ขั้นแรกสุดสู่การก่อตัวดาวเคราะห์

 

ภาพความแรงการเปล่งคลื่นวิทยุจากดิสก์รอบ DG Taurus ซึ่งสำรวจโดย ALMA ยังไม่พบการก่อตัวโครงสร้างคล้ายวงแหวนขึ้นในดิสก์ ซึ่งบอกว่ามันยังไม่มีการก่อตัวดาวเคราะห์ขึ้น

      การไขปริศนาว่าดาวเคราะห์ที่คล้ายโลกก่อตัวได้อย่างไรนั้น เป็นคำถามที่สำคัญเพื่อความเข้าใจกำเนิดของสิ่งมีชีวิต คิดกันว่า ดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นในก๊าซและฝุ่นในห้วงอวกาศที่รวบรวมไว้เป็นดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์(protoplanetary disk) รอบดาวฤกษ์ทารก(protostar) ดวงหนึ่ง แต่ก็ยังคงไม่ชัดเจนว่าการก่อตัวดาวเคราะห์เริ่มต้นที่ใด, เมื่อใด และอย่างไร

     ในทางตรงกันข้าม เป็นที่ทราบว่าเมื่อมีดาวเคราะห์ดวงหนึ่งก่อตัวขึ้นในดิสก์ แรงโน้มถ่วงของมันจะสร้างรูปแบบคล้ายวงแหวนขึ้นในดิสก์ ในความเป็นจริงแล้ว การสำรวจด้วย ALMA ได้เผยให้เห็นโครงสร้างวงแหวนลักษณะเช่นนั้นในดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์หลายแห่ง ซึ่งบ่งบอกถึงการมีอยู่ของดาวเคราะห์

     เพื่อที่จะศึกษากระบวนการก่อตัวดาวเคราะห์ จึงจำเป็นที่ต้องพิจารณารายละเอียดในดิสก์ซึ่งยังไม่มีดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นมา อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความยากลำบากในการค้นหาดิสก์ที่ไร้สัญญาณของดาวเคราะห์ และศึกษาพวกมันในรายละเอียด เราจึงไม่เคยมีภาพอันชัดเจนว่าการก่อตัวดาวเคราะห์เริ่มต้นขึ้นได้อย่างไร ในการศึกษาใหม่ที่เผยแพร่ใน Astrophysical Journal ทีมวิจัยนานาชาติมุ่งเป้าไปที่ดาวฤกษ์ทารกอายุค่อนข้างน้อย DG Taurus และศึกษาดิสก์รอบดาวฤกษ์ทารกดวงนี้ในรายละเอียดด้วย ALMA

     พวกเขาสำรวจการกระจายของความเข้มการเปล่งคลื่นวิทยุที่ 1.3 มิลลิเมตรจากฝุ่นในดิสก์ด้วยความละเอียดสูงมากถึง 0.04 อาร์ควินาที และจำแนกรายละเอียดในดิสก์ได้ ผลที่ได้แสดงว่าดิสก์รอบ DG Tau นั้นราบเรียบและขาดแคลนรูปแบบวงแหวนอย่างที่พบในดิสก์รอบๆ ดาวฤกษ์ทารกที่มีอายุมากกว่า นี่บ่งชี้ว่ายังไม่มีดาวเคราะห์ในดิสก์ของ DG Tau และภาพที่ได้ก็อาจเป็นคืนวันก่อนการก่อตัวดาวเคราะห์

     ต่อมา นักวิจัยก็สำรวจดิสก์ในช่วงความยาวคลื่นที่ต่างออกไป(0.87, 1.3 และ 3.1 มิลลิเมตร) และสำรวจคลื่นวิทยุและความเข้มการเกิดโพลาไรซ์ อัตราส่วนของความเข้มคลื่นวิทยุในช่วงความยาวคลื่นที่ต่างกันและความเข้มของการเกิดโพลาไรซ์ของคลื่นวิทยุที่กระเจิงโดยฝุ่น จะเปลี่ยนไปขึ้นอยู่กับขนาดของฝุ่นและความหนาแน่นของฝุ่น ดังนั้น ก็สามารถประเมินการกระจายของขนาดและความหนาแน่นโดยการเปรียบเทียบผลจากการสำรวจ กับแบบจำลองเสมือนจริงซึ่งมีขนาดฝุ่นและความหนาแน่นที่แตกต่างกันไป

(บน) แผนที่ความแรงคลื่นวิทยุของดิสก์ DG Tau ที่ความยาวคลื่น 0.87, 1.3 และ 3.1 มิลลิเมตร ซึ่งสำรวจโดย ALMA และแผนที่ความแรงของการเกิดโพลาไรซ์ในคลื่นวิทยุที่กระเจิงโดยฝุ่นที่ความยาวคลื่น 0.87 และ 3.1 มิลลิเมตร แบบจำลองเสมือนจริง(ล่าง) ที่ใช้ภาพที่สอดคล้องที่สุดกับการสำรวจด้านบน

     ผลที่ได้แสดงการแพร่กระจายของฝุ่นซึ่งเป็นวัสดุสารที่ก่อตัวดาวเคราะห์กำลังเพิ่มขึ้น แบบจำลองเสมือนจริงที่สอดคล้องที่สุดบอกว่า ฝุ่นมีขนาดใหญ่ขึ้นที่ส่วนนอกของดิสก์(เลยจากระยะทางราว 40 AU ไกลกว่าวงโคจรเนปจูนรอบดวงอาทิตย์เล็กน้อย) มากกว่าในส่วนใน ซึ่งบ่งชี้ว่ากระบวนการก่อตัวดาวเคราะห์ที่นั่นพัฒนาไปมากกว่า

     ทฤษฎีการก่อตัวดาวเคราะห์ได้บอกว่าการก่อตัวดาวเคราะห์เริ่มต้นขึ้นในดิสก์ส่วนใน แต่ผลสรุปจากการศึกษานี้ค้านกับสิ่งที่คาดไว้ และบ่งชี้ว่าการก่อตัวดาวเคราะห์อาจจะเริ่มจากดิสก์ส่วนนอก ในทางตรงกันข้าม อัตราส่วนก๊าซต่อฝุ่นในดิสก์ส่วนในก็สูงเป็น 10 เท่าของอัตราส่วนในห้วงอวกาศ แม้ว่าขนาดของฝุ่นจะเล็กกว่า ยิ่งกว่านั้น อนุภาคฝุ่นเหล่านี้ไปรวมกันอยู่ที่ระนาบกลางของดิสก์ ซึ่งบอกว่าดิสก์กำลังอยู่ในกระบวนการสะสมมวลสารเพื่อก่อตัวดาวเคราะห์ เป็นไปได้ว่าการสะสมฝุ่นนี้อาจจะเหนี่ยวนำให้เกิดการก่อตัวดาวเคราะห์ในอนาคต

     การสำรวจเหล่านี้เป็นไปได้ก็เพราะความละเอียดที่สูงสุดขั้วมากของ ALMA เช่นเดียวกับการสำรวจคลื่นวิทยุที่เปล่งออกจากฝุ่น ซึ่งรวมแสงโพลาไรซ์ใน 3 ช่วงความยาวคลื่น นี่เป็นครั้งแรกที่ได้สำรวจขนาดและความหนาแน่นของฝุ่นใน “ดิสก์เรียบ” ที่ไม่มีสัญญาณการก่อตัวดาวเคราะห์ จะเป็นข้อมูลใหม่เกี่ยวกับแหล่งก่อตัวดาวเคราะห์ ที่ไม่สามารถทำนายไว้ในการศึกษาหรือการสำรวจดิสก์ที่มีสัญญาณการก่อตัวดาวเคราะห์ก่อนหน้านี้

     เมื่อถามความเห็นถึงความสำคัญของงานวิจัยนี้ Satoshi Ohashi บอกว่า โดยรวมแล้ว ALMA ประสบความสำเร็จในการจับโครงสร้างดิสก์ที่หลากหลาย และได้เผยถึงการมีอยู่ของดาวเคราะห์ อย่างไรก็ตาม ในทางตรงกันข้ามเพื่อที่จะตอบคำถามว่า การก่อตัวดาวเคราะห์เริ่มต้นขึ้นที่ใด ก็สำคัญที่ต้องสำรวจดิสก์เรียบที่ไม่มีสัญญาณการก่อตัวดาวเคราะห์ เราเชื่อว่าการศึกษานี้มีความสำคัญอย่างมากเนื่องจากมันเผยให้เห็นสภาวะตั้งต้นสำหรับการก่อตัวดาวเคราะห์

แหล่งข่าว phys.org : astronomers discover first step toward planet formation