โดยปกติแล้ว ภาพจำของเราที่มีต่อดาวฤกษ์มักมีดาวเคราะห์หรือดาวบริวารขนาดเล็กหมุนวนอยู่รอบมันห่าง ๆ (อย่างห่วง ๆ ) แต่ไม่ใช่กับการค้นพบครั้งใหม่นี้ เมื่อทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติใช้ดาวเทียมสำรวจดาวเคราะห์นอกระบบเทสส์ (Transiting Exoplanet Survey Satellite: TESS) ของนาซา และกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์ (Spitzer Space Telescope) ที่เกษียณแล้ว พบดาวเคราะห์ดวงแรกโคจรรอบดาวแคระขาวอย่างใกล้ชิด โดยดาวฤกษ์ที่ทำหน้าที่เหมือนดวงอาทิตย์นี้ มีขนาดใหญ่กว่าโลกเพียง 40% เท่านั้น
ดาวแคระขาว ดาวบริวาร และการตรวจพบ
เพื่อให้เข้าใจความว้าวของการค้นพบนี้ ก่อนอื่นเรามาทำความรู้จักดาวที่เกี่ยวข้องกันก่อน เริ่มจาก ดาวแคระขาว (White dwarf) หรือบางคนอาจเรียกมันว่า ดาวแคระเสื่อม (Degenerate dwarf) และเหตุที่เรียกเช่นนั้นก็เป็นเพราะมันคือ ดาวฤกษ์มวลไม่มากที่อยู่ในช่วงสุดท้ายของวิวัฒนาการ ดาวฤกษ์มวลไม่มากนั้นมีปริมาณถึง 97% ของดาวฤกษ์ที่พบในกาแล็กซีทางช้างเผือก (ดวงอาทิตย์ของเราเองก็เข้าข่ายเช่นกัน) นั่นหมายความว่า มีดาวแคระขาวในจักรวาลมากมายตามไปด้วย และซึ่งที่น่าตื่นเต้นนั่นคือการพบว่ามันยังมีดาวบริวารดวงใหญ่โคจรอยู่ใกล้ ๆ ไม่ห่างเลย
‘WD 1856 b‘ คือชื่อของดาวบริวารที่ว่า มันมีขนาดประมาณดาวพฤหัสบดี ใหญ่กว่าดาวแคระขาว ‘WD 1856 + 534′ ที่โคจรรอบอยู่ถึงประมาณเจ็ดเท่า มันวนรอบดาวแคระดาวดวงนี้ด้วยอัตรา 34 ชั่วโมง/รอบ ซึ่งเร็วกว่าดาวพุธที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ของเราถึง 60 เท่า
การตรวจสอบท้องฟ้าขนาดใหญ่ของดาวเทียมเทสส์ที่เรียกว่า ‘เซกเตอร์ (Sectors)’ กินเวลาเกือบหนึ่งเดือนต่อครั้ง การจ้องมองที่ยาวนานนี้ทำให้ดาวเทียมสามารถค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะได้ ด้วยการจับการเปลี่ยนแปลงของความสว่างของดาวฤกษ์ที่เกิดขึ้นเมื่อดาวเคราะห์ผ่านหน้าหรือเคลื่อนผ่านดาวแม่ของมัน (Transit) และนั่นจึงทำให้มันตรวจพบ WD 1856 b ที่อยู่ห่างจากโลกประมาณ 80 ปีแสง บริเวณกลุ่มดาวมังกร (Draco) มันโคจรรอบดาวแคระขาว WD 1856 + 534 ที่เย็นและสงบ ซึ่งมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 18,000 กิโลเมตร และอาจมีอายุถึง 10 พันล้านปี และเป็นหนึ่งในสมาชิกที่อยู่ห่างไกลของระบบดาวสามดวง
การสร้างดาวแคระขาว = การทำลายดาวบริวาร ?
แอนดรูว์ แวนเดอเบิร์ก (Andrew Vanderburg) ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน แมดิสัน (University of Wisconsin-Madison) ผู้ทำงานวิจัยเกี่ยวกับระบบดาวนี้ ซึ่งเผยแพร่ในวารสาร Nature เมื่อวันที่ 17 กันยายน ที่ผ่านมา กล่าวว่า “น่าแปลกที่ WD 1856 b เข้าใกล้ดาวแคระขาวมากและยังคงสภาพเดิมของมันไว้ได้ เนื่องจากโดยปกติแล้ว กระบวนการสร้างดาวแคระขาว จะทำลายดาวที่อยู่ใกล้เคียง แรงโน้มถ่วงอันมหาศาลของดาวจะฉีกทึ้งทุกสิ่งที่เข้าใกล้ดาวมากเกินไป เราจึงต้องศึกษาว่ามันเป็นไปได้อย่างไร “
เมื่อดาวฤกษ์ใช้เชื้อเพลิงไปจนหมดมันจะพองตัวขึ้นร้อยถึงหลายพันเท่าของขนาดเดิม กลายเป็นดาวยักษ์สีแดงที่เย็นกว่า และเมื่อมันปล่อยก๊าซชั้นนอกออกมาเรื่อย ๆ และสูญเสียมวลไปถึง 80% แกนร้อนที่เหลือจะกลายเป็นดาวแคระขาว โดยทั่วไปวัตถุที่อยู่ใกล้เคียงจะถูกกลืนเข้าไปและเผาไหม้ในระหว่างกระบวนการนี้ และคำว่า ‘ใกล้เคียง’ นั้นก็ครอบคลุมระยะห่างของ WD 1856 b กับดาวแคระขาว ทีมของแวนเดอร์เบิร์กประเมินไว้ว่า ระยะห่างที่ดาวบริวารจะคงอยู่ได้ ต้องอยู่ห่างอย่างน้อยถึง 50 เท่าจากที่ตั้งในปัจจุบัน
เมื่อเทียบกับดาวเคราะห์แคระขาว WD 1856 + 534 (สีเหลืองส้ม) และระยะการโคจรอันแนบชิดจนแทบจะเป็นการ ‘กอด’ กัน
Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center
ซิยี่ ฉู (Siyi Xu) หนึ่งในผู้เขียนงานวิจัยร่วมและผู้ช่วยนักดาราศาสตร์จากหอสังเกตการณ์เจมีนีนานาชาติ (International Gemini Observatory) ในฮาวายกล่าวว่า “เราทราบมานานแล้วว่า หลังการก่อเกิดดาวแคระขาว วัตถุขนาดเล็กที่อยู่ห่างไกลเช่น ดาวเคราะห์น้อยและดาวหาง อาจเกิดการหันเหทิศทางเข้าหาดาวแคระขาวได้ แต่โดยปกติแล้วพวกมันจะถูกดึงทึ้งด้วยแรงโน้มถ่วงที่แข็งแกร่งของดาวแคระขาวและกลายเป็นเศษซาก เราไม่เคยพบลักษณะวัตถุเช่นนั้นที่ยังคงสภาพไว้ได้มาก่อน นั่นจึงเป็นเหตุผลที่ฉันรู้สึกตื่นเต้นมากเมื่อเราพบ WD 1856 b”
ทีมวิจัยได้ตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับการโคจรเป็นวงรีรอบดาวแคระขาวของดาวดังกล่าวว่า วิถีโคจรจะกลายเป็นวงกลมมากขึ้น เมื่อเวลาผ่านไปแรงโน้มถ่วงของดาว จะทำให้เกิดกระแสน้ำหนักมหาศาลที่ส่งผลให้ลักษณะการโคจรของมันค่อย ๆ เปลี่ยนแปลงไป
จูเลียต เบคเกอร์ (Juliette Becker) ผู้ร่วมเขียนงานวิจัยนี้ และนักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ที่แคลเทค (California Institute of Technology: Caltech) อธิบายว่า อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงที่มีต่อวัตถุขนาดใหญ่อาจทำให้เกิดความไม่เสถียร ซึ่งทำให้เกิดการดึงดาวเคราะห์เข้าหาดาวฤกษ์ได้ แต่นั่นก็เป็นเพียงทฤษฎีเบื้องต้นเท่านั้น ยังขาดข้อมูลสนับสนุนอีกมาก
(อ่านต่อหน้า 2 คลิกด้านล่างเลย)
WD 1856 b คือดาวอะไรกันแน่ ?
การที่วัตถุขนาดเท่าดาวพฤหัสบดีสามารถครองมวลจำนวนมหาศาลได้เช่นนี้มีโอกาสเกิดขึ้นได้ แต่การก่อตัวในขนาดที่ใหญ่กว่าโลกนั้นมีน้อยมาก ส่วนใหญ่จะกลายเป็นดาวแคระน้ำตาล (Brown dwarf) ซึ่งเป็นวัตถุที่มีลักษณะคาบเกี่ยวระหว่างดาวเคราะห์และดาวฤกษ์ โดยปกติแล้วนักวิทยาศาสตร์มักใช้วิธีสังเกตด้วยการวัดความเร็วในแนวเล็ง (Radial velocity) เพื่อวัดมวลของวัตถุ ซึ่งสามารถบ่งชี้องค์ประกอบและลักษณะของวัตถุได้ โดยดูว่าวัตถุนั้นมีลักษณะการโคจรรอบดาวฤกษ์และการเปลี่ยนแปลงของสีอย่างไร แต่ในกรณีนี้ ดาวแคระขาวมีอายุมากจนแสงของมันซีดจางเกินไป ทำให้นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงที่ชัดเจนได้
ด้วยเหตุนี้ กล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์ ที่สังเกตการณ์ในระบบอินฟราเรด จึงเข้ามามีบทบาท (โชคดีที่นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้กล้องนี้ก่อนการปลดประจำการเพียงไม่กี่เดือน ดูภาพอื่น ๆ จากกล้องสปิตเซอร์ได้ที่นี่) ถ้า WD 1856 b เป็นดาวแคระน้ำตาลหรือดาวฤกษ์มวลน้อยมันจะเปล่งแสงอินฟราเรดออกมา ทำให้กล้องตรวจจับการเคลื่อนผ่านหน้าที่สว่างกว่ากรณีที่เป็นดาวเคราะห์
เมื่อนักวิจัยเปรียบเทียบข้อมูลจากสปิตเซอร์กับการสังเกตการณ์การเคลื่อนที่ผ่านหน้าในช่วงคลื่นแสงที่มองเห็นได้ที่บันทึกได้จากกล้องโทรทรรศน์ GTC (Gran Telescopio Canarias) ในหมู่เกาะคะแนรีของสเปน ปรากฏว่าไม่มีความแตกต่างที่ชัดเจน เมื่อรวมกับอายุของดาวและข้อมูลอื่น ๆ ทำให้พวกเขาสรุปได้ว่า WD 1856 b น่าจะเป็น ‘ดาวเคราะห์‘ ที่มีขนาดไม่เกิน 14 เท่าของดาวพฤหัสบดี อย่างไรก็ตาม การวิจัยและการสังเกตการณ์ในอนาคตอาจช่วยยืนยันข้อสรุปนี้ได้
Credit: GTC
ดาวเคราะห์ที่อยู่รอด กับ อนาคตของโลก
นอกจากการกำเนิดและประเภทของดาว ทีมนักวิจัยอีกกลุ่มนำโดย ลิซา คาลเตเนกเกอร์ (Lisa Kaltenegger) และไรอัน แมคโดนัลด์ (Ryan MacDonald) ยังสนใจศึกษาชั้นบรรยากาศของดาวด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ (James Webb Space Telescope) ที่กำลังพัฒนาอยู่ด้วย มันจะช่วยให้คำตอบว่า มีน้ำที่พื้นผิวและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์บนดาวเคราะห์นั้นหรือไม่ จากการสังเกตการเคลื่อนที่ผ่านหน้าเพียงห้าครั้ง โดยผลการคำนวณดังกล่าวได้รับการตีพิมพ์ใน The Astrophysical Journal Letters และเผยแพร่ในรูปแบบออนไลน์ด้วย
คาลเตเนกเกอร์ ซึ่งเป็นผู้อำนวยการสถาบันคอร์เนลล์ คาร์ล เซแกน (Cornell’s Carl Sagan Institute) อธิบายว่า “สิ่งที่น่าประทับใจยิ่งกว่านั้นคือ กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์สามารถตรวจจับการรวมกันของก๊าซที่อาจบ่งชี้ถึงกิจกรรมทางชีวภาพบนดาวเคราะห์ดังกล่าวได้ในระยะเวลาเพียง 25 ครั้ง”
การศึกษาดาวเคราะห์ WD 1856 b จึงช่วยชี้ให้เห็นว่า อาจมีดาวเคราะห์ที่รอดจากการกำเนิดอันวุ่นวายของดาวแคระขาว และในสภาวะที่เหมาะสม ดาวเคราะห์เหล่านั้นอาจสามารถรักษาสภาพที่เอื้ออำนวยต่อสิ่งมีชีวิตได้นานกว่าระดับเวลาที่เราเคยรู้และคาดการณ์ไว้สำหรับโลกของเราเอง เป็นโอกาสอันดีที่เราจะได้สำรวจความเป็นไปได้ที่น่าสนใจใหม่ ๆ มากมาย ของดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์ใกล้ตายในลักษณะนี้
Credit: NASA/Chris Gunn
ขณะนี้ยังไม่มีหลักฐานที่บ่งชี้ว่ามีดาวเคราะห์อื่นในระบบดังกล่าว แต่เป็นไปได้ว่า มีดาวเคราะห์อื่นที่ยังตรวจไม่พบอีก เนื่องจากดาวเคราะห์นั้นอาจมีวงโคจรที่เกินเวลาที่ดาวเทียม TESS จะสังเกตเห็นได้ในเซกเตอร์หรือมีเส้นทางโคจรที่ไม่ก่อให้เกิดการเคลื่อนที่ผ่านหน้า อีกทั้ง ดาวแคระขาวยังมีขนาดเล็กมากส่งผลให้การจับสัญญาณจากดาวเคราะห์ที่ไกลออกนั้นเป็นเรื่องที่ยากมาก
คาดว่า หากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ขึ้นไปปฏิบัติภารกิจเมื่อใด เราคงจะได้รู้และค้นพบอะไรอีกมาก ไม่แน่ว่า เราอาจจะเจอ ‘ดาวกอดกัน’ ในห้วงอวกาศที่ดูเปล่าเปลี่ยวอีกมากมาย และนำมาซึ่งคำตอบของ ‘ทางรอด’ ในอนาคตของโลกเราก็ได้
อ้างอิง
พิสูจน์อักษร : สุชยา เกษจำรัส