ซุปเปอร์ดาวพุธสองดวงในระบบเดียวกัน

ภาพจากศิลปินแสดงระบบที่มีดาวเคราะห์ 5 ดวง

     ในขณะที่สำรวจระบบดาว HD 23472 ด้วยสเปคโตรกราฟ ESPRESSO ทีมที่นำโดยนักวิจัยจากสถาบันดาราศาสตร์ฟิสิกส์และวิทยาศาสตร์อวกาศ(IA3) Susana Barros ได้พบดาวเคราะห์ชนิดซุปเปอร์เอิร์ธ(super-Earths) สามดวง และซุปเปอร์ดาวพุธ(super-Mercuries) อีกสองดวง ดาวเคราะห์นอกระบบชนิดหลังนี้พบได้ยากมาๆ เมื่อรวมกับของใหม่สองดวงนี้ ก็จะมีซุปเปอร์ดาวพุธที่พบแล้วรวมเพียง 8 ดวงเท่านั้น

     จุดประสงค์ในการศึกษาซึ่งเผยแพร่ในวารสาร Astronomy & Astrophysics ก็คือเพื่อแจกแจงองค์ประกอบของดาวเคราะห์ขนาดเล็ก และเข้าใจว่าองค์ประกอบเปลี่ยนแปลงตามตำแหน่ง, อุณหภูมิดาวเคราะห์ และคุณสมบัติของดาวฤกษ์อย่างไร Barros บอกว่าทีมตั้งเป้าที่จะศึกษาการเปลี่ยนผ่านระหว่างการมีหรือไม่มีชั้นบรรยากาศ ซึ่งน่าจะเกี่ยวข้องกับการระเหยชั้นบรรยากาศอันเนื่องจากการแผ่รังสีของดาวฤกษ์ ทีมพบว่าระบบรอบดาวฤกษ์แคระส้มซึ่งอยู่ห่างออกไปเพียง 130 ปีแสงแห่งนี้ มีซุปเปอร์เอิร์ธ 3 ดวงที่มีชั้นบรรยากาศ และซุปเปอร์ดาวพุธอีก 2 ดวงซึ่งเป็นดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้ดาวฤกษ์แม่มากที่สุด

     ในบรรดาดาวเคราะห์ทั้งห้าของ HD 23472 มีสามดวงที่มีมวลต่ำกว่าโลก พวกมันจึงเป็นดาวเคราะห์นอกระบบที่มีมวลเบาที่สุดเท่าที่เคยตรวจสอบโดยใช้วิธีการความเร็วแนวสายตา(radial velocity method) ซึ่งเป็นไปได้ก็เพราะความแม่นยำสูงมากของ ESPRESSO ที่ติดตั้งบนกล้องโทรทรรศน์ใหญ่มาก(VLT) ในชิลี และการมีซุปเปอร์ดาวพุธไม่ใช่แค่หนึ่ง แต่สองดวง ก็ทำให้ทีมอยากจะตรวจสอบเพิ่มเติม

     ซึ่งน่าจะบอกได้คร่าวๆ จากการคำนวณความหนาแน่นของดาวเคราะห์ โดยใช้ข้อมูลจากทั้งวิธีการความเร็วแนวสายตา และการผ่านหน้า(transit method) ข้อมูลการผ่านหน้าจะบอกว่า แสงของดาวฤกษ์แม่ถูกดาวเคราะห์กั้นไว้มากน้อยแค่ไหน ซึ่งจะบอกขนาดทางกายภาพ ในขณะที่ข้อมูลความเร็วแนวสายตาจะบอกถึงแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อดาวฤกษ์แม่ ซึ่งจะให้ค่ามวล แล้วนำค่าที่ได้มาคำนวณความหนาแน่น

      ปฏิบัติการนักล่าดาวเคราะห์ TESS ซึ่งใช้วิธีการผ่านหน้าได้พบดาวเคราะห์สองดวงแรกรอบ HD 23472 เมื่อไม่กี่ปีก่อน และการสำรวจติดตามผลก็ยืนยันการมีอยู่ของทั้งสองดวง และยังตรวจสอบว่าที่ดาวเคราะห์อีกสองดวงเพิ่มเติมด้วย ในขณะที่การตรวจสอบความเร็วแนวสายตาโดย ESPRESSO ระหว่างเดือนกรกฎาคม 2019 และเมษายน 2021 ได้พบหลักฐานดาวเคราะห์ดวงที่ห้าที่โคจรใกล้ดาวฤกษ์ในระบบี้ จากนั้นในเดือนตุลาคม 2021 TESS ก็เก็บสัญญาณการผ่านหน้าจากดาวเคราะห์ดวงที่ห้านี้ได้

หมายเหตุ ระบบดาวเคราะห์ของ HD 23472 จากใกล้ที่สุดไปไกลที่สุดดังนี้

·        HD 23472d มีคาบการโคจร 3.98 วัน, รัศมี 0.75 เท่าโลก และมวล 0.54 เท่าโลก

·        HD 23472e(พบล่าสุด) มีคาบ 7.9 วัน รัศมี 0.82 เท่าโลก และมวล 0.76 เท่าโลก

·        HD 23472f คาบการโคจร 12.16 วัน รัศมี 1.13 เท่าโลก และมวล 0.64 เท่าโลก

·        HD 23472b คาบการโคจร 17.67 วัน รัศมี 2.01 เท่าโลก และมวล 8.42 เท่าโลก

·        HD 23472c คาบการโคจร 29.8 วัน รัศมี 1.85 เท่าโลก และมวล 3.37 เท่าโลก

ความหนาแน่นของดาวเคราะห์หินเป็นผลจากสัดส่วนมวลเหล็กเทียบกับซิลิเกตจากดิสก์ก่อกำเนิดดาวเคราะห์ เส้นทึบสีดำแสดงความสัมพันธ์ของดาวเคราะห์นอกระบบที่พบ(จุดสีฟ้า) ไม่รวมดาวเคราะห์ที่อาจเป็นซุปเปอร์ดาวพุธ(จุดสีน้ำตาล) สัญลักษณ์สีดำแสดงดาวเคราะห์ในระบบสุริยะของเรา จากบนลงล่างคือ ดาวพุธ, ดาวอังคาร, โลกและดาวศุกร์

     ดาวพุธในระบบสุริยะของเรา มีแกนกลางที่ค่อนข้างใหญ่และมีชั้นเนื้อ(mantle) ที่เล็กกว่าดาวเคราะห์อื่นๆ แต่นักดาราศาสตร์ก็ไม่ทราบว่าเป็นเพราะอะไร คำอธิบายที่เป็นไปได้มีทั้งเกิดขึ้นจากการชนครั้งใหญ่ที่กำจัดแมนเทิลดาวพุธส่วนหนึ่งออกไป หรือแมนเทิลส่วนหนึ่งของดาวพุธอาจจะระเหยไปเนื่องจากอุณหภูมิที่สูงของดาวเคราะห์ ที่น่าประหลาดใจก็คือ เพิ่งได้พบดาวเคราะห์นอกระบบที่มีคุณลักษณะคล้ายกันที่เรียกว่า ซุปเปอร์ดาวพุธ เมื่อเร็วๆ นี้

     Barros กล่าวว่า เป็นครั้งแรกที่เราได้พบระบบที่มีซุปเปอร์ดาวพุธสองดวง นี่ช่วยให้เราได้เงื่อนงำว่าดาวเคราะห์เหล่านี้ก่อตัวได้อย่างไร ซึ่งจะช่วยเราให้ตัดความน่าจะเป็นบางส่วนทิ้งไปได้ ยกตัวอย่างเช่น ถ้าการชนมีขนาดใหญ่มากพอที่จะสร้างซุปเปอร์ดาวพุธ ก็เป็นไปไม่ได้อย่างยิ่งแล้ว การชนครั้งใหญ่ 2 ครั้งในระบบเดียวกันดูจะเป็นไปไม่ได้อย่างมาก เรายังคงไม่ทราบว่าดาวเคราะห์เหล่านี้ก่อตัวได้อย่างไร แต่มันก็ดูเหมือนจะเชื่อมโยงกับคุณสมบัติของดาวฤกษ์แม่เอง ระบบแห่งใหม่นี้ช่วยเราตอบคำถาม

กล้องมุมกว้างบนยาน MESSENGER ถ่ายภาพดาวพุธ    

     Olivier Demangeon สมาชิกทีมจาก IA & DFA-FCUP กล่าวว่า การเข้าใจว่าซุปเปอร์ดาวพุธทั้งสองนี้ก่อตัวอย่างไร จะต้องจำแนกองค์ประกอบของดาวเคราะห์เหล่านี้ให้ได้ ซึ่งน่าจะบอกได้คร่าวๆ จากการคำนวณความหนาแน่นของดาวเคราะห์ โดยใช้ข้อมูลจากทั้งวิธีการความเร็วแนวสายตา และการผ่านหน้า(transit method) ข้อมูลการผ่านหน้าจะบอกว่า แสงของดาวฤกษ์แม่ถูกดาวเคราะห์กั้นไว้มากน้อยแค่ไหน ซึ่งจะบอกขนาดทางกายภาพ ในขณะที่ข้อมูลความเร็วแนวสายตาจะบอกถึงแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อดาวฤกษ์แม่ ซึ่งจะให้ค่ามวล แล้วนำค่าที่ได้มาคำนวณความหนาแน่น

     เนื่องจากดาวเคราะห์เหล่านี้มีรัศมีที่เล็กกว่าโลก เครื่องมือในปัจจุบันไม่ได้มีความไวพอที่จะตรวจสอบองค์ประกอบพื้นผิวของพวกมัน หรือการมีอยู่และองค์ประกอบของชั้นบรรยากาศที่อาจจะมี กล้องรุ่นต่อไปอย่าง ELT(Extremely Large Telescope) และสเปคโตรกราฟความละเอียดสูงของกล้องนี้ ANDES7 จะให้ทั้งความไวและความแม่นยำเพื่อบรรลุถึงการสำรวจเหล่านั้น แต่เป้าหมายสุดท้ายจริงๆ ก็คือ การค้นหาโลกอื่นๆ การมีชั้นบรรยากาศให้เรามีแง่มุมสู่การก่อตัวและวิวัฒนาการของระบบ และยังมีนัยยะต่อความสามารถในการเอื้ออาศัยได้ของดาวเคราะห์ ฉันอยากจะขยับขยายการศึกษาประเภทนี้ออกไปสู่ดาวเคราะห์คาบยาวขึ้น ซึ่งน่าจะมีอุณหภูมิที่เป็นมิตรมากกว่า Barros กล่าว

แหล่งข่าว phys.org : two rare super-Mercuries discovered in the same star system
                sciencealert.com : 2 incredibly rare exoplanets could give us insights about a planet close to home