ดาวเคราะห์ที่ก่อตัวด้วยวิธีทางเลือก

 

ภาพจากศิลปินแสดงดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ที่เพิ่งก่อตัวขึ้น AB Aurigae b นักวิจัยใช้ข้อมูลใหม่และในคลังจากกล้องฮับเบิลและกล้องโทรทรรศน์ซูบารุเพื่อยืนยันว่าดาวเคราะห์ทารกดวงนี้กำลังก่อตัวขึ้นผ่านกระบวนการที่รุนแรง ที่เรียกว่า disk instability ในลำดับเหตุการณ์การก่อตัวแบบใหญ่ไปเล็กนี้ ดิสก์ขนาดใหญ่รอบดาวฤกษ์เย็นตัวลงและแรงโน้มถ่วงก็ทำให้ดิสก์แตกออกเป็นชิ้น ซึ่งจะก่อตัวดาวเคราะห์ขึ้นมาได้

     กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลได้ถ่ายภาพหลักฐานการก่อตัวดาวเคราะห์ทารกที่คล้ายดาวพฤหัสฯ ดวงหนึ่งได้โดยตรง ในช่วงที่นักวิจัยอธิบายว่าเป็น กระบวนการที่รุนแรงและดุเดือด การค้นพบนี้สนับสนุนทฤษฎีที่มีมานานเกี่ยวกับการก่อตัวของดาวเคราะห์อย่างดาวพฤหัสฯ ในทฤษฎีที่เรียกว่า ความไร้เสถียรภาพในดิสก์(disk instability)

       พิภพแห่งใหม่ที่กำลังก่อร่างสร้างตัวนี้ยังฝังตัวอยู่ในดิสก์กำเนิดดาวเคราะห์ที่เป็นฝุ่นและก๊าซ ซึ่งมีโครงสร้างกังหันโดดเด่นหมุนไปรอบๆ ล้อมรอบดาวฤกษ์อายุน้อยดวงหนึ่งที่กำลังเจริญเติบโต ซึ่งประเมินว่ามีอายุราว 2 ล้านปี นี่เป็นอายุใกล้เคียงกับระบบสุริยะเมื่อเกิดการก่อตัวดาวเคราะห์ขึ้น(ระบบสุริยะปัจจุบันมีอายุ 4.6 พันล้านปี) ระบบนี้อยู่ค่อนข้างใกล้เพียง 508 ปีแสง Thayne Currie จากกล้องโทรทรรศน์ซูบารุ นักวิจัยนำในการศึกษานี้ กล่าวว่า ธรรมชาตินั้นฉลาดล้ำ สามารถสร้างดาวเคราะห์ได้หลากหลายวิธี

     ดาวเคราะห์ทั้งหมดประกอบขึ้นจากวัสดุสารที่มีที่มาในดิสก์รอบดาวฤกษ์ ทฤษฎีนำว่าด้วยการก่อตัวดาวเคราะห์ที่คล้ายดาวพฤหัสฯ เรียกว่า การสะสมแกนกลาง(core accretion) เป็นความพยายามจากเล็กไปใหญ่ เมื่อดาวเคราะห์ฝังตัวอยู่ในดิสก์ เจริญขึ้นจากวัตถุขนาดเล็กโดยมีขนาดตั้งแต่เม็ดฝุ่นจนเป็นก้อนหิน เมื่อพวกมันโคจรไปรอบๆ ดาวฤกษ์ดวงหนึ่งจะ ชนและยึดเกาะเข้าด้วยกันด้วยแรงไฟฟ้าสถิต จากนั้น แกนกลางจะค่อยๆ สะสมก๊าซจากดิสก์รอบข้าง

     เมื่อเทียบแล้ว ทฤษฎีความไร้เสถียรภาพในดิสก์ จะบอกถึงแบบจำลองที่เกิดจากใหญ่ไปเล็ก เมื่อดิสก์ขนาดใหญ่พบดาวฤกษ์ดวงหนึ่งเย็นตัวลง แรงโน้มถ่วงเป็นสาเหตุให้ดิสก์แตกออกอย่างรวดเร็วกลายเป็นชิ้นส่วนที่ก่อตัวดาวเคราะห์หนึ่งหรือหลายดวงขึ้นมา

การก่อตัวดาวเคราะห์เปรียบเทียบระหว่างการสะสมแกนกลาง(core accretion) กับ ความไร้เสถียรภาพ(stability) 

     การสำรวจได้เผยให้เห็นก้อนและรายละเอียดอื่นๆ ในดิสก์ที่สอดคล้องกับการก่อตัวดาวเคราะห์นอกระบบ ดาวเคราะห์ที่เพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่เอี่ยมมีชื่อว่า AB Aurigae b อาจจะมีมวลราว 9 เท่าดาวพฤหัสฯ และโคจรรอบดาวฤกษ์แม่ด้วยระยะทางที่ไกลมาก 13.8 พันล้านกิโลเมตร(93 AU) หรือกว่าสองเท่าระยะทางเฉลี่ยจากพลูโตถึงดวงอาทิตย์ ในระยะทางดังกล่าวนั้น มันน่าจะใช้เวลานานมากๆ ถ้าดาวเคราะห์ขนาดพอๆ กับดาวพฤหัสฯ จะก่อตัวขึ้นจากการสะสมแกนกลาง นี่ทำให้นักวิจัยสรุปได้ว่าความไร้เสถียรภาพในดิสก์ช่วยให้ดาวเคราะห์นี้ก่อตัวขึ้นในระยะทางที่ไกลมากนี้ และก็แตกต่างอย่างมากกับที่คาดไว้จากการก่อตัวดาวเคราะห์ด้วยวิธีสะสมแกนกลาง

     การวิเคราะห์ใหม่ได้รวมข้อมูลจากเครื่องมือสองชิ้นบนฮับเบิล คือ STIS(Space Telescope Imaging Spectrograph) และ NICMOS(Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrograph) ข้อมูลเหล่านี้ถูกนำมาเทียบกับข้อมูลจากเครื่องมือถ่ายภาพดาวเคราะห์ที่ละเอียดอ่อนที่เรียกว่า SCExAO บนกล้องโทรทรรศน์ซูบารุขนาด 8.2 เมตรบนยอดเมานาคี ฮาวาย

     ข้อมูลมากมายทั้งจากกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินและอวกาศมีความจำเป็นอย่างยิ่งยวด เนื่องจากเป็นเรื่องยากมากๆ ในการแยกแยะระหว่างดาวเคราะห์ทารก กับรายละเอียดดิสก์ที่ซับซ้อนไม่เกี่ยวข้องกับดาวเคราะห์ การแปลผลระบบนี้เป็นสิ่งที่ท้าทายอย่างสุดขั้ว Currie กล่าว นี่เป็นเหตุผลประการหนึ่งที่เราต้องการใช้ฮับเบิลในโครงการนี้ เพื่อให้ได้ภาพที่ชัดเจน เพื่อแยกแสงจากดิสก์และดาวเคราะห์ใดๆ ที่มีได้ดีขึ้น

ภาพจากศิลปินแสดงดาวเคราะห์นอกระบบขนาดใหญ่ที่เพิ่งก่อตัวขึ้น AB Aurigae b นักวิจัยใช้ข้อมูลใหม่และข้อมูลในคลังจากกล้องฮับเบิลและกล้องซูบารุเพื่อยืนยันดาวเคราะห์ทารกดวงนี้กำลังก่อตัวขึ้นผ่านกระบวนการที่รุนแรง ที่เรียกว่า disk instability ในลำดับเหตุการณ์การก่อตัวแบบใหญ่ไปเล็กนี้ ดิสก์ขนาดใหญ่รอบดาวฤกษ์เย็นตัวลงและแรงโน้มถ่วงก็ทำให้ดิสก์แตกออกเป็นชิ้น ซึ่งจะก่อตัวดาวเคราะห์ขึ้นมาได้ ประเมินว่าดาวเคราะห์มีมวลราว 9 เท่าดาวพฤหัสฯ และโคจรรอบดาวฤกษ์แม่ไกลกว่าวงโคจรพลูโตรอบดวงอาทิตย์เกิน 2 เท่า

     รายละเอียดแขนกังหันที่เราสำรวจพบในดิสก์นี้เป็นไปตามที่เราคาดไว้ถ้ามีดาวเคราะห์มวลพอๆ กับดาวพฤหัสฯ หรือสูงกว่านั้น ส่งผลต่อโครงสร้างฝุ่น Kevin Wagner นักดาราศาสตร์จากหอสังเกตการณ์สจ๊วต มหาวิทยาลัยอริโซนา กล่าว ธรรมชาติเองก็ยังยื่นมือมาช่วยด้วย เมื่อดิสก์ฝุ่นและก๊าซขนาดใหญ่โตนี้หมุนวนไปรอบๆ ดาวฤกษ์ AB Aurigae กำลังเอียงเกือบหันหน้า(face-on) เข้าหามุมมองจากโลก ทีมยังได้พบรายละเอียดในดิสก์ที่ระยะทาง 430 ถึง 580 AU จาก AB Aurigae ด้วยซึ่งบอกว่าอาจจะมีดาวเคราะห์นอกระบบกำลังก่อตัวที่ตำแหน่งดังกล่าวด้วย

     Currie เน้นย้ำว่าอายุที่ยาวนานของปฏิบัติการกล้องฮับเบิลมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในการช่วยนักวิจัยตรวจสอบวงโคจรของดาวเคราะห์ทารกดวงนี้ เดิมเขาเคยสงสัยอย่างมากว่า AB Aurigae b เป็นดาวเคราะห์จริงหรือ แต่ข้อมูลในคลังฮับเบิล รวมกับภาพถ่ายจากซูบารุ ได้เปลี่ยนความคิดในใจ เราไม่สามารถตรวจสอบการเคลื่อนที่ในเวลาเพียงหนึ่งหรือสองปี Currie กล่าว ฮับเบิลให้เวลากับเราเมื่อรวมกับข้อมูลซูบารุ ก็กินเวลา 13 ปี ซึ่งเพียงพอที่จะสามารถตรวจจับการเคลื่อนที่โคจรได้

     ผลสรุปนี้หยิบยืมการสำรวจทั้งภาคพื้นดินและอวกาศ และเราก็ต้องย้อนกลับไปสู่การสำรวจในคลังฮับเบิล Olivier Guyon จากมหาวิทยาลัยอริโซนา ทุคซอน และกล้องโทรทรรศน์ซูบารุ กล่าวเสริม ขณะนี้เมื่อมอง AB Aurigae b ในหลายช่วงความยาวคลื่น และก็มีภาพที่สอดคล้องกันอุบัติขึ้นมา เป็นภาพที่ชัดแจ้งมาก ผลสรุปของทีมเผยแพร่ใน Nature Astronomy ฉบับวันที่ 4 เมษายน

ภาพดาวฤกษ์ AB Aurigae โดยกล้องซูบารุแสดงแขนกังหันในดิสก์ และดาวเคราะห์ทารกที่เพิ่งพบใหม่ AB Aurigae b ดาวในใจกลางที่สว่างถูกบังไว้ ระบุตำแหน่งด้วย * พร้อมแสดงขนาดวงโคจรเนปจูนเปรียบเทียบ

    การค้นพบใหม่เป็นหลักฐานที่ชัดเจนว่าดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์สามารถก่อตัวขึ้นจากกลไกความไร้เสถียรภาพในดิสก์ Alan Boss จากสถาบันวิทยาศาสตร์คาร์เนกี้ ในวอชิงตัน ดีซี ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับงานวิจัยนี้กล่าวเน้น แต่เป็นคนแรกที่เสนอทฤษฎีความไร้เสถียรภาพในดิสก์ในปี 1997 ในท้ายสุด แรงโน้มถ่วงก็ชนะทุกสิ่ง เมื่อสิ่งที่เหลืออยู่จากกระบวนการก่อตัวดาวฤกษ์สุดท้ายก็ถูกดึงเข้ามารวมกันโดยแรงโน้มถ่วง เพื่อก่อตัวดาวเคราะห์ ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง

     การเข้าใจช่วงวันแรกๆ ของการก่อตัวดาวเคราะห์ที่คล้ายดาวพฤหัสฯ ช่วยให้นักดาราศาสตร์มีบริบทที่มากขึ้นสู่ความเป็นมาของระบบสุริยะของเรา การค้นพบนี้แผ้วถางทางสู่การศึกษาในอนาคตเกี่ยวกับองค์ประกอบเคมีในดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์อย่าง AB Aurigae ซึ่งรวมถึงการศึกษาที่จะทำโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ด้วย

แหล่งข่าว hubblesite.org : Hubble finds a planet forming in an unconventional way  
               sciencealert.com : this giant exoplanet is forming in a very strange way, astronomers say