ปริมาณที่ไม่สมดุลของดาวเคราะห์น้อยทรอยดาวพฤหัสฯ

 

      ดาวพฤหัสฯ ไม่ได้โคจรเพียงลำพังในเส้นทางรอบดวงอาทิตย์ ยังมีดาวเคราะห์น้อยอีกสองกลุ่มใหญ่ที่ถูกดักไว้ในบ่อปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงระหว่างดาวเคราะห์ยักษ์ดวงนี้ กับดวงอาทิตย์ โดยอยู่นำหน้าและตามหลังดาวเคราะห์อ

     กลุ่มดาวเคราะห์น้อยเหล่านั้น ซึ่งเรียกว่า ดาวเคราะห์น้อยทรอย(Trojans) ดาวพฤหัสฯ พบมากกว่า 12000 ดวงแล้วในขณะนี้ แต่ก็ยังมีปริศนาที่น่าประหลาดใจอยู่ กล่าวคือ กลุ่มนำ ที่เรียกว่า กลุ่มกรีก หรือกลุ่ม L4 นั้นมีจำนวนมากกว่า กลุ่มตามที่เรียกว่า กลุ่มทรอยหรือ L5 พอสมควร แม้ทั้งสองกลุ่มจะดูมีเสถียรภาพพอๆ กัน ซึ่งขณะนี้ทีมนักวิทยาศาสตร์ได้พบคำตอบว่า เกิดจากการเปลี่ยนแปลงระยะทางของดาวพฤหัสฯ จากดวงอาทิตย์ในช่วงแรกๆ ของระบบสุริยะ พูดให้แคบลงก็คือ การขยับจากตำแหน่งที่อยู่ใกล้กว่าออกมาที่วงโคจรปัจจุบัน

      Jian Li นักดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยหนานจิง ในจีน กล่าวว่า เราเสนอว่า การขยับออกอย่างรวดเร็วของดาวพฤหัสฯ อาจรบกวนการเรียงตัวของกลุ่มทรอย เป็นผลให้กลุ่มที่ L4 ที่การโคจรที่เสถียรกว่ากลุ่มที่ L5 กลไกนี้ซึ่งเหนี่ยวนำให้เกิดเส้นทางวิวัฒนาการที่แตกต่างกัน ในทรอยสองกลุ่มที่อยู่ร่วมวงโคจรของดาวพฤหัสฯ กลายเป็นคำอธิบายใหม่ที่เป็นธรรมชาติให้กับการสำรวจที่ไม่มีอคติ ที่ว่าดาวเคราะห์น้อยใน L4 มีจำนวนมากกว่า ที่ L5 ประมาณ 1.6 เท่า Li นำทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติ โดยรวมถึง Nikolaos Georgakarakos และนักวิจัยอื่นๆ จากสหรัฐฯ, ญี่ปุ่นและจีน  

      L4 และ L5 นั้นหมายถึง จุดลากรองจ์(Lagrange points) ซึ่งเป็นจุดที่เสถียรภาพแรงโน้มถ่วงที่เกิดระหว่างวัตถุ 2 ดวงมีปฏิสัมพันธ์กัน ระบบที่มีวัตถุสองดวงแต่ละแห่งก็มีลากรองจ์ 5 จุด ซึ่งปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงระหว่างวัตถุทั้งสองจะอยู่ในสมดุลกับแรงหนีศูนย์กลาง ที่วัตถุขนาดเล็กจะเคลื่อนไปกับพวกมัน สามในห้านั้นอยู่ตามเส้นที่เชื่อมโยงระหว่างวัตถุทั้งสอง ส่วนที่เหลืออีกสอง คือ L4 และ L5 อยู่ในเส้นทางโคจรของวัตถุขนาดเล็กในปฏิสัมพันธ์วัตถุคู่นี้ L4 นำหน้าและ L5 ตามไป  

Lagrage points Sun-Jupiter 
  

      ตามงานวิจัยหลายทศวรรษแล้ว กลุ่มกรีกและกลุ่มทรอยของดาวพฤหัสฯ ก็น่าจะมีจำนวนใกล้เคียงกัน ประชากรทั้งสองกลุ่มมีคุณสมบัติเกือบเป็นฝาแฝดกัน ในแง่ของเสถียรภาพและความอยู่รอด แต่กลุ่มกรีกกลับมีจำนวนมากกว่ากลุ่มทรอย เพื่อระบุเหตุผล Li และเพื่อนร่วมงานจึงตัดสินใจทำแบบจำลองวิวัฒนาการในช่วงต้นของดาวพฤหัสฯ โดยมีพื้นฐานจากสิ่งที่เรียกว่า ความไร้เสถียรภาพของดาวเคราะห์ยักษ์ในช่วงต้น(early gas-giant instability)

     ทฤษฎีบอกว่า ดาวพฤหัสฯ ก่อตัวขึ้นในตำแหน่งที่แตกต่างจากตำแหน่งปัจจุบันของมัน แต่ขยับเข้ามาเนื่องจากการรบกวนด้านแรงโน้มถ่วงจากดาวเคราะห์ดวงอื่นๆ ที่ช่วงต้นของความเป็นมาของระบบสุริยะ สมมุติฐาน Grand Tack ซึ่งสามารถอธิบายปัญหาหลายอย่างในระบบสุริยะ ได้บอกว่า ดาวพฤหัสฯ อพยพเข้าหาดวงอาทิตย์ และจากนั้น ก็ถอยกลับออกไปจนอยู่ในระยะทางปัจจุบัน

     จากแบบจำลองของทีม ก็สามารถจำลองความไม่สมมาตรของจำนวนประชากรทรอยทั้งสองกลุ่มขึ้นได้อีกครั้ง ในระหว่างที่เกิดการอพยพออกนอกอย่างรวดเร็ว ซึ่งจะทำให้กลุ่มทรอยหายไป ในทางตรงกันข้าม กลุ่มกรีกก็สูญหายในขณะที่มีการอพยพเข้ามา แบบจำลองของทีมบอกว่าดาวพฤหัสฯ อพยพออกนอกมากกว่าเข้าใน เป็นผลให้กลุ่มทรอยหายไปมากกว่า กลุ่มกรีกจึงมีประชากรจำนวนมากกว่า

      นี่เป็นลำดับเหตุการณ์ที่แตกต่างจากการศึกษางานหนึ่งในปี 2019 ซึ่งพบว่าความไม่สมมาตรนี้เป็นผลที่เกิดจากอพยพเข้าหาเพียงอย่างเดียว แต่มันสอดคล้องกับสมมุติฐาน Grand tack มากกว่า แบบจำลองใหม่เป็นจุดเริ่มต้นที่น่าสนใจ แต่นักวิจัยก็บอกว่ามันยังค่อนข้างหยาบ งานวิจัยในอนาคตน่าจะทำให้แบบจำลองมีความละเอียดมากขึ้น เพื่อค้นพบว่า จำนวน, ลำดับ และความยาวของการอพยพนั้นสอดคล้องกับจำนวนของดาวเคราะห์น้อยหรือไม่ นอกจากนี้ แบบจำลองปัจจุบันยังไม่ได้รวมผลที่อาจมีจากดาวเสาร์, ยูเรนัส หรือเนปจูน เลยสักดวง ซึ่งควรต้องรวมวัตถุเหล่านี้เพื่อสร้างผลสรุปที่เที่ยงตรงมากขึ้น

Grand Tack hypothesis 

      และการจำแนกดาวเคราะห์น้อยทรอยเพิ่มเติมขึ้นจะช่วยให้แจกแจงประชากรวัตถุเหล่านี้ได้เที่ยงตรงมากขึ้น ซึ่งก็จะช่วยปรับการวิเคราะห์ในอนาคตให้ถูกต้องขึ้น คุณลักษณะของระบบสุริยะในปัจจุบันยังเก็บงำปริศนาที่ยังไขไม่ได้ในการก่อตัวและวิวัฒนาการช่วงต้นไว้ Nikolaos Georgakarakos นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยนิวยอร์ค อาบู ดาบี ในสหรัฐอาหรับเอมิเรตส์ กล่าว

     ความสามารถที่จำลองเหตุการณ์หนึ่งจากช่วงต้นของการพัฒนาระบบสุริยะได้สำเร็จ และปรับใช้ผลสรุปเหล่านั้นกับคำถามในปัจจุบัน ก็จะเป็นเครื่องมือหลักเพื่อนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์และนักวิจัยอื่นๆ จะใช้เพื่อเรียนรู้เกี่ยวกับอรุณรุ่งแห่งพิภพของเราได้มากขึ้น งานวิจัยเผยแพร่ใน Astronomy & Astrophysics

 

แหล่งข่าว sciencealert.com : the mysterious asymmetry of Jupiter’s asteroids may finally be explained
                scitechdaily.com : a new explanation for the mystery of Jupiter’s asymmetrical asteroid swarms