TOI-5205b ดาวเคราะห์ต้องห้าม

 

     ทีมนักดาราศาสตร์ซึ่งนำโดย Shubham Kanodia จากสถาบันคาร์เนกีเพื่อวิทยาศาสตร์ ได้พบระบบดาวเคราะห์ที่ไม่ปกติแห่งหนึ่ง ซึ่งมีดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ขนาดใหญ่ดวงหนึ่งโคจรรอบดาวฤกษ์แคระแดงอายุน้อยขนาดเล็กดวงหนึ่ง ซึ่งมีชื่อว่า TOI-5205 การค้นพบเผยแพร่ใน Astronomical Journal ได้ท้าทายความคิดที่มีมานานเกี่ยวกับการก่อตัวดาวเคราะห์

     ดาวแคระแดง(M dwarf) ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าและเย็นกว่าดวงอาทิตย์ของเรา เป็นดาวชนิดที่พบได้มากที่สุดในทางช้างเผือก เนื่องจากขนาดที่เล็ก ดาวเหล่านี้จึงร้อนเพียงครึ่งหนึ่งของดวงอาทิตย์ และมีสีแดงกว่า พวกมันมีกำลังสว่าง(luminosity) ที่ต่ำ แต่ยังมีช่วงชีวิตที่ยาวนานมากๆ ถึงหลักล้านล้านปี แม้ว่าแคระแดงจะพบดาวเคราะห์ได้มากกว่า(โดยเฉลี่ย) กว่าดาวฤกษ์ที่มีมวลสูงกว่า แต่ประวัติการก่อตัวของพวกมันก็ทำให้พวกมันไม่ว่าจะเป็นสถานที่ที่พบดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ได้

      แต่ดาวเคราะห์ที่เพิ่งค้นพบใหม่ TOI-5205b เป็นดวงแรกที่ TESS ได้จำแนกเป็นว่าที่ดาวเคราะห์ ทีมของ Kanodia ซึ่งรวมถึง Anjali Piette, Alan Boss, Johanna Teske และ John Chambers จากคาร์เนกี ก็ยืนยันสถานะความเป็นดาวเคราะห์ และจัดจำแนกมันโดยใช้เครื่องมือและอุปกรณ์ภาคพื้นดินต่างๆ นานา ดาวฤกษ์แม่ TOI-5205 มีขนาดเพียง 4 เท่าดาวพฤหัสฯ ทำให้มันมีรัศมีและมวลเพียง 40% ของดวงอาทิตย์ มันจึงไม่ควรจะก่อตัวดาวเคราะห์ขนาดพอๆ กับดาวพฤหัสฯ ได้ ซึ่งเป็นเรื่องที่ค่อนข้างสร้างความประหลาดใจ Kanodia ผู้เชี่ยวชาญในการศึกษาดาวแคระแดง บอก

    มีการค้นพบดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์รอบดาวแคระแดงอายุมากเพียงจำนวนเล็กน้อยเท่านั้น แต่กระทั่งบัดนี้ก็ไม่พบดาวแคระก๊าซยักษ์ในระบบดาวเคราะห์รอบแคระแดงมวลต่ำอย่าง TOI-5205 ในบรรดาดาวเคราะห์นอกระบบที่ยืนยันแล้วจนถึงตอนนี้ 5250 ดวง มีเพียง 240 ดวงที่กำลังโคจรรอบดาวแคระแดง แต่มีเพียงราว 12 ดวงที่มีขนาดพอๆ กับดาวพฤหัสฯ หรือใหญ่กว่า

ภาพจากศิลปินแสดงดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ขนาดใหญ่ดวงหนึ่งที่โคจรรอบดาวฤกษ์แคระแดงขนาดเล็ก TOI-5205

     เพื่อเทียบขนาดแล้ว ดาวเคราะห์ขนาดพอๆ กับดาวพฤหัสฯ โคจรรอบดาวฤกษ์ที่คล้ายดวงอาทิตย์ ก็เทียบได้กับเมล็ดถั่ววิ่งไปรอบๆ เกรพฟรุต แต่สำหรับ TOI-5205b เนื่องจากดาวฤกษ์แม่มีขนาดเล็กกว่ามาก จึงเหมือนกับเมล็ดถั่ววิ่งไปรอบๆ เลมอนทุกๆ 1.6 วัน ในความเป็นจริง เมื่อ TOI-5205b เคลื่อนที่ผ่านดาวฤกษ์แม่ มันจะกันแสงราว 7% เป็นหนึ่งในการผ่านหน้า(transit) ของดาวเคราะห์นอกระบบที่มีขนาดใหญ่ที่สุด

     ดาวเคราะห์ก่อตัวในดิสก์ก๊าซและฝุ่นที่ล้อมรอบดาวฤกษ์อายุน้อย ทฤษฎีที่ใช้กันมากที่สุดเพื่ออธิบายการก่อตัวดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ ต้องการวัสดุสารหินประมาณ 10 เท่ามวลโลกเพื่อสะสมและก่อตัวแกนหินขนาดใหญ่ ซึ่งหลังจากนั้นจะเก็บกวาดก๊าซจำนวนมหาศาลจากพื้นที่แวดล้อมในดิสก์ เพื่อก่อตัวดาวเคราะห์ยักษ์อย่างที่เราเห็นทุกวันนี้ ซึ่งแคระแดงขนาดเล็กไม่น่าจะมีวัสดุสารในดิสก์มากพอที่จะสร้างดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ภายในกรอบเวลาที่มี

      การมีอยู่ของ TOI-5205b ได้ขยายองค์ความรู้ของเราเกี่ยวกับดิสก์ที่ดาวเคราะห์เหล่านี้ก่อตัวขึ้น Kanodia อธิบาย ในตอนเริ่มต้น ถ้าไม่ได้มีวัสดุสารหินในดิสก์นี้มากพอที่จะสร้างแกนกลางแล้ว ก็คงไม่สามารถก่อตัวดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ได้ และในตอนสุดท้าย ถ้าดิสก์นี้ระเหยไปก่อนที่แกนกลางขนาดยักษ์จะก่อตัวขึ้นมา ก็ไม่สามารถก่อตัวดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ได้ด้วยเช่นกัน และ TOI-5205b ก็ไม่สามารถก่อตัวขึ้นจากข้อจำกัดเหล่านี้ได้ จากความเข้าใจปัจจุบันของเราเกี่ยวกับการก่อตัวดาวเคราะห์ TOI-5205b จึงไม่ควรจะมีอยู่ มันจึงเป็นดาวเคราะห์ต้องห้าม(forbidden planet)

      ทีมพบว่าดาวเคราะห์มีมวล 1.08 เท่า และรัศมี 1.03 เท่าดาวพฤหัสฯ มันมีรัศมี 27.2% ของดาวฤกษ์แม่ ในขณะที่ดาวฤกษ์แม่ก็มีมวลและรัศมี 39.4% และ 39.2% ดวงอาทิตย์ ตามลำดับ แม้อาจจะดูสุดขั้ว แต่ก็ไม่ได้แปลกแยก เมื่อรายงานล่าสุดที่เพิ่งอัพโหลดขึ้นเวบ arXiv เผยแพร่การค้นพบ TOI-3235b ดาวเคราะห์นอกระบบที่มีมวล 0.665 และรัศมี 1.07 เท่าดาวพฤหัสฯ ตามลำดับ โคจรรอบแคระแดงดวงหนึ่งที่มีมวลและรัศมี 39.4% และ 37% ดวงอาทิตย์ ด้วยคาบ 2.6 วัน

ดาวเคราะห์ขนาดพอๆ กับดาวพฤหัสฯ โคจรรอบดาวฤกษ์ที่คล้ายดวงอาทิตย์ ก็เมื่อเมล็ดถั่ววิ่งไปรอบๆ เกรพฟรุท แต่สำหรับ TOI-5205b เนื่องจากดาวฤกษ์แม่มีขนาดเล็กกว่ามาก มันจึงดูเหมือนเมล็ดถั่ววิ่งไปรอบๆ เลมอน

      และในปี 2021 นักดาราศาสตร์ได้ประกาศการค้นพบ TOI-519b ดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ที่มีมวลถึง 14 เท่าและรัศมี 1.07 เท่าดาวพฤหัสฯ โคจรรอบแคระแดงที่มีมวลและรัศมี 37% ดวงอาทิตย์ ด้วยคาบ 1.27 วัน ดังนั้น ดาวเคราะห์นอกระบบเหล่านี้มีอยู่จริงแต่ก็พบได้ยาก แต่ก็สำคัญต่อการวิจัยในอนาคต โชคดีที่การผ่านหน้าของดาวเคราะห์เหล่านี้บังดาวฤกษ์ได้ลึก ทำให้มันเป็นดาวเคราะห์ที่เหมาะสมมากๆ ที่จะใช้ในการสำรวจของกล้องเวบบ์ในอนาคต ซึ่งจะช่วยเปิดช่องสู่ชั้นบรรยากาศและอาจจะให้เงื่อนงำเพิ่มเติมเกี่ยวกับปริศนาการก่อตัวของมัน

    

แหล่งข่าว phys.org : “forbidden” planet orbiting small star challenges gas giant formation theories
                sciencealert.com : this planet is way too big to be orbiting this teeny tiny star
                universetoday.com : the planet that shouldn’t exist