหลัง Eamonn Kerins ผู้นำ STFC(Science and Technology Facilities Council) ที่ให้ทุนสนับสนุนงานวิจัยนี้ กล่าว โอกาสที่ดาวที่พื้นหลังจะได้รับผลกระทบจากดาวเคราะห์อยู่ที่หนึ่งในหลายสิบหรือหลายร้อยล้าน แต่ก็มีดาวหลายร้อยล้านดวงในทิศทางใจกลางกาแลคซี ดังนั้น เคปเลอร์ก็แค่นั่งมองตลอดสามเดือน

     และเมื่อตามด้วยการพัฒนาวิธีการวิเคราะห์ที่พิเศษ ก็ได้พบว่าที่สัญญาณเมื่อปีที่แล้ว โดยใช้อัลกอริทึมสำรวจหาอันใหม่ที่นำเสนอในการศึกษาฉบับหนึ่งที่นำโดย Iain McDonald ซึ่งในขณะนั้นเป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ได้รับทุนของ STFC ทำงานกับ Dr. Kerins ท่ามกลางว่าที่สัญญาณเลนส์จุลภาค 5 แหล่งที่พบในการวิเคราะห์นั้น มีเพียงแห่งเดียวที่แสดงการบ่งชี้อย่างชัดเจนที่สอดคล้องกับการมีอยู่ของดาวเคราะห์นอกระบบในวงโคจร

ภาพสองภาพแสดงพื้นที่เดียวกันที่ถ่ายโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเคปเลอร์(ซ้าย) และกล้องโทรทรรศน์คานาดา-ฝรั่งเศส-ฮาวาย(CFHT) ขวา เคปเลอร์ให้ข้อมูลในการค้นพบดาวเคราะห์ดวงหนึ่งในพื้นที่สำรวจ อย่างไรก็ตาม CFHT ให้การยืนยันแม้ว่าจะต้องใช้อัลกอริทึมเพื่อทำให้ข้อมูลเคปเลอร์ใช้การได้

     โครงการสำรวจภาคพื้นดินนานาชาติ 5 งานก็ตรวจสอบพื้นที่เดียวกันบนท้องฟ้าในช่วงเวลาเดียวกับการสำรวจของเคปเลอร์ ที่ระยะทางราว 135 ล้านกิโลเมตรจากโลก เคปเลอร์จะได้เห็นสัญญาณผิดปกติเร็วกว่าและนานกว่าทีมสำรวจบนโลก การศึกษาใหม่ได้รวมชุดข้อมูลอย่างลำบากยากเย็น ซึ่งแสดงอย่างชัดเจนว่า สัญญาณนี้เกิดจากดาวเคราะห์นอกระบบที่ห่างไกลดวงหนี่ง ซึ่งมีมวล 1.1 เท่าดาวพฤหัสฯ โคจรรอบดาวฤกษ์แม่ด้วยวงโคจรกลมที่ 4.4 เท่าระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์(AU) ในขณะที่ระยะทางเฉลี่ยของดาวพฤหัสฯ อยู่ที่ 5.2 AU

     ความแตกต่างของมุมมองการสำรวจระหว่างเคปเลอร์กับผู้สังเกตการณ์บนโลก ช่วยให้เราคำนวณตรีโกณฯ ได้ว่าระบบดาวเคราะห์นี้อยู่ตำแหน่งใดตามแนวสายตาของเรา Kerins กล่าว เคปเลอร์ยังสามารถสำรวจโดยไม่ถูกรบกวนจากสภาพอากาศหรือกลางวันกลางคืน ช่วยให้เราได้ตรวจสอบมวลของดาวเคราะห์นอกระบบและระยะโคจรจากดาวฤกษ์แม่ได้อย่างแม่นยำ กล่าวได้ว่ามันแทบจะเป็นแฝดแท้กับดาวพฤหัสฯ ของเราในแง่ของมวลและตำแหน่งจากดวงอาทิตย์ของมัน ซึ่งมีมวล 60% ของดวงอาทิตย์ของเรา

     ในทศวรรษนี้ นาซาจะส่งกล้องโทรทรรศน์อวกาศโรมัน(Nancy Grave Roman Space Telescope) ออกสู่อวกาศ กล้องโรมันจะได้พบดาวเคราะห์นอกระบบห่างไกลหลายพันดวงโดยวิธีการเลนส์จุลภาคนี้ ปฏิบัติการยูคลิด(Euclid) ขององค์กรอวกาศยุโรป(ESA) ซึ่งมีกำหนดส่งในปีหน้า ก็น่าจะสำรวจหาดาวเคราะห์นอกระบบด้วยเลนส์จุลภาคได้เป็นส่วนเสริม

ภาพสีจาก CFHT แสดงพื้นที่สำรวจรอบๆ K2-2016-BLG-0005Lb นอก(ซ้าย) และใน(ขวา) การขยายแสง กากบาทสีม่วงระบุแหล่งเลนส์จุลภาค

     Kerins ซึ่งเป็นผู้ช่วยผู้นำกลุ่มงานวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์นอกระบบยูคลิดที่อีซา กล่าวว่า เคปเลอร์ไม่เคยถูกออกแบบมาให้ค้นหาดาวเคราะห์โดยใช้เลนส์จุลภาคเลย มันจึงน่าทึ่งที่มันก็ทำได้ ในทางตรงกันข้าม กล้องโรมันและยูคลิดซึ่งถูกออกแบบมาเพื่องานนี้ ก็จะสำรวจดาวเคราะห์ได้ครบถ้วนมากกว่าเมื่อเทียบกับเคปเลอร์ เขากล่าว เรากำลังได้เรียนรู้ว่าสถาปัตยกรรมระบบสุริยะของเรานั้นพบได้ทั่วไปแค่ไหน ข้อมูลนี้จะช่วยให้เราได้ทดสอบแนวคิดเกี่ยวกับการก่อตัวดาวเคราะห์ นี่เป็นการเริ่มบทใหม่ในการสำรวจหาพิภพแห่งอื่น

แหล่งข่าว phys.org : Kepler telescope delivers new planetary discovery from the grave
                sciencealert.com : the most distant exoplanet ever found by Kepler is …surprisingly familiar
                iflscience.com : Kepler’s most distant discovery is an almost perfect twin for Jupiter
                space.com : “dead” telescope discovers Jupiter’s twin from beyond the grave