ดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์รอบดาวฤกษ์ที่ตายแล้ว

 

ภาพจากศิลปินแสดงดาวเคราะห์นอกระบบดวงหนึ่งที่กำลังโคจรรอบดาวแคระขาวดวงหนึ่ง

     กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ได้พิสูจน์ตัวมันเองแล้วโดยย้อนเวลาไปถ่ายรูปวัตถุที่อยู่ห่างไกลมากๆ แต่การค้นพบครั้งใหม่อาจจะดูเหมือนกล้องแห่งนี้ทำหน้าที่เหมือนหมอดู มองเห็นอนาคตของระบบสุริยะของเรา

     กล้องเวบบ์ได้สร้างผลงาน เมื่อมันสำรวจพบดาวเคราะห์นอกระบบ 2 ดวงที่โคจรรอบดาวฤกษ์ที่ตายแล้วที่เรียกว่า ดาวแคระขาว 2 ดวง ไม่เพียงแต่ดาวเคราะห์จะดูคล้ายกับดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ พฤหัสฯ และดาวเสาร์ในระบบสุริยะของเราอย่างมาก แต่ดาวแคระขาวก็ยังทำหน้าที่เป็นตัวแทนของชะตากรรมในอนาคตของดวงอาทิตย์ เมื่อดวงอาทิตย์จะแปรสภาพกลายเป็นดาวแคระขาว การเปลี่ยนแปลงน่าจะทำลายดาวเคราะห์ในระบบสุริยะส่วนใน ยาวไปจนถึงดาวพฤหัสฯ

      มีการค้นพบดาวเคราะห์รอบดาวแคระขาวเพียงไม่กี่ดวงเท่านั้น สิ่งที่พิเศษสุดจากว่าที่ดาวเคราะห์นอกระบบทั้งสองดวงก็คือ พวกมันคล้ายกับดาวเคราะห์ในระบบสุริยะส่วนนอกในแง่อุณหภูมิ, อายุ และระยะวงโคจร มากกว่าดาวเคราะห์ใดๆ ที่เคยพบมา Susan Mullaly ผู้เขียนนำงานวิจัยซึ่งยังไม่ผ่านพิชญพิจารณ์ นักดาราศาสตร์ที่สถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศ กล่าว นี่ให้โอกาสครั้งแรกแก่เราที่จะได้เห็นว่าระบบดาวเคราะห์จะมีสภาพอย่างไรหลังจากดาวฤกษ์แม่ของพวกมันได้ตายลง

     ว่าที่ดาวเคราะห์ถูกสำรวจพบโดยตรงโดยเครื่องมืออินฟราเรดกลาง(MIRI) ของเวบบ์ เพื่อพวกมันโคจรรอบดาวแคระขาว WD 1202-232 และ WD 2105-82 ซึ่งอยู่ไกลจากโลก 34 และ 53 ปีแสง ตามลำดับ ว่าที่ดวงหนึ่งอยู่ในระยะทางเทียบเท่ากับ 11.5 เท่าระยะทางจากดวงอาทิตย์ถึงโลก(วงโคจรดาวเสาร์ 9.5 เท่า) ส่วนว่าที่อีกดวงอยู่ไกลกว่า ที่ระยะทางราว 34.5 เท่า(วงโคจรเนปจูน 30 เท่า) ขณะนี้ยังไม่แน่ชัดเกี่ยวกับมวลของดาวเคราะห์ แต่ทีม Mullaly ประเมินว่าถ้าดาวเคราะห์มีอายุเก่าแก่พอๆ กับอดีตดาวฤกษ์แม่ มันก็จะมีมวลระหว่าง 1 ถึง 7 เท่าดาวพฤหัสฯ

วัฏจักรชีวิตของดวงอาทิตย์ ซึ่งมีอายุ 4.5 พันล้านปีแล้วจัดว่าอยู่ในช่วงกลางคน และจะมีชีวิตอีกราว 5 พันล้านปีข้างหน้า ก่อนที่จะกลายเป็นดาวแคระแดง และผลักชั้นบรรยากาศส่วนนอกออกไป เหลือไว้แต่แกนกลางที่ร้อนจัดซึ่งจะเป็นดาวแคระขาว 

     เมื่อดวงอาทิตย์หมดเชื้อเพลิงสำหรับปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นที่เกิดขึ้นภายในแกนกลางดาว ในอีกราว 5 พันล้านปีข้างหน้า มันจะพองตัวกลายเป็นดาวยักษ์แดง อย่างไรก็ตาม นิวเคลียร์ฟิวชั่นจะยังคงเกิดขึ้นในชั้นส่วนนอกออกมา ซึ่งชั้นส่วนนอกๆ เหล่านนั้นอาจจะขยายมาได้ไกลถึงวงโคจรดาวอังคาร กลืนดาวพุธ, ศุกร์ และโลก และอาจจะรวมถึงดาวเคราะห์แดงด้วย สุดท้าย ชั้นส่วนนอกๆ เหล่านี้จะเย็นตัวลง เหลือเป็นแกนกลางดาวที่กำลังมอดดับซึ่งเรียกว่า ดาวแคระขาว ล้อมรอบด้วยกลุ่มก๊าซที่ดาวผลักออกมา ซึ่งเรียกว่า เนบิวลาดาวเคราะห์

      อย่างไรก็ตาม ว่าที่ดาวเคราะห์เหล่านี้บอกใบ้ถึงสิ่งที่อาจเกิดขึ้นกับดาวเคราะห์ที่อยู่เลยดาวอังคารคือ ดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ ดาวพฤหัสและดาวเสาร์ เมื่อดวงอาทิตย์ตายลง คาดว่าดวงอาทิตย์ของเราจะกลายเป็นแคระขาวในอีก 5 พันล้านปี Mullaly กล่าว เราคาดว่าดาวเคราะห์จะขยับออกไปหลังจากที่ดาวตายแล้ว ดังนั้น ถ้าคุณย้อนเวลากลับไป ก็คาดว่าพวกมันน่าจะมีระยะวงโคจรใกล้เคียงกับดาวพฤหัสฯ และดาวเสาร์

     ถ้าเราสามารถยืนยันดาวเคราะห์เหล่านี้ได้ มันก็จะให้หลักฐานโดยตรงว่าดาวเคราะห์อย่างดาวพฤหัสฯ และดาวเสาร์สามารถอยู่รอดจากการตายของดาวฤกษ์แม่ได้ ยิ่งกว่านั้น ดาวแคระขาวในการค้นพบนี้ ยังปนเปื้อนด้วยธาตุที่หนักกว่าไฮโดรเจนและฮีเลียม ที่นักดาราศาสตร์เรียกว่า โลหะ(metal) นี่อาจบอกใบ้ถึงสิ่งที่จะเกิดขึ้นกับวัตถุในแถบดาวเคราะห์น้อยที่อยู่ระหว่างดาวอังคารกับดาวพฤหัสฯ หลังจากดวงอาทิตย์ตายลง

เมื่อดวงอาทิตย์กลายเป็นดาวยักษ์แดง มันจะพองบวมจนกลืนดาวพุธ, ดาวศุกร์, และอาจรวมถึงโลกและดาวอังคาร 

      เราสงสัยว่าดาวเคราะห์ยักษ์เป็นตัวการที่ทำให้เกิดการปนเปื้อนโลหะโดยผลักดาวหางและดาวเคราะห์ ลงสู่พื้นผิวดาวแคระขาว Mullaly อธิบาย การมีอยู่ของดาวเคราะห์เหล่านี้ยิ่งเน้นความเชื่อมโยงระหว่างการปนเปื้อนโลหะกับดาวเคราะห์ มีดาวแคระขาวราว 25 ถึง 50% ที่แสดงการปนเปื้อนลักษณะนี้ นี่หมายความว่าดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์พบได้ทั่วไปรอบดาวแคระขาว ด้วยเหตุนี้ ดาวเคราะห์น้อยใดๆ ที่อยู่รอดจากการตายของดวงอาทิตย์ ก็อาจจะเล่นงานซ้ำโดยดาวพฤหัสฯ และดาวเสาร์ การค้นพบคู่นี้จึงน่าประทับใจเมื่อมันจะทำนายอนาคตของระบบดาวเคราะห์ของเรา มันยังเป็นความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ที่พบได้ยากด้วย

      นับตั้งแต่การค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบดวงแรกในช่วงกลางทศวรรษ 1990 นักดาราศาสตร์ได้ยืนยันการค้นพบดาวเคราะห์ราว 5500 ดวงจนถึงตอนนี้ และมีเพียงราว 50 ดวงเท่านั้นที่พบโดยการถ่ายภาพโดยตรง(direct imaging) นั่นเป็นเพราะแสงใดๆ ที่มาจากดาวเคราะห์ที่ห่างไกลอย่างนั้น มักจะถูกกลบไว้โดยแสงจ้าจากดาวฤกษ์แม่เอง ทำให้การพบดาวเคราะห์นอกระบบโดยตรงสักดวงก็เหมือนกับการมองหาหิ่งห้อยในแสงตะเกียบจากประภาคาร

      ด้วยเหตุนี้ จึงมักตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบโดยผลจากที่ดาวเคราะห์มีต่อแสงของดาวฤกษ์แม่ ทั้งทำให้แสงหรี่ลงเมื่อดาวเคราะห์ผ่านหน้า(transit) หรือจากการเคลื่อนที่ส่ายของดาวฤกษ์ที่เกิดขึ้นจากดาวเคราะห์ส่งแรงโน้มถ่วงกระตุกมันไว้ Mullaly กล่าวว่า เราถ่ายภาพดาวเคราะห์ทั้งสองได้โดยตรง ซึ่งหมายความว่าเราถ่ายภาพพวกมันและกำลังมองเห็นแสงที่ดาวเคราะห์ปล่อยออกมา

      ดาวเคราะห์นอกระบบเกือบทั้งหมดที่ถูกพบโดยใช้วิธีการผ่านหน้า หรือการตรวจสอบการเคลื่อนที่ของดาวฤกษ์แม่ วิธีการโดยอ้อมเหล่านี้มักจะเหมาะกับดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้กับดาวฤกษ์ แต่การถ่ายภาพโดยตรงนั้นใช้ค้นหาดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกลจากดาวฤกษ์ได้ดีกว่า ในวงโคจรที่กว้างกว่า การพบดาวเคราะห์โดยตรงด้วยเวบบ์ จึงเปิดความเป็นไปได้ที่จะศึกษาพิภพเหล่านี้ต่อๆ ไป

ภาพจาก เครื่องมืออินฟราเรดกลาง(MIRI) บนกล้องเวบบ์ เผยให้เห็นว่าที่ดาวเคราะห์นอกระบบ

     ขณะนี้ นักวิทยาศาสตร์เริ่มศึกษารายละเอียดอย่าง องค์ประกอบในชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์ และการตรวจสอบมวลและอุณหภูมิของพวกมันโดยตรง Mullaly กล่าวเสริมว่ายังมีจุดที่ไม่คาดคิดด้วย ถ้าวัตถุเหล่านี้เป็นดาวเคราะห์ ก็น่าประหลาดใจที่พวกมันไม่ได้มีสีแดงในช่วงอินฟราเรดกลางอย่างที่เราเคยคาดไว้ ปริมาณแสงที่เวบบ์รวบรวมได้ที่ 5 และ 7 ไมครอนนั้น สว่างกว่าที่เราคาดไว้จากว่าที่ดาวเคราะห์ทั้งสองจากอายุของพวกมัน และความสว่างของพวกมันที่ 15 ไมครอน นี่อาจจะท้าทายความเข้าใจของเราเกี่ยวกับฟิสิกส์และเคมีของชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบ

     หรือบางที มันอาจจะหมายถึงว่ามีแหล่งแสงอื่นอีก อย่างดวงจันทร์ที่ร้อนขึ้น ซึ่งโคจรอยู่รอบดาวเคราะห์ ทีมยังต้องสำรวจติดตามผลเพื่อระบุธรรมชาติของวัตถุโดยการตรวจสอบการเคลื่อนที่เฉพาะ(proper motion) งานวิจัยของทีมเผยแพร่ออนไลน์บน arXiv และจะเผยแพร่ใน Astrophysical Journal Letters  

แหล่งข่าว space.com : James Webb Space Telescope makes rare detection of 2 exoplanets orbiting dead stars       
                sciencealert.com : JWST imaged two apparent alien worlds still circling the bodies of their dead stars
                 universetoday.com : Webb directly images two planets orbiting white dwarfs