รู้หรือไม่! นักดาราศาสตร์พบดาวเคราะห์ที่ในทางทฤษฎี "ไม่ควรมีอยู่"

ทีมนักดาราศาสตร์ในสเปนและเยอรมนี ค้นพบดาวเคราะห์ขนาดใหญ่นอกระบบสุริยะจักรวาล ที่พวกเขาตั้งชื่อให้ว่า ‘GJ 3512b’ อยู่ห่างจากโลกประมาณ 284 ล้านล้านกิโลเมตร โคจรอยู่รอบดาวฤกษ์แคระสีแดง ชนิด M ซึ่งพบได้มากที่สุดในจักรวาล

อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ระบุว่า หากยึดตามทฤษฎีที่พวกเขาใช้อยู่ในปัจจุบัน ดาวดวงนี้ไม่ควรจะมีอยู่ และนี่นับการค้นพบที่ทำให้พวกเขาต้องทบทวนทฤษฎีการก่อกำเนินของดาวเคราะห์ที่ใช้อยู่ในปัจจุบันอีกครั้ง ซึ่งอาจช่วยให้มนุษย์เข้าใจเรื่องการก่อตัวของดาวเคราะห์มากขึ้นอีกด้วย

*ทำไม GJ 3512b ไม่ควรมีอยู่?

การค้นพบดาวเคราะห์ GJ 3512b ถูกตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์ ’Science’ เมื่อ 27 ก.ย. 2562 ซึ่งสิ่งที่สร้างความสับสนให้กับเหล่านักดาราศาสตร์ก็คือ ขนาดที่ใหญ่มากของดาวเคราะห์แก๊สดวงนี้เมื่อเทียบกับขนาดของดาวฤกษ์ที่มันโคจรรอบอยู่ โดย GJ 3512b มีมวลราวครึ่งหนึ่งของดาวพฤหัสบดี ส่วนดาวฤกษ์แคระของมันมีมวลเพียง 1 ใน 5 ของดวงอาทิตย์ของเรา และสว่างน้อยกว่าถึง 50 เท่า

หากนำมาเปรียบเทียบกัน ดวงอาทิตย์ของเรามีมวลมากกว่าดาวพฤหัสบดีถึง 1,047 เท่า ขณะที่ดาวฤกษ์ดวงนี้มีมวลมากกว่าดาวเคราะห์ GJ 3512b เพียง 250 เท่า ซึ่งนับว่าน้อยมาก นอกจากนี้ GJ 3512b ยังโคจรในระยะใกล้กับดาวฤกษ์จิ๋วดวงนี้อีก ซึ่งขัดแย้งกับทฤษฎีการกำเนิดดาวเคราะห์ที่เรียกว่า ‘core accretion’ หรือ ‘การสะสมแกนกลาง’ ซึ่งได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในแวดวงนักวิทยาศาสตร์ และเป็นโมเดลการกำเนินสุริยะจักรวาลของเราด้วย

ตามทฤษฎี core accretion ดาวเคราะห์เกิดจาก กลุ่มเมฆ หรือ ‘ดิสก์’ ที่ประกอบด้วยฝุ่นและแก๊สโคจรรอบดาวฤกษ์อายุน้อย หมุนวนกันไปเรื่อยๆ เป็นเวลานับล้านปีจนเกิดเป็นแกนของแข็ง แกนของแข็งนี้จะดึงดูดก๊าซโดยรอบเข้ามารวมตัวกันเป็นดาวเคราะห์ อย่างไรก็ตาม ศ.คริสตอฟ มอร์ดาซินี ผู้ร่วมเขียนรายงานการค้นพบระบุว่า หากเป็นไปตามทฤษฎีนี้ รอบๆ ดาวฤกษ์จิ๋วแบบนี้ควรมีเพียงดาวเคราะห์ขนาดเดียวกับโลก หรือเท่าๆ กับ ซุปเปอร์เอิร์ธเท่านั้น เพราะดิสก์จะมีวัตถุตั้งต้นไม่พอสร้างดาวเคราะห์ขนาดใหญ่

*แล้ว GJ 3512b เกิดขึ้นได้อย่างไร?

ฮวน คาร์ลอส โมราเลส ผู้เขียนหลักของรายงานฉบับนี้ ระบุว่า นี่เป็นครั้งแรกที่พวกเขาพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่ไม่สามารถอธิบายการเกิดได้ด้วยทฤษฎี การสะสมแกนกลาง และดาวดวงนี้ก็พิสูจน์แล้วว่า ทฤษฎีการกำเนินดาวเคราะห์ที่ใหม่กว่าอย่างทฤษฎี ‘gravitational instability’ หรือ ‘ความไม่เสถียรของแรงโน้วถ่วง’ อาจมีบทบาทสำคัญในการก่อตัวของดาวเคราะห์ขนาดใหญ่

ทฤษฎี ความไม่เสถียรของแรงโน้วถ่วง คือการที่ ส่วนหนึ่งของดิสก์ยุบตัวอย่างกระทันหันเพราะแรงโน้มถ่วงของตัวเอง ซึ่งนักดาราศาสตร์คาดว่าจะเกิดขึ้นได้เมื่อดิสก์มีมวลมากกว่า 1 ใน 10 ของดาวฤกษ์ที่มันโคจรอยู่ จนแรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์ไม่เพียงพอให้ดิสก์รักษาความเสถียรเอาไว้ได้ ทำให้สสารจากดิสก์ถูกดึงเข้าไปด้านในก่อตัวเป็นกลุ่มก้อนที่มีแรงโน้มถ่วง และค่อยๆ รวบรวมสะสมจนกลายเป็นดาวเคราะห์

อย่างไรก็ตาม นักดาราศาสตร์คาดว่า ความไม่เสถียรของแรงโน้วถ่วง จะเกิดขึ้นกับพื้นที่ของดิสก์ที่อยู่ห่างไกลจากดาวฤกษ์ ทำให้ดาวเคราะห์ที่เกิดขึ้นอยู่ห่างตามไปด้วย แต่ทีมวิจัยกลับพบว่า GJ 3512b เคลื่อนตัวเข้าใกล้ดาวฤกษ์แคระห์ของมันจนอยู่ห่างไม่ถึง 150 ล้านกิโลเมตร หรือเท่าๆ กับระยะของโลกกับดวงอาทิตย์ ทำให้ศ.มอร์ดาซินี ตั้งคำถามว่า ทำไมดาวเคราะห์ดวงนี้จึงไม่ขยายตัวต่อไป แต่ขยับเข้าใกล้ดาวฤกษ์แทน

นอกจากนี้ การโคจรของดาวเคราะห์ GJ 3512b ก็ประหลาด โดยมันใช้เวลาโคจรรอบดาวฤกษ์แคระของมัน 204 วัน ซึ่งบางช่วงมันจะเคลื่อนตัวเข้าใกล้ดาวฤกษ์มากกว่าระยะห่างระหว่างดาวพุธกับดาวอาทิตย์เสียอีก เป็นสิ่งที่ชี้ให้เห็นว่า มีดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ดวงอื่นๆ โคจรรอบดาวฤกษ์ดวงนี้ในระยะที่ห่างออกไปอีก ทำให้วงโคจรของ GJ 3512b ผิดรูปไป

*ต้องทบทวนทฤษฎีการกำเนิดดาวเคราะห์ใหม่

นาย อูแบร์ คลาร์ จากสถาบันดาราศาสตร์ ‘แม็กซ์ แพลงค์’ ในเยอรมนี ผู้เขียนอีกคนของรายงานการค้นพบฉบับนี้ กล่าวว่า “จนถึงตอนนี้ ดาวเคราะห์ที่การก่อตัวเข้ากับได้กับทฤษฎี ความไม่เสถียรของแรงโน้มถ่วง ได้คือ ดาวเคราะห์ขนาดใหญ่, ร้อน และอายุน้อย ซึ่งอยู่ห่างจากดาวฤกษ์ของพวกมันมากๆ จำนวนเพียงหยิบมือ”

“ด้วยการค้นพบ GJ 3512b ทำให้ตอนนี้เรามีตัวอย่างที่ไม่ธรรมดาของดาวเคราะห์ ที่อาจเกิดจากความไม่เสถียรของดิสก์รอบๆ ดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อยมากๆ ซึ่งทำให้พวกเราต้องกลับมาทบทวนโมเดลทำนายการกำเนิดดาวเคราะห์ของเรากันใหม่”