การตีความทางศิลปะของดาวเคราะห์นอกระบบ WASP-107b และดาวฤกษ์ของมัน WASP-107
โดยแสงของดวงดาวบางส่วน ไหลผ่านชั้นก๊าซที่ขยายออกไปของดาวเคราะห์นอกระบบ / Cr. ESA / Hubble, NASA, M. Kornmesser
Cotton Candy Planets เป็นดาวเคราะห์นอกระบบอายุน้อยที่มีเอกลักษณ์และหายากที่ไม่เหมือนสิ่งใดในระบบสุริยะของเรา อยู่ห่างออกไปประมาณ
212 ปีแสงในกลุ่มดาวราศีกันย์ มีขนาดใหญ่พอ ๆ กับดาวพฤหัส แต่มีน้ำหนักเบา และมีลักษณะความหนาแน่นเหมือนขนมสายไหม นักวิทยาศาสตร์จึงเรียกมันว่า “ดาวเคราะห์สายไหม”
การค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบที่แปลกประหลาดซึ่งบางครั้งเรียกว่า " Super-Puffs " นี้ ทำให้นักดาราศาสตร์มีเป้าหมายเฉพาะสำหรับการศึกษาเพิ่มเติม
การศึกษานี้จัดทำโดย Caroline Piaulet, Ph.D. ซึ่งเป็นนักเรียนที่ Université de Montréal ของ (UdeM) สถาบันเพื่อการวิจัยเกี่ยวกับดาวเคราะห์นอกระบบ (IREX) เพื่อแสดงให้เห็นโลกของ cotton candy ดังกล่าวที่อาจพบได้ในระบบพลังงานแสงอาทิตย์อื่น ๆ
ทั้งนี้ ดาวเคราะห์ที่ก่อตัวขึ้นภายในดิสก์ Protoplanetary ของก๊าซและฝุ่นที่อยู่รอบ ๆ ดาวฤกษ์ที่อายุน้อย ซึ่งนักดาราศาสตร์ต้องการทำความเข้าใจการก่อตัวของดาวก๊าซยักษ์ในลักษณะนี้ ที่อาจมีขนาดใหญ่กว่าดาวก๊าซยักษ์เช่นดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์มาก จากการคำนวณของนักดาราศาสตร์ชี้ให้เห็นว่า ดาวเคราะห์ super-puff นี้มีมวลมากถึงหนึ่งในสิบของระบบสุริยะของเรา แต่มีความหนาแน่นต่ำกว่า
3 ดวง (แถวบน) คือดาวเคราะห์สายไหม (b-c-d ตามลำดับ) เทียบกับขนาดของดาวในระบบสุริยะ (แถวล่าง)
ดาวเคราะห์ Cotton-Candy ที่ไม่เหมือนใครนี้ เรียกอีกอย่างว่า WASP-107b โคจรรอบดาวฤกษ์ที่เรียกว่า WASP-107 ถูกค้นพบครั้งแรกเมื่อปี 2012 จากกล้องโทรทัศน์อวกาศฮับเบิลของ NASA ที่สังเกตเห็นดาวเคราะห์สีสันสดใส 3 ดวง (ชมพู-เหลือง-ฟ้า) ที่โคจรอยู่รอบดาวฤกษ์อายุน้อยในระบบ Kepler-51 ซึ่งภายหลังได้รับการตั้งชื่อว่า Kepler-51 b, Kepler-51 c และ Kepler-51 d
จากข้อมูลเดิมของกล้องฮับเบิลโดย jessica robert นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโคโลราโด ได้ทำการคำนวณและสแกนชั้นบรรยากาศ พบว่า
“แท้จริงแล้วขนาดดาวเคราะห์ไม่ได้มีขนาดใหญ่มากนัก แต่ชั้นบรรยากาศของพวกมัน (ไฮโดรเจน+ฮีเลียม) พองตัวออกมาจนมีขนาดใหญ่เทียบเท่าดาวพฤหัส แต่มีน้ำหนักเบากว่าร้อยเท่า”
ซึ่งความหนาแน่นของชั้นบรรยากาศ ทำให้นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถมองลึกลงไปถึงพื้นผิวเพื่อค้นหาแหล่งน้ำบนดวงดาวได้ แต่จากการศึกษาวงโคจร พบว่า มีความเป็นไปได้ที่ดาวเคราะห์สายไหมนี้อาจมีผลึกน้ำแข็งอยู่ เนื่องจากมันก่อตัวขึ้นนอกเขต “แนวหิมะ” (Snow line) เป็นเขตที่มีระยะห่างจากดาวฤกษ์มากพอที่น้ำแข็งจะก่อตัวได้
จากภารกิจของ Kepler ได้เปิดเผยชั้นของดาวเคราะห์ที่เรียกว่า " Super-Puffs "
ซึ่งมีมวลที่ใหญ่กว่าโลกเพียงไม่กี่เท่า แต่มีรัศมีที่ใหญ่กว่าดาวเนปจูนทำให้มีความหนาแน่นเฉลี่ยต่ำมาก
ดาวเคราะห์เหล่านี้มีน้ำหนักเบาเหมือนขนมสายไหม
แล้วทำไมดาวเคราะห์ " Super-Puffs " จึงมีความหนาแน่นน้อยที่สุดกว่าทุกดาวเคราะห์นอกระบบ อย่างไรก็ตาม ในปี 2017 มีการศึกษาใหม่ในเรื่อง
ขีดจำกัดของความหนาแน่นที่ท้าทายสมมติฐานเก่า ๆ เหล่านี้ โดยทีมงานของ Piaulet ได้วิเคราะห์ข้อมูลที่บันทึกไว้ที่หอดูดาว Keck Observatory ที่มีกล้องโทรทรรศน์สองกล้องในฮาวาย เพื่อให้เข้าใจมวลและองค์ประกอบของดาวเคราะห์นอกระบบนี้ได้ดีขึ้น
พวกเขาใช้วิธี radial velocity method (ความเร็วตามแนวรัศมี) ในการตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบ เพื่อตรวจสอบความไม่คงที่ที่สร้างขึ้นโดยดาวฤกษ์ในขณะที่ดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์ ซึ่งทีมงานพิจารณาแล้วว่า WASP-107b มีศูนย์กลางอยู่ที่แกนกลางที่มีมวลมากกว่าโลกเพียงสี่เท่า สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่ากว่า 85% ของมวลโลกบรรจุอยู่ในชั้นบรรยากาศ โดยดาวเคราะห์ที่คล้ายกันที่สุดในระบบสุริยะของเราที่มีมวลเพียง 10 ถึง 15% ของมวลในชั้นบรรยากาศคือดาวเนปจูน
ทั้งนี้ นักวิจัยมีคำถามมากมายเกี่ยวกับดาวเคราะห์ WASP-107b ว่ามีความหนาแน่นต่ำเช่นนี้ได้อย่างไร และมันรักษาชั้นก๊าซขนาดใหญ่ไม่ให้หลุดรอดออกไปได้อย่างไร โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อดาวเคราะห์อยู่ใกล้ดาวฤกษ์มากที่สุด ดังนั้น Piaulet และทีมงานจึงทำการตรวจสอบบรรยากาศของ WASP107b โดยใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล พบก๊าซมีเทนเพียงเล็กน้อยในอากาศโดยรอบของดาวเคราะห์นอกระบบที่ผิดปกตินี้ ซึ่งนักวิจัยคาดว่าจะพบความเข้มข้นที่สูงขึ้นต่อไป
การสังเกตโดยละเอียดของระบบดาวเคราะห์ WASP-107 ยังเผยให้เห็นการมีอยู่ของดาวเคราะห์นอกระบบดวงที่สอง ซึ่งเป็นดาวเคราะห์ที่ใหญ่กว่านี้
นั่นคือ WASP-107c ที่มีมวลประมาณหนึ่งในสามของดาวพฤหัสบดี และโคจรรอบดาวดวงกลางในวงโคจรรูปไข่ทุกๆสามปี เมื่อเทียบกับ 5.7 วันของ WASP-107b
W. M. Keck Observatory
ตอนนี้นักดาราศาสตร์ทั่วโลกใช้ WM Keck Observatory จาก Maunakea ของฮาวายเพื่อสังเกตการณ์จักรวาลด้วยพลังและความแม่นยำที่ไม่เคยมีมาก่อน
กล้องโทรทรรศน์หอดูดาว Keck คู่เป็นกล้องโทรทรรศน์ออปติคอลและอินฟราเรดที่มีประสิทธิผลทางวิทยาศาสตร์มากที่สุดในโลก โดยกล้องโทรทรรศน์แต่ละตัวมีน้ำหนัก 300 ตันและทำงานด้วยความแม่นยำระดับนาโนเมตร กระจกหลักของกล้องโทรทรรศน์มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 เมตร ซึ่งแต่ละส่วนประกอบด้วยส่วนหกเหลี่ยม 36 ส่วนที่ทำงานร่วมกันเป็นกระจกสะท้อนแสงชิ้นเดียว
ในตอนกลางของมหาสมุทรแปซิฟิกเกาะฮาวายล้อมรอบด้วยทะเลที่มีความร้อนสูงหลายพันไมล์ แต่ยอดเขา Maunakea ที่มีความสูง 13,796 ฟุตซึ่งไม่มีเทือกเขาใกล้เคียงให้สัมผัสถึงบรรยากาศชั้นบน แสงไฟในเมืองเพียงไม่กี่แห่งทำให้ท้องฟ้ายามค่ำคืนของฮาวายก่อให้เกิดมลพิษเกือบตลอดทั้งปี
แต่บรรยากาศเหนือภูเขา Maunakea นั้นปลอดโปร่งสงบและแห้ง และนำเสนอการมองเห็นที่ดีที่สุดบนโลกตลอดทั้งปี
ที่มา AAAS/Eurekalert! via University of Montreal, Astronomical Journal
(ขอขอบคุณที่มาของข้อมูลทั้งหมดและขออนุญาตนำมา)
" Cotton Candy Planet " ดาวเคราะห์นอกระบบที่มีลักษณะเหมือน “ขนมสายไหม”
ทั้งนี้ ดาวเคราะห์ที่ก่อตัวขึ้นภายในดิสก์ Protoplanetary ของก๊าซและฝุ่นที่อยู่รอบ ๆ ดาวฤกษ์ที่อายุน้อย ซึ่งนักดาราศาสตร์ต้องการทำความเข้าใจการก่อตัวของดาวก๊าซยักษ์ในลักษณะนี้ ที่อาจมีขนาดใหญ่กว่าดาวก๊าซยักษ์เช่นดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์มาก จากการคำนวณของนักดาราศาสตร์ชี้ให้เห็นว่า ดาวเคราะห์ super-puff นี้มีมวลมากถึงหนึ่งในสิบของระบบสุริยะของเรา แต่มีความหนาแน่นต่ำกว่า
ขีดจำกัดของความหนาแน่นที่ท้าทายสมมติฐานเก่า ๆ เหล่านี้ โดยทีมงานของ Piaulet ได้วิเคราะห์ข้อมูลที่บันทึกไว้ที่หอดูดาว Keck Observatory ที่มีกล้องโทรทรรศน์สองกล้องในฮาวาย เพื่อให้เข้าใจมวลและองค์ประกอบของดาวเคราะห์นอกระบบนี้ได้ดีขึ้น
พวกเขาใช้วิธี radial velocity method (ความเร็วตามแนวรัศมี) ในการตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบ เพื่อตรวจสอบความไม่คงที่ที่สร้างขึ้นโดยดาวฤกษ์ในขณะที่ดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์ ซึ่งทีมงานพิจารณาแล้วว่า WASP-107b มีศูนย์กลางอยู่ที่แกนกลางที่มีมวลมากกว่าโลกเพียงสี่เท่า สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่ากว่า 85% ของมวลโลกบรรจุอยู่ในชั้นบรรยากาศ โดยดาวเคราะห์ที่คล้ายกันที่สุดในระบบสุริยะของเราที่มีมวลเพียง 10 ถึง 15% ของมวลในชั้นบรรยากาศคือดาวเนปจูน
ทั้งนี้ นักวิจัยมีคำถามมากมายเกี่ยวกับดาวเคราะห์ WASP-107b ว่ามีความหนาแน่นต่ำเช่นนี้ได้อย่างไร และมันรักษาชั้นก๊าซขนาดใหญ่ไม่ให้หลุดรอดออกไปได้อย่างไร โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อดาวเคราะห์อยู่ใกล้ดาวฤกษ์มากที่สุด ดังนั้น Piaulet และทีมงานจึงทำการตรวจสอบบรรยากาศของ WASP107b โดยใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล พบก๊าซมีเทนเพียงเล็กน้อยในอากาศโดยรอบของดาวเคราะห์นอกระบบที่ผิดปกตินี้ ซึ่งนักวิจัยคาดว่าจะพบความเข้มข้นที่สูงขึ้นต่อไป
การสังเกตโดยละเอียดของระบบดาวเคราะห์ WASP-107 ยังเผยให้เห็นการมีอยู่ของดาวเคราะห์นอกระบบดวงที่สอง ซึ่งเป็นดาวเคราะห์ที่ใหญ่กว่านี้
นั่นคือ WASP-107c ที่มีมวลประมาณหนึ่งในสามของดาวพฤหัสบดี และโคจรรอบดาวดวงกลางในวงโคจรรูปไข่ทุกๆสามปี เมื่อเทียบกับ 5.7 วันของ WASP-107b
กล้องโทรทรรศน์หอดูดาว Keck คู่เป็นกล้องโทรทรรศน์ออปติคอลและอินฟราเรดที่มีประสิทธิผลทางวิทยาศาสตร์มากที่สุดในโลก โดยกล้องโทรทรรศน์แต่ละตัวมีน้ำหนัก 300 ตันและทำงานด้วยความแม่นยำระดับนาโนเมตร กระจกหลักของกล้องโทรทรรศน์มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 เมตร ซึ่งแต่ละส่วนประกอบด้วยส่วนหกเหลี่ยม 36 ส่วนที่ทำงานร่วมกันเป็นกระจกสะท้อนแสงชิ้นเดียว
ในตอนกลางของมหาสมุทรแปซิฟิกเกาะฮาวายล้อมรอบด้วยทะเลที่มีความร้อนสูงหลายพันไมล์ แต่ยอดเขา Maunakea ที่มีความสูง 13,796 ฟุตซึ่งไม่มีเทือกเขาใกล้เคียงให้สัมผัสถึงบรรยากาศชั้นบน แสงไฟในเมืองเพียงไม่กี่แห่งทำให้ท้องฟ้ายามค่ำคืนของฮาวายก่อให้เกิดมลพิษเกือบตลอดทั้งปี
แต่บรรยากาศเหนือภูเขา Maunakea นั้นปลอดโปร่งสงบและแห้ง และนำเสนอการมองเห็นที่ดีที่สุดบนโลกตลอดทั้งปี