กล้องเวบบ์ยืนยันดาวเคราะห์นอกระบบดวงแรก LHS 475b

 
หลักฐานใหม่จากกล้องเวบบ์ ภาพนี้แสดงดาวเคราะห์นอกระบบ LHS 475b ว่ามันเป็นดาวเคราะห์หินที่มีขนาดใกล้เคียงกับโลกอย่างมาก ดาวเคราะห์วิ่งไปรอบดาวฤกษ์แม่ในเวลาเพียงสองวันเท่านั้น นักวิจัยจะใช้กล้องเวบบ์ทำการสำรวจเพิ่มเติมในฤดูร้อนนี้ โดยหวังว่าจะช่วยให้สรุปได้ว่าดาวเคราะห์นี้มีชั้นบรรยากาศหรือไม่

     เป็นครั้งแรกที่นักวิจัยยืนยันการมีอยู่ของดาวเคราะห์นอกระบบดวงหนึ่งโดยใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ ดาวเคราะห์ที่มีชื่ออย่างเป็นทางการว่า LHS 475b มีขนาดพอๆ กับโลกของเรา ที่ 99% เส้นผ่าศูนย์กลางโลก

     ทีมวิจัยที่นำโดย Kevin Stevenson และ Jacob Lustig-Yaeger จากห้องทดลองฟิสิกส์ประยุกต์ มหาวิทยาลัยจอห์น ฮอบกินส์(JHUAPL) ทั้งคู่ ได้เลือกสำรวจเป้าหมายนี้ด้วยเวบบ์หลังจากตรวจสอบข้อมูลจากดาวเทียม TESS(Transiting Exoplanet Explorer Satellite) อย่างระมัดระวัง สเปคโตรกราฟอินฟราเรดใกล้(NIRSpec) ของเวบบ์ก็จับดาวเคราะห์ได้ง่ายและชัดเจนโดยทำการสำรวจผ่านหน้า(transit) เพียงสองครั้งเท่านั้น ดาวเคราะห์อยู่ที่นั่นอย่างไม่มีคำถาม ข้อมูลของเวบบ์ยืนยันมัน Lusig-Yaeger กล่าว ความจริงที่มันยังเป็นดาวเคราะห์หินขนาดเล็กนั้นที่กล้องได้พบสร้างความประทับใจ Stevenson กล่าวเสริม

     ผลสรุปจากการสำรวจพบดาวเคราะห์หินขนาดเท่าโลกเป็นครั้งแรกนี้ ยังเปิดประตูสู่ความเป็นไปได้มากมายในอนาคตในการศึกษาชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์หินด้วยกล้องเวบบ์ Mark Clampin ผู้อำนวยการแผนกดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่สำนักงานใหญ่นาซา ในวอชิงตัน ดีซี กล่าวอย่างเห็นพ้อง เวบบ์กำลังนำเราเข้าใกล้ความเข้าใจใหม่เกี่ยวกับพิภพคล้ายโลกนอกระบบสุริยะมากขึ้นเรื่อยๆ และปฏิบัติการก็เพียงแค่เริ่มต้น

     ในบรรดากล้องโทรทรรศน์ที่กำลังทำงานอยู่ทั้งหมด มีแต่เพียงเวบบ์ที่สามารถแจกแจงคุณสมบัติชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์คล้ายโลกนอกระบบได้ ทีมพยายามจะประเมินว่าชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์เป็นอย่างไร โดยการวิเคราะห์สเปคตรัมส่องผ่าน(transmission spectrum) แม้ว่าข้อมูลจะแสดงว่าเป็นดาวเคราะห์หินที่มีขนาดพอๆ กับโลก แต่พวกเขาก็ยังไม่ทราบว่ามันมีชั้นบรรยากาศอยู่หรือไม่ ข้อมูลจากเวบบ์ช่างสวยงาม Erin May จาก APLJHU กล่าว กล้องมีความไวมากจนตรวจสอบโมเลกุลชนิดต่างๆ ได้โดยง่าย แต่เราก็ยังไม่ได้ข้อสรุปใดๆ เกี่ยวกับชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์นี้

นักวิจัยพบดาวเคราะห์นอกระบบได้อย่างไร ก็โดยการสำรวจการเปลี่ยนแปลงของแสงเมื่อมันโคจรรอบดาวฤกษ์แม่ กราฟแสงจากสเปคโตรกราฟอินฟราเรดใกล้(NIRSpec) บนเวบบ์แสดงการเปลี่ยนแปลงความสว่างจากระบบ LHS 475 เมื่อดาวเคราะห์ผ่านหน้า(transit) ดาวฤกษ์แม่ในวันที่ 31 สิงหาคม 2022 ภาพกราฟฟิคแสดงการเปลี่ยนแปลงความสว่างเปรียบเทียบในระบบดาวฤกษ์-ดาวเคราะห์ ตลอด 3 ชั่วโมง สเปคตรัมแสดงว่าความสว่างของระบบที่คงที่จนกระทั่งดาวเคราะห์เริ่มต้นผ่านหน้าดาวฤกษ์ ความสว่างจึงลดลงซึ่งเป็นการบ่งชี้ว่าดาวเคราะห์กำลังเคลื่อนที่ผ่านหน้าดาวฤกษ์โดยตรง ความสว่างเพิ่มขึ้นอีกครั้งเมื่อดาวเคราะห์ไม่ได้กันแสงดาวอีกต่อไป เมื่อมันเคลื่อนผ่านไปแล้ว

      แม้ว่าทีมจะไม่สามารถสรุปสิ่งที่มีอยู่ได้ แต่พวกเขาก็บอกได้แน่ชัดว่าอะไรที่ไม่มี Lustig-Yaeger อธิบายว่า มีชั้นบรรยากาศแบบที่พบบนดาวเคราะห์หินบางส่วนที่เราตัดทิ้งไปได้ มันไม่อาจมีชั้นบรรยากาศที่อุดมด้วยมีเธนหนาทึบคล้ายกับที่มีบนดวงจันทร์ไททัน(Titan) ของดาวเสาร์ ทีมยังบอกว่าเป็นไปได้ที่ดาวเคราะห์จะไม่มีชั้นบรรยากาศ แม้จะมีองค์ประกอบชั้นบรรยากาศบางส่วนที่ยังไม่สามารถตัดออกได้ เช่น ชั้นบรรยากาศที่เป็นคาร์บอนไดออกไซด์ล้วน

     โดยปกติ ชั้นบรรยากาศที่เป็นคาร์บอนไดออกไซด์ 100% จะมีขนาดกะทัดรัดอย่างมากจนยากที่จะตรวจพบได้ Lustig-Yaeger กล่าว แม้ว่ายังต้องมีการตรวจสอบอย่างแม่นยำเพื่อแยกแยะระหว่างชั้นบรรยากาศคาร์บอนไดออกไซด์ล้วน กับการไม่มีชั้นบรรยากาศอยู่เลย นักวิจัยจึงวางแผนจะเก็บสเปคตรัมเพิ่มเติมในฤดูร้อน

      กล้องเวบบ์ยังเผยให้เห็นว่าดาวเคราะห์มีอุณหภูมิสูงกว่าโลกหลายร้อยองศา จนถ้าพบว่ามีเมฆอยู่ ก็อาจชักนำให้นักวิจัยสรุปว่าดาวเคราะห์น่าจะคล้ายกับดาวศุกร์มากกว่า ซึ่งเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และปกคลุมด้วยเมฆหนาทึบ Lustig-Yaeger กล่าวว่า เราอยู่แค่หน้ารั้วการศึกษาดาวเคราะห์หินนอกระบบขนาดเล็ก เราแค่เริ่มสะกิดเกาผิวว่าชั้นบรรยากาศของพวกมันน่าจะมีสภาพอย่างไร

      นักวิจัยยังยืนยันว่าดาวเคราะห์นี้โคจรครบรอบในเวลาเพียงสองวันเท่านั้น ซึ่งเป็นข้อมูลที่แทบจะเผยให้เห็นในทันทีจากกราฟแสงของเวบบ์ที่แม่นยำ แม้ว่า LHS 475b จะอยู่ใกล้ดาวฤกษ์แม่ของมันมากกว่าดาวเคราะห์ใดๆ ในระบบสุริยะ แต่ดาวฤกษ์แม่ที่เป็นแคระแดงวัยกลางคนก็มีอุณหภูมิไม่ถึงครึ่งหนึ่งของดวงอาทิตย์ ดังนั้น นักวิจัยจึงคิดว่ามันยังคงรักษาชั้นบรรยากาศไว้ได้

เส้นราบเรียบในสเปคตรัมแบบส่องผ่าน ก็บอกเกี่ยวกับดาวเคราะห์ได้มากมาย นักวิจัยใช้ NIRSpec สำรวจ LHS 475b ในวันที่ 31 สิงหาคม 2022 ตามที่เห็น เวบบ์ไม่ได้สำรวจพบธาตุหรือโมเลกุลใดๆ ในระดับที่ตรวจจับได้ ข้อมูล(จุดสีขาว) สอดคล้องกับสเปคตรัมที่ไร้รายละเอียดที่บอกว่าดาวเคราะห์ไม่มีชั้นบรรยากาศ(เส้นสีเหลือง) เส้นสีม่วงแสดงถึงชั้นบรรยากาศคาร์บอนไดออกไซด์ล้วน และแยกไม่ออกจากเส้นแบนในระดับความเที่ยงตรงปัจจุบัน เส้นสีเขียวแสดงชั้นบรรยากาศมีเธนล้วนซึ่งไม่สอดคล้องเลย เนื่องจากถ้ามีมีเธนอยู่ ก็น่าจะกันแสงดาวที่ 3.3 ไมครอน

      การค้นพบของทีมวิจัยได้เปิดความเป็นไปได้สู่การระบุดาวเคราะห์ขนาดพอๆ กับโลกในวงโคจรรอบดาวแคระแดงที่มีขนาดเล็กลงไปอีก การยืนยันดาวเคราะห์หินดวงนี้เน้นให้เห็นความแม่นยำของเครื่องมือของเวบบ์ Stevenson กล่าว และมันก็เป็นเพียงงานแรกๆ ในการค้นพบมากกว่าที่จะตามมา Lustig-Yaeger เห็นพ้องด้วยว่า ด้วยกล้องเวบบ์ ดาวเคราะห์หินนอกระบบจึงเป็นพรมแดนใหม่

     ไม่ว่าพิภพแห่งนี้จะมีชั้นบรรยากาศหรือไม่ บางทีสิ่งที่สำคัญกว่าก็คือข้อมูลปัจจุบันส่งผลต่อการสำรวจในอนาคตอย่างไร การตรวจสอบของเราได้บรรลุถึงความไวที่ต้องการเพื่อสามารถใช้ตรวจจับชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ขนาดพอๆ กับโลกได้ Lustig-Yaeger บอก แม้ว่าดาวเคราะห์เหล่านี้อาจจะไม่เอื้ออาศัยเลย

     การสำรวจในอนาคตทั้งพิภพที่มีชั้นบรรยากาศและไม่มี จะช่วยเปิดช่องสู่สภาวะที่อาจเป็นสาเหตุให้ดาวเคราะห์สูญเสียชั้นบรรยากาศของมันได้ เราสนใจว่าเส้นแบ่งนี้ระหว่างดาวเคราะห์ที่มีและไม่มีชั้นบรรยากาศ อยู่ตรงไหน Lustig-Yaeger กล่าว คงจะน่าสนใจที่จะได้เรียนรู้เกี่ยวกับกระบวนการที่ทำให้ดาวฤกษ์ที่แตกต่างกันมากเหล่านี้และระบบดาวเคราะห์ของพวกมันมีความแตกต่างจากระบบสุริยะของเรา

     LHS 475b อยู่ค่อนข้างใกล้โดยห่างออกไปเพียง 41 ปีแสงในกลุ่มดาวออกแทนส์(Octans) ผลสรุปของทีมนำเสนอในการแถลงข่าวที่การประชุมสมาคมดาราศาสตร์อเมริกัน วันพุธที่ 11 มกราคม 2023

แหล่งข่าว spaceref.com : Webb Space Telescope confirms its first exoplanet
                skyandtelescope.com : Webb telescope confirms Earth-sized exoplanet, tries to sniff its air