ภาพจากกล้องอินฟราเรดใกล้(NIRCam) ของเวบบ์แสดงกระจุกดาว IC 348
ดาวแคระน้ำตาล(brown dwarfs) เป็นวัตถุที่อยู่กึ่งกลางระหว่างดาวฤกษ์กับดาวเคราะห์ พวกมันก่อตัวขึ้นมาเหมือนกับดาวฤกษ์ โดยบีบอัดตัวหนาแน่นมากพอที่จะยุบตัวลงภายใต้แรงโน้มถ่วง แต่พวกมันก็ไม่เคยมีความหนาแน่นและร้อนมากพอที่จะเริ่มหลอมไฮโดรเจนและเปลี่ยนเป็นดาวฤกษ์ที่แท้จริงได้(จึงเรียกแคระน้ำตาลอีกชื่อว่า ดาวฤกษ์แท้ง; failed star) ที่ปลายด้านเบาสุด ดาวฤกษ์มีมวลเบาที่สุดอยู่ที่ราว 80 ถึง 85 เท่าดาวพฤหัสฯ แต่ดาวแคระน้ำตาลบางดวงก็มีขนาดพอๆ กับดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ มีมวลเพียงไม่กี่เท่าดาวพฤหัสฯ เท่านั้น
นักดาราศาสตร์กำลังพยายามตรวจสอบวัตถุที่มีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะสามารถก่อตัวในวิถีที่คล้ายดาวฤกษ์ได้
ทีมนักวิจัยที่ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ได้จำแนกผู้ยึดครองสถิติใหม่
เป็นดาวแคระน้ำตาลดวงจิ๋วที่ล่องลอยเป็นอิสระ ซึ่งมีมวลเพียง 3 หรือ 4 เท่าดาวพฤหัสฯ
เท่านั้น Kevin Luhman ผู้เขียนนำ
จากมหาวิทยาลัยเพนน์ซิลวาเนียสเตท อธิบายว่า คำถามพื้นๆ
ข้อหนึ่งที่คุณจะพบในหนังสือเรียนดาราศาสตร์ทุกเล่มก็คือ
ดาวฤกษ์จะเล็กที่สุดได้แค่ไหน นี่คือสิ่งที่เรากำลังพยายามจะตอบคำถาม
เพื่อค้นหาดาวแคระน้ำตาลที่เพิ่งพบใหม่นี้ Luhman
และเพื่อนร่วมงาน ได้แก่ Catarina
Alves de Oliveira ได้เลือกศึกษากระจุกดาว
IC 348 ซึ่งอยู่ห่างออกไปราว
1 พันปีแสงในพื้นที่ก่อตัวดาวเปอร์ซีอุส
กระจุกแห่งนี้มีอายุน้อยเพียง 5 ล้านปีเท่านั้น
ด้วยเหตุนี้ แคระน้ำตาลใดๆ น่าจะยังค่อนข้างสว่างในช่วงอินฟราเรด
เรืองจากความร้อนที่เหลือจากการก่อตัว ทีมเริ่มต้นถ่ายภาพใจกลางกระจุกโดยใช้ NIRCam
ของเวบบ์
เพื่อจำแนกว่าที่ดาวแคระน้ำตาลจากความสว่างและสีของพวกมัน
จากนั้นก็สำรวจติดตามผลด้วย NIRSpec microshuttle array ของเวบบ์
ความไวในช่วงอินฟราเรดของเวบบ์เป็นสิ่งที่สำคัญอย่างมาก
ช่วยให้ทีมได้ตรวจจับวัตถุที่สลัวมากกว่าที่กล้องภาคพื้นดินทำ นอกจากนี้
สายตาที่คมกริบของเวบบ์ช่วยให้ทีมได้ตรวจสอบว่าวัตถุสีแดงแห่งใดเป็นแคระน้ำตาล
และแห่งใดเป็นกาแลคซีที่พื้นหลัง กระบวนการเหล่านี้นำไปสู่เป้าหมาย 3 ดวงที่มีมวล 3 ถึง 8 เท่าดาวพฤหัสฯ
โดยมีอุณหภูมิพื้นผิวตั้งแต่ 830 ถึง 1500
องศาเซลเซียส จากแบบจำลองคอมพิวเตอร์
ดวงที่เล็กสุดในกลุ่มนี้มีมวลเพียง 3 ถึง 4
เท่าดาวพฤหัสฯ เท่านั้น
การอธิบายว่าแคระน้ำตาลที่มีขนาดเล็กเช่นนี้ก่อตัวได้อย่างไรเป็นเรื่องท้าทายในทางทฤษฎี
เมฆก๊าซที่หนักอึ้งและหนาทึบจะมีแรงโน้มถ่วงมากพอที่ยุบตัวและก่อตัวดาวฤกษ์ขึ้นมา
อย่างไรก็ตาม เนื่องจากแรงโน้มถ่วงที่อ่อนกว่า เมฆที่มีขนาดเล็กกว่าก็น่าจะยุบตัวลงเพื่อก่อตัวแคระน้ำตาลได้ยากกว่า
และโดยเฉพาะกับแคระน้ำตาลที่มีมวลเพียงไม่กี่เท่าดาวเคราะห์ยักษ์ด้วย
เป็นเรื่องค่อนข้างง่ายสำหรับแบบจำลองปัจจุบันที่จะสร้างดาวเคราะห์ก๊าซยักษืในดิสก์รอบๆ
ดาวฤกษ์ Catarina Alves de Oliveira ผู้นำโครงการสำรวจจากอีซา
กล่าว แต่ในกระจุกแห่งนี้ วัตถุนี้ไม่น่าเป็นไปได้ที่จะก่อตัวในดิสก์
ซึ่งแทนที่จะก่อตัวอย่างดาวฤกษ์ แต่กลับมีมวล 3 เท่าดาวพฤหัส หรือเล็กกว่าดวงอาทิตย์ราว 300
เท่านั้น ดังนั้นเราต้องตั้งคำถามว่า
กระบวนการก่อตัวดาวทำงานในมวลที่น้อยอย่างนี้ได้อย่างไร
นอกเหนือจากจะได้แง่มุมสู่กระบวนการก่อตัวดาวแล้ว
แคระน้ำตาลดวงจิ๋วยังช่วยนักดาราศาสตร์ให้เข้าใจดาวเคราะห์นอกระบบ(exoplanets)
ได้ดีขึ้น
แคระน้ำตาลที่เบาที่สุดจะซ้อนทับกับดาวเคราะห์นอกระบบที่ใหญ่ที่สุด
ก็คาดได้ว่าจะมีคุณสมบัติบางอย่างที่คล้ายกัน อย่างไรก็ตาม
แคระน้ำตาลที่ล่องลอยอย่างเป็นอิสระนั้นกลับศึกษาได้ง่ายกว่าดาวเคราะห์ยักษ์นอกระบบ
เนื่องจากวัตถุแบบหลังจะถูกซ่อนอยู่ภายใต้แสงจ้าของดาวฤกษ์แม่
แคระน้ำตาลสองในสามดวงที่จำแนกได้ในการสำรวจนี้
แสดงสัญญาณสเปคตรัมของไฮโดรคาร์บอนที่ยังจำแนกชนิดไม่ได้ ปฏิบัติการคาสสินี(Cassini)
ในชั้นบรรยากาศดาวเสาร์และดวงจันทร์ไททัน(Titan)
ของดาวเสาร์
เคยจำแนกสัญญาณอินฟราเรดคล้ายๆ กัน และยังพบสัญญาณได้ในตัวกลางในห้วงอวกาศ(interstellar
mecium) หรือก๊าซที่อยู่ระหว่างดาว
นี่เป็
ภาพเต็มกระจุกดาว IC 348 ซึ่งมีการค้นพบดาวแคระน้ำตาลดวงจิ๋ว
นครั้งแรกที่เราได้พบโมเลกุลนี้ในชั้นบรรยากศของวัตถุนอกระบบสุริยะ Alves de Oliveira อธิบาย แบบจำลองชั้นบรรยากาศแคระน้ำตาลไม่ได้ทำนายการมีอยู่ของโมเลกุลชนิดนี้ไว้ เรากำลังได้พบวัตถุคล้ายๆ กันที่มีอายุน้อยกว่าและมวลเบากว่าที่เราเคยทำ และเรากำลังได้เห็นบางสิ่งที่แปลกใหม่และคาดไม่ถึง
เนื่องจากวัตถุอยู่ในช่วงมวลของดาวเคราะห์ยักษ์ด้วย มันจึงสร้างคำถามว่า
พวกมันเป็นแคระน้ำตาลจริง หรือเป็นดาวเคราะห์พเนจรที่ถูกผลักออกจากระบบดาวเคราะห์
กันแน่ ในขณะที่ทีมไม่สามารถกำจัดความเป็นไปได้ข้อหลังได้ แต่พวกเขาอ้างว่า
เป็นไปได้มากกว่าที่จะเป็นแคระน้ำตาล เนื่องจากสองเหตุผล ประการแรก
ดาวเคราะห์ที่ถูกผลักออกมาพบได้น้อยเมื่อเทียบกับดาวเคราะห์ที่มีมวลเบากว่า
ประการที่สอง ดาวฤกษ์เกือบทั้งหมดเป็นดาวมวลต่ำ และดาวเคราะห์ยักษ์ที่พบได้ยากมากๆ
รอบดาวฤกษ์มวลเบาเหล่านี้
ด้วยเหตุผลทั้งหมด
จึงไม่น่าเป็นไปได้ที่ดาวฤกษ์เกือบทั้งหมดใน IC 348(ซึ่งเป็นดาวฤกษ์มวลต่ำ)
จะสามารถสร้างดาวเคราะห์ยักษ์ได้ นอกจากนี้ เนื่องจากกระจุกมีอายุราว 5 ล้านปี
ก็ไม่น่ามีเวลามากพอที่จะก่อตัวดาวเคราะห์ยักษ์และจากนั้นก็ผลักออกจากระบบของพวกมัน
การค้นพบวัตถุลักษณะนี้ให้มากขึ้นจะช่วยระบุสถานะของพวกมันให้ชัดเจนมากขึ้น
ทฤษฎีบอกว่าดาวเคราะห์พเนจรนั้นมีความเป็นไปได้ที่จะพบที่ชายขอบของกระจุกดาว
ดังนั้นการขยายพื้นที่การสำรวจอาจจะจำแนกพวกมันได้ถ้ามีอยู่ในกระจุก IC 348
งานในอนาคตอาจจะรวมถึงการสำรวจที่ยาวขึ้นเพื่อจำแนกวัตถุที่เล็กกว่าและสลัวยิ่งกว่า
การสำรวจระยะสั้นของทีมคาดว่าจะพบวัตถุที่มีมวลเบาได้ถึง 2 เท่าดาวพฤหัสฯ การสำรวจระยะยาวขึ้นก็อาจถึง 1
เท่าดาวพฤหัสฯ ได้
การสำรวจเหล่านี้เผยแพร่ใน Astronomical Journal
แหล่งข่าว webbtelescope.org
: NASA’s Webb identifies tiniest free-floating brown dwarf
sciencealert.com : JWST
discovers record-breaking brown dwarf so small it defies explanation
iflscience.com : new
brown dwarf spotted by JWST is tiniest “failed
star” ever discovered