ดวงจันทร์นอกระบบที่ยังคลุมเครือ

ภาพจากศิลปินแสดงระบบ Kepler-1708

     โดยรวมมีเพียงดาวเคราะห์นอกระบบสองดวงจากกว่าห้าพันดวงที่พบที่มีหลักฐานว่าอาจมีดวงจันทร์ในวงโคจร จากการสำรวจดาวเคราะห์ Kepler-1625b และ Kepler-1708b โดยกล้องเคปเลอร์และกล้องฮับเบิล นักวิจัยได้พบร่องรอยของดวงจันทร์รอบดาวเคราะห์นอกระบบเป็นครั้งแรก อย่างไรก็ตาม การศึกษาใหม่กำลังตั้งคำถามกับการกล่าวอ้างข้างต้นนี้ 

     เมื่อนักวิทยาศาสตร์จากสถาบันมักซ์พลังค์เพื่อการวิจัยระบบสุริยะ(MPS) และหอสังเกตการณ์ ซอนเนนแบร์ก ในเจอรมนีทั้งคู่ ได้รายงานในวารสาร Nature Astronomy ว่า การแปลผลว่าเป็นดาวเคราะห์อย่างเดียว สำหรับการวิเคราะห์ นักวิจัยใช้อัลกอริทึมที่พัฒนาขึ้นใหม่เอี่ยม Pandora ซึ่งใช้ในการค้นหาดวงจันทร์นอกระบบ(exomoons) นักวิจัยยังสอบสวนว่าดวงจันทร์นอกระบบแบบไหนที่จะพบในทางทฤษฎี ในการสำรวจทางดาราศาสตร์จากอวกาศ คำตอบที่ได้นั้นค่อนข้างช๊อค 

      ในระบบของเรา ความจริงที่ว่าดาวเคราะห์มีดวงจันทร์หนึ่งดวงหรือมากกว่านั้น โคจรอยู่รอบๆ แทบจะเป็นกฎเลยทีเดียว นอกเหนือจากดาวพุธและดาวศุกร์แล้ว ดาวเคราะห์ที่เหลือทั้งหมดก็มีดวงจันทร์บริวาร ในกรณีของดาวเคราะห์ยักษ์อย่างดาวพฤหัสฯ และดาวเสาร์ นักวิจัยได้พบดวงจันทร์ถึงระดับหลักร้อยแล้ว(ดาวพฤหัสฯ 95, ดาวเสาร์ 146 ดวง) 

     นักวิทยาศาสตร์จึงสงสัยว่าเป็นไปได้หรือไม่ที่ดาวเคราะห์ในระบบดาวอื่นก็จะมีดวงจันทร์อยู่ด้วย อย่างไรก็ตาม โดยรวมแล้ว มีแค่เพียงหลักฐานของดวงจันทร์นอกระบบแค่ 2 กรณีเท่านั้นคือ Kepler-1625b และ Kepler-1708b ตัวเลขที่น้อยเช่นนี้ก็ไม่ใช่เรื่องน่าประหลาดใจ เมื่อดวงจันทร์ทั้งหมดโดยปกติจะมีขนาดเล็กกว่าดาวเคราะห์บ้านเกิดของพวกมันทั้งสิ้น และจึงค้นหาได้ยากกว่ามาก เป็นเรื่องที่สิ้นเปลืองเวลาอย่างยิ่งที่จะกลั่นกรองข้อมูลจากการสำรวจดาวเคราะห์หลายพันดวงเพื่อหาหลักฐานของดวงจันทร์นอกระบบ

ภาพจากศิลปินแสดงดวงจันทร์ต้องสงสัยที่พบรอบ Kepler-1625b

     เพื่อทำให้การสำรวจเป็นไปได้เร็วขึ้นและง่ายขึ้น ผู้เขียนในการศึกษาใหม่จึงพึ่งพาอัลกอริทึมสำรวจที่พวกเขาพัฒนาและทำขึ้นเพื่อหาดวงจันทร์นอกระบบเป็นการเฉพาะ ทีมเผยแพร่วิธีการเมื่อปีที่แล้ว และอัลกอริทึมก็พร้อมให้นักวิจัยทุกคนใช้เป็นโอเพ่นซอร์ส เมื่อปรับใช้กับข้อมูลการสำรวจของ Kepler-1625b และ Kepler-1708b ผลที่ได้กลับน่าผิดหวัง Rene Heller นักวิทยาศาสตร์ที่ MPS ผู้เขียนคนแรกในการศึกษานี้ กล่าวว่า เราแค่อยากจะยืนยันการค้นพบดวงจันทร์นอกระบบรอบ Kepler-1625b และ Kepler-1708b เท่านั้น แต่โชคร้ายที่ การวิเคราะห์ของเราให้ผลตรงกันข้าม 

      Kepler-1625b ดาวเคราะห์ขนาดพอๆ กับดาวพฤหัสฯ กลายเป็นหัวข้อข่าวเมื่อ 5 ปีก่อน เมื่อนักวิจัยที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบีย ในนิวยอร์ค ได้รายงานหลักฐานชัดเจนของดวงจันทร์ยักษ์ดวงหนึ่ง ในวงโคจรของมัน ซึ่งทำให้ดวงจันทร์ทั้งหมดในระบบของเราดูแคระจิ๋วไปเลย นักวิทยาศาสตร์วิเคราะห์ข้อมูลจากกล้องเคปเลอร์ ซึ่งสำรวจดาวฤกษ์มากกว่า 1 แสนดวงในระหว่างปฏิบัติการหลักระหว่างปี 2009 ถึง 2013 และพบดาวเคราะห์นอกระบบมากกว่า 2000 ดวง 

      อย่างไรก็ตาม ในไม่กี่ปีหลังจากการอ้างการค้นพบ ว่าที่ดวงจันทร์นอกระบบก็ทำให้นักดาราศาสตร์ต้องหัวปั่นกับการซ่อนหาในอวกาศ เริ่มแรกด้วย มันหายไปในข้อมูลเคปเลอร์เมื่อกำจัดสัญญาณรบกวนจากระบบ(systematic noise) แต่ก็พบร่องรอยอีกครั้งในการสำรวจด้วยกล้องฮับเบิล และจากนั้น เมื่อปีที่แล้ว ว่าที่ดวงจันทร์นอกระบบพิเศษดวงนี้ก็มีเพื่อน จากรายงานนักวิจัยนิวยอร์ค ได้พบดวงจันทร์ยักษ์อีกดวงที่มีขนาดใหญ่กว่าโลกอย่างมาก โคจรรอบดาวเคราะห์ขนาดพอๆ กับดาวพฤหัสฯ อีกดวง Kepler-1708b 

     สมมุติว่า ดวงจันทร์นอกระบบเหล่านี้เป็นของจริง Kepler-1625b-I มีมวล 19 เท่ามวลโลก(ราว 6% มวลดาวพฤหัสฯ) ทำให้มันมีมวลใกล้เคียงกับเนปจูน และโคจรรอบดาวเคราะห์ก๊าซที่มีมวล 30 เท่ามวลโลก และเส้นผ่าศูนย์กลางราวครึ่งหนึ่งของดาวพฤหัสฯ ส่วน Kepler-1708b-I ยิ่งแล้วใหญ่ ด้วยมวลถึง 37 เท่าโลก และโคจรรอบดาวเคราะห์ก๊าซที่มีมวลสูงกว่าดาวพฤหัสฯ 4.6 เท่า ซึ่งท้าทายทฤษฎีจำนวนมาก ยากที่จะก่อตัวในแบบดวงจันทร์ปกติ ดังนั้นก็อาจเป็นดวงจันทร์ที่ถูกจับไว้ 

     โดยรวมแล้ว เราไม่สามารถมองเห็นดวงจันทร์นอกระบบได้โดยตรง แม้แต่ด้วยกล้องโทรทรรศน์รุ่นใหม่ที่ทรงพลังที่สุด Heller อธิบาย แต่กล้องจะบันทึกการเปลี่ยนแปลงความสว่างของดาวที่ห่างไกลแทน เป็นสิ่งที่เรียกว่า กราฟแสง(light curve) จากนั้น นักวิจัยจะมองหาสัญญาณดวงจันทร์ในกราฟแสงเหล่านี้ ถ้ามีดาวเคราะห์นอกระบบโคจรผ่านหน้าดาวฤกษ์เมื่อมองจากโลก จะทำให้แสงจากดาวฤกษ์หรี่มืดลงเป็นส่วนน้อยๆ เหตุการณ์นี้เรียกว่า การผ่านหน้า(transit) และจะเกิดขึ้นซ้ำๆ เป็นวัฎจักรตามคาบการโคจรของดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์ ดวงจันทร์นอกระบบที่พ่วงมาพร้อมกับดาวเคราะห์น่าจะให้ผลบังแสงที่คล้ายๆ กัน อย่างไรก็ตาม ร่องรอยในกราฟแสงก็ไม่น่าจะลดลงมาก

กราฟแสงจากการผ่านหน้าของดาวเคราะห์

     เนื่องจากการเคลื่อนที่ของดวงจันทร์และดาวเคราะห์รอบจุดศูนย์กลางแรงโน้มถ่วงร่วม การหรี่แสงเพิ่มเติมจากดวงจันทร์นี้ในกราฟแสงก็น่าจะเป็นไปในรูปแบบที่ค่อนข้างซับซ้อน และยังมีปรากฏการณ์อื่นๆ ที่ต้องคำนึงถึงด้วย เช่น คราสดวงจันทร์-ดาวเคราะห์, การแปรแสงโดยธรรมชาติของดาวฤกษ์ และแหล่งสัญญาณกวนอื่นๆ ที่เกิดจากการตรวจสอบด้วยกล้องโทรทรรศน์ 

      อย่างไรก็ตาม เพื่อตรวจจับดวงจันทร์ นักวิจัยนิวยอร์ค และเพื่อนร่วมงานชาวเจอรมัน จึงเริ่มคำนวณกราฟแสงสังเคราะห์หลายล้านอัน ซึ่งครอบคลุมขนาด, ระยะทางร่วม และการเรียงตัวโคจรของดาวเคราะห์และดวงจันทร์ที่อาจมี จากนั้น อัลกอริทึมก็เปรียบเทียบกราฟแสงที่จำลองได้ กับกราฟแสงที่สำรวจพบจริง และมองหาส่วนที่สอดคล้องกันมากที่สุด นักวิจัยจากกอตติงเง่นและซอนเนแบร์ก ใช้ Pandora ซึ่งเหมาะสมที่สุดในการค้นหาดวงจันทร์นอกระบบ และสามารถบรรลุเป้าหมายได้เร็วกว่าอัลกอริทึมก่อนหน้านี้หลายสิบเท่า 

      ในกรณีของ Kepler-1708b คู่หูนักวิจัยเจอรมันได้พบว่าลำดับเหตุการณ์แบบปราศจากดวงจันทร์ สามารถอธิบายข้อมูลจากการสำรวจ ได้เที่ยงตรงพอๆ กับแบบที่มีดวงจันทร์ จึงชัดเจนว่าความน่าจะเป็นของดวงจันทร์รอบ Kepler-1708b นั้นต่ำกว่าที่เคยรายงานไว้ Michael Hippke จากหอสังเกตการณ์ซอนเนแบร์ก ผู้เขียนร่วมการศึกษา กล่าว ข้อมูลไม่ได้บอกถึงการมีอยู่ของดวงจันทร์นอกระบบรอบ Kepler-1708b เลย 

     ส่วนในกรณีของ Kepler-1625b ก็ดูเหมือนจะไม่มีบริวารขนาดใหญ่เช่นกัน เคปเลอร์และกล้องฮับเบิลเคยสำรวจการผ่านหน้าของดาวเคราะห์หน้าดาวฤกษ์แม่ ซึ่งนักวิจัยเจอรมันบอกว่า การแปรแสงในฉับพลันทั่วดาวฤกษ์ ซึ่งเรียกว่า stellar limb darkening มีผลกระทบอย่างรุนแรงต่อสัญญาณดวงจันทร์นอกระบบที่เสนอไว้ ยกตัวอย่างเช่น ขอบของดวงอาทิตย์เอง ก็ดูจะมืดกว่าที่กลางดวงอาทิตย์ อย่างไรก็ตาม ขึ้นอยู่กับว่าคุณตรวจสอบดาวฤกษ์แม่ของ Kepler-1625b ผ่านเคปเลอร์ หรือว่าฮับเบิล ปรากฏการณ์นี้ดูจะให้ผลแตกต่างกัน นั่นเป็นเพราะเคปเลอร์และฮับเบิลไวต่อช่วงความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน นักวิจัยจากกอททิงเง่นและซอนเนแบร์กบอกว่า แบบจำลองจากผลกระทบนี้อธิบายข้อมูลที่สำรวจพบ ได้ดีกว่าจากดวงจันทร์ขนาดใหญ่

ภาพจากศิลปินแสดงดวงจันทร์นอกระบบดวงหนึ่งที่โคจรรอบ Kepler-1625b ภาพจากศิลปินแสดงดวงจันทร์นอกระบบดวงหนึ่งที่พบรอบ Kepler-1708b มีหลายปัจจัยที่อาจสร้างสัญญาณคล้ายดวงจันทร์ในกราฟแสง แม้จะไม่มีดวงจันทร์อยู่จริงๆ 

     การวิเคราะห์ใหม่ของนักวิจัยยังแสดงว่าอัลกอริทึมที่สำรวจหาดวงจันทร์นอกระบบมักจะสร้างผลบวกลวงขึ้นมา ครั้งแล้วครั้งเล่าที่นักวิจัยได้ “พบ” ดวงจันทร์เมื่อแค่มีดาวเคราะห์สักดวงผ่านหน้าดาวฤกษ์แม่ ในกรณีกราฟแสงอย่าง Kepler-1625b อัตราสัญญาณลวงเกิดขึ้นราว 11% Heller กล่าวว่า การอ้างพบดวงจันทร์นอกระบบก่อนหน้านี้โดยเพื่อนนักวิจัยจากนิวยอร์ค ก็เป็นผลจากการสำรวจหาดวงจันทร์รอบๆ ดาวเคราะห์หลายสิบดวง จากการประเมินของเรา การค้นพบลวงไม่ใช่เรื่องน่าประหลาดใจโดยสิ้นเชิง แต่ก็แทบจะเป็นไปตามคาด 

     นักวิจัยยังใช้อัลกอริทึมเพื่อทำนายชนิดของดวงจันทร์นอกระบบจริงที่น่าจะตรวจจับได้ในกราฟแสงของปฏิบัติการอวกาศอย่างเคปเลอร์ จากการวิเคราะห์ มีแต่ดวงจันทร์ที่ใหญ่โตมากเป็นพิเศษที่โคจรรอบดาวเคราะห์ในวงโคจรที่กว้าง ที่จะตรวจจับได้โดยเทคโนโลจีปัจจุบัน เมื่อเปรียบเทียบกับดวงจันทร์ที่เราคุ้นเคยกันในระบบสุริยะ ดวงจันทร์นอกระบบเหล่านั้นน่าจะเป็นตัวประหลาดซะทั้งหมด โดยมีขนาดอย่างน้อย 2 เท่าของกานิมีด(Ganymede) ที่เป็นดวงจันทร์ที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะ และยังใหญ่เกือบเท่าโลกด้วย ซึ่งดูแทบจะเป็นระบบดาวเคราะห์คู่(binary) ซะมากกว่า 

     ดวงจันทร์นอกระบบดวงแรกๆ ที่จะพบในการสำรวจในอนาคตเช่นจากปฏิบัติการ PLATO จะต้องไม่ธรรมดาและน่าตื่นเต้นมากๆ อย่างแน่นอน Heller กล่าว งานวิจัยเผยแพร่ใน Nature Astronomy 

 แหล่งข่าว phys.org : large exomoons unilikely around Kepler-1625b and Kepler-1708b, astronomers say
                  sciencealert.com : we thought we found alien moons, but they might not exist after all