Kepler-1658b ดาวเคราะห์ที่กำลังหมุนวนเข้าหาความตาย

 

ภาพจากศิลปินแสดงดาวฤกษ์ก๊าซยักษ์ที่คล้ายดาวพฤหัสฯ แต่อยู่ในวงโคจรประชิดรอบดาวฤกษ์แม่ของมันมากกว่าวงโคจรดาวพุธรอบดวงอาทิตย์(เรียกดาวเคราะห์ชนิดนี้ว่า hot Jupiters) กำลังโคจรเข้าใกล้ดาวฤกษ์แม่มากขึ้นจนน่าจะถูกทำลายในที่สุด

     เป็นครั้งแรกที่นักดาราศาสตร์ได้พบดาวเคราะห์นอกระบบดวงหนึ่งที่วงโคจรของมันกำลังสลายตัวรอบๆ ดาวฤกษ์เก่าแก่ดวงหนึ่ง พิภพที่โคจรใกล้มากขึ้นเรื่อยๆ มีจุดจบจะชนและถูกดาวฤกษ์ของมันทำลาย การค้นพบนี้ให้หลักฐานกระบวนการสลายวงโคจรดาวเคราะห์ที่ค้นหากันมานาน โดยเป็นครั้งแรกที่ได้พบระบบดาวเคราะห์ที่อยู่ในช่วงปลายของวิวัฒนาการ

      การถูกดาวฤกษ์แม่ทำลายเป็นชะตากรรมที่คิดกันว่ารอคอยพิภพหลายแห่ง และอาจจะรวมถึงชะตากรรมของโลกในอีกหลายพันล้านปีข้างหน้าเมื่อดวงอาทิตย์ของเรามีอายุมากขึ้น Shreyas Vissapragada นักวิจัยที่ศูนย์ฮาร์วาร์ดสมิธโซเนียนเพื่อดาราศาสตร์ฟิสิกส์(CfA) และผู้เขียนนำการศึกษาใหม่ที่อธิบายผลสรุป กล่าวว่า เราเคยได้ตรวจพบหลักฐานดาวเคราะห์นอกระบบที่หมุนวนเข้าหาดาวฤกษ์แม่ของพวกมัน แต่เราไม่เคยได้เห็นดาวเคราะห์ลักษณะเดียวกันรอบดาวอายุมากมาก่อนเลย ทฤษฎีได้ทำนายว่าดาวที่มีอายุมากจะมีประสิทธิภาพในการดึงพลังงานจากวงโคจรดาวเคราะห์ของพวกมัน และขณะนี้เราได้สามารถทดสอบทฤษฎีนี้ได้จากการสำรวจ การค้นพบเผยแพร่ใน The Astrophysical Journal Letters

     ดาวเคราะห์โชคร้ายดวงนี้คือ Kepler-1658b ตามที่ชื่อระบุนักดาราศาสตร์ได้พบมันด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเคปเลอร์ ซึ่งเป็นปฏิบัติการบุกเบิกการตามล่าดาวเคราะห์ซึ่งส่งออกเมื่อปี 2009 ที่แปลกก็คือพิภพแห่งนี้ยังเป็นว่าที่ดาวเคราะห์นอกระบบดวงแรกสุดที่เคปเลอร์ได้สำรวจด้วย แต่ต้องใช้เวลายืนยันเกือบหนึ่งทศวรรษว่าดาวเคราะห์นี้มีอยู่จริง ทำให้ช่วงเวลาที่วัตถุเข้าสู่บัญชีรายชื่อเคปเลอร์อย่างเป็นทางการ ก็อยู่ที่ลำดับ 1658

     Kepler-1658b เป็นดาวเคราะห์ที่เรียกว่า พฤหัสร้อน(hot-Jupiter) ซึ่งเป็นดาวเคราะห์ที่มีมวลและขนาดพอๆ กับดาวพฤหัสฯ แต่อยู่ในวงโคจรระยะประชิดรอบดาวฤกษ์แม่จึงมีอุณหภูมิสูงมาก สำหรับ Kepler-1658b ระยะทางเพียงหนึ่งในแปดส่วนวงโคจรดาวพุธรอบดวงอาทิตย์เท่านั้น สำหรับพฤหัสร้อนและดาวเคราะห์อื่นๆ ที่คล้าย Kepler-1658b นั้นก็จัดว่าใกล้กับดาวฤกษ์แม่อย่างมาก การสลายตัวของวงโคจรจะนำไปสู่การทำลาย

      การตรวจสอบการสลายตัวของวงโคจรดาวเคราะห์นอกระบบเป็นสิ่งท้าทายนักวิจัยเนื่องจากกระบวนการเกิดขึ้นช้ามากๆ และค่อยเป็นค่อยไป ในกรณีของ Kepler-1658b จากการศึกษาใหม่บอกว่า คาบการโคจรไม่ถึงสามวัน กำลังลดลงด้วยอัตราราว 131 มิลลิวินาที(แบ่งหนึ่งวินาทีเป็นหนึ่งพันส่วน) ต่อปี โดยวงโคจรที่สั้นลงบ่งบอกว่าดาวเคราะห์กำลังเคลื่อนที่ใกล้ดาวฤกษ์แม่มากขึ้น ถ้ามันยังคงหมุนวนเข้าหาดาวฤกษ์แม่ด้วยอัตรานี้ ดาวเคราะห์จะชนกับดาวแม่ในอีกไม่ถึงสามล้านปีข้างหน้า

image credit: SlideShare

     การตรจสอบคาบที่สั้นลงต้องการการสำรวจอย่างระมัดระวังตลอดหลายปี การเฝ้าดูเริ่มที่เคปเลอร์และจากนั้นก็ส่งต่อมาที่กล้องโทรทรรศน์เฮลที่หอสังเกตการณ์พาโลมาร์ ในคาลิฟอร์เนียใต้ และสุดท้ายด้วย TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite) ซึ่งส่งออกสู่อวกาศในปี 2018 อุปกรณ์ทั้งสามต่างก็จับตาดูการผ่านหน้า(transit) ซึ่งอธิบายเมื่อดาวเคราะห์นอกระบบดวงหนึ่งเคลื่อนที่ข้ามผิวหน้าดาวฤกษ์ของมัน และเป็นสาเหตุให้แสงดาวสลัวลงเล็กน้อย ตลอดช่วง 13 ปีที่ผ่านมา ช่วงห่างระหว่างการผ่านหน้าแต่ละครั้งของ Kepler-1658b สั้นลงเล็กน้อยอย่างคงที่

      สาเหตุที่ Kepler-1658b ต้องพบกับการสลายตัวของวงโคจรก็เพราะแรงบีบฉีก(tidal force) แบบเดียวกับที่ทำให้เกิดน้ำขึ้นน้ำลงในมหาสมุทรบนโลก แรงบีบฉีกเกิดขึ้นจากปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงระหว่างวัตถุที่หมุนรอบตัว 2 ดวง เช่น ระหว่างโลกของเรากับดวงจันทร์ หรือ Kepler-1658b กับดาวฤกษ์แม่ของมัน แรงโน้มถ่วงของวัตถุจะรบกวนรูปร่างของกันและกัน และเมื่อวัตถุตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ ก็จะปลดปล่อยพลังงานออกมา ซึ่งขึ้นอยู่กับระยะห่าง, ขนาด และอัตราการหมุนรอบตัวของวัตถุที่เกี่ยวข้อง ปฏิสัมพันธ์เหล่านี้เป็นผลให้วัตถุผลักกันและกันเหมือนในกรณีดวงจันทร์ของโลกที่ค่อยๆ ถอยห่างออกไป หรือขยับเข้ามาอย่างกรณี Kepler-1658b

       แต่ก็ยังคงมีนักวิจัยอีกจำนวนมากที่ไม่เข้าใจเกี่ยวกับพลวัตเหล่านี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแบบดาวฤกษ์-ดาวเคราะห์ การศึกษาระบบ Kepler-1658 ต่อไปน่าจะช่วยได้

     ดาวฤกษ์ดวงนี้ได้พัฒนาตัวไปถึงจุดในวัฎจักรชีวิตที่มันเริ่มขยายตัว และเข้าสู่สถานะที่นักดาราศาสตร์เรียกว่า กึ่งยักษ์(subgiant phase) โครงสร้างภายในของดาวที่พัฒนาแล้วน่าจะมีความพร้อมที่นำไปสู่การสลายพลังงานโคจรที่ดึงมาจากวงโคจรดาวเคราะห์ในสังกัด เทียบกับดาวฤกษ์ที่ยังไม่พัฒนา(หรือดาวในวิถีหลัก) อย่างดวงอาทิตย์ นี่จะเร่งกระบวนการสลายตัวของวงโคจร ทำให้ศึกษามันในช่วงชีวิตมนุษย์ได้ง่ายขึ้น

      ผลสรุปน่าจะช่วยอธิบายความแปลกประหลาดรอบๆ Kepler-1658b ซึ่งดูเหมือนจะสว่างกว่าและร้อนกว่าที่คาดไว้ ปฏิสัมพันธ์แรงบีบฉีกที่ทำให้วงโคจรดาวเคราะห์หดลงยังอาจจะแงะพลังงานภายในดาวเคราะห์ออกมาเพิ่มเติมด้วย Vissapragada ชี้ให้เห็นเหตุการณ์คล้ายๆ กันกับดวงจันทร์ไอโอ(Io) ของดาวพฤหัสฯ ซึ่งเป็นวัตถุที่มีกิจกรรมภูเขาไฟรุนแรงที่สุดในระบบสุริยะ แรงดึงและผลักจากความโน้มถ่วงของดาวพฤหัสฯ ต่อไอโอได้ทำให้ภายในดวงจันทร์หลอมเหลว หินที่หลอมเหลวก็จะปะทุออกมาบนพื้นผิวร้อนระอุคล้ายพิซซา ที่เต็มไปด้วยกองกำมะถันสีเหลืองและลาวาสีแดงสด

ชะตากรรมที่น่าจะเป็นของระบบสุริยะเมื่อดวงอาทิตย์แก่ชรากลายเป็นดาวยักษ์แดง มันจะพองตัวจนถึงวงโคจรโลก 

     การสำรวจ Kepler-1658b เพิ่มเติมน่าจะเผยช่องสู่ปฏิสัมพันธ์วัตถุได้มากขึ้น และเมื่อ TESS ถูกกำหนดให้จับตาดูดาวฤกษ์ใกล้ๆ หลายพันดวง Vissapragada และเพื่อนร่วมงานคาดว่ากล้องจะได้พบดาวเคราะห์นอกระบบที่กำลังไหลเข้าหาดาวฤกษ์แม่ของมันได้อีก ขณะนี้ที่เรามีหลักฐานการหมุนวนเข้าหาของดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์ที่พัฒนาแล้ว เราจึงสามารถเริ่มปรับปรุงแบบจำลองฟิสิกส์แรงบีบฉีก ระบบ Kepler-1658 สามารถทำหน้าที่เป็นห้องทดลองไปได้อีกหลายปี และถ้าโชคดี ในไม่ช้าคงมีห้องทดลองอื่นๆ เพิ่มเติมอีก

     แล้วโลกจะเดินหน้าในชะตากรรมเดียวกันนี้หรือไม่ในอีก 5 พันล้านปีข้างหน้า เมื่อดวงอาทิตย์ของเราจะพัฒนาเป็นดาวยักษ์แดง(red giant) กระบวนการสลายวงโคจรอย่างที่เกิดกับ Kepler-1658b ก็จะทำให้วงโคจรโลกค่อยๆ สลายตัด้วย แต่ผลกระทบนี้จะถูกหักล้างจากการสูญเสียมวลของดวงอาทิตย์ ชะตากรรมสุดท้ายของโลกจึงยังไม่แน่ชัด

 

แหล่งข่าว phys.org : alien planet found spiraling to its doom around an aging star   
               phys.org : planet spiraling into star may offer glimpse into Earth’s end
                space.com : doom-spiraling exoplanet will someday meet fiery demise