การค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ 51 Pegasi b ที่ทำให้ Mayor และ Queloz ได้โนเบล

บรรพบุรุษของเราเคยแหงนขึ้นไปมองบนท้องฟ้า และนึกว่าทุกวัตถุบนนั้นโคจรรอบโลกของเรา ภายหลังมาสักพักใหญ่พวกเขาได้ทราบว่าดวงอาทิตย์ต่างหากที่เป็นศูนย์กลางของระบบสุริยะ โดยมีดาวเคราะห์ดวงต่าง ๆ โคจรล้อมรอบ ก่อนที่เราจะรู้จักกับกาแล็กซีอื่น ๆ นอกทางช้างเผือก และขยายความเข้าใจลึกลงไปในเอกภพที่ไกลมากยิ่งขึ้น

ทว่าสิ่งหนึ่งที่ผลิกโฉมความเข้าใจในด้านดาราศาสตร์ จนทำให้ผู้ค้นพบสิ่งนี้ได้รับครึ่งหนึ่งของรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ไปในปี 2019 นั้นก็คือการค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะดวงแรก ที่โคจรรอบดาวฤกษ์เหมือนกับดวงอาทิตย์ของเรา ซึ่งนั่นก็คือการค้นพบ 51 Pegasi b เมื่อปี 1995 โดย Michel Mayor และ Didier Queloz

Michel Mayor และ Didier Queloz สองผู้ค้นพบ 51 Pegasi b – ที่มา L. Weinstein/Ciel et Espace Photos via NASA

การค้นพบในครั้งนี้พลิกโฉมความรู้ของวงการดาราศาสตร์ไปแทบจะในทันที ดาวเคราะห์ทั้งเก้าดวงในระบบสุริยะ (ตอนนั้นยังพลูโตยังเป็นอยู่) ไม่ได้เป็นสิ่งที่พิเศษและมีเฉพาะในระบบสุริยะเพียงอย่างเดียวแล้ว แต่มันกลับมีอยู่ทั่วไปในทางช้างเผือกของเรา และจนถึงตอนนี้เราก็ทราบแล้วว่าเมื่อเราแหงนมองเห็นดาวบนท้องฟ้าที่ส่องแสงระยิบระยับมากเพียงใด ก็จะมีดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะอยู่มากกว่านั้นอีกหลายเท่าที่รอให้เราพบเจออยู่

ย้อนไปในปี 1995 Mayor และ Queloz เป็นหนึ่งในกลุ่มนักดาราศาสตร์ที่กำลังตามล่าหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ ซึ่งในตอนนั้นมีการค้นพบดวงแรกที่โคจรอยู่รอบพัลซาร์ PSR B1257+12 ตั้งแต่ปี 1992 แล้ว ทว่านักดาราศาสตร์ก็ยังเชื่อว่าในบรรดาดาวฤกษ์ที่มีอยู่มากมายบนท้องฟ้านี้ จะต้องมีสักดวงแหละที่แอบซ่อนดาวเคราะห์ระบบสุริยะเอาไว้

เนื่องจากระยะทางที่ค่อนข้างใกล้กับดาวฤกษ์ และขนาดที่เล็กกว่ามาก ๆ ก็ทำให้การถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะเหล่านี้แทบจะเป็นไปไม่ได้เลย นี่ยังไม่รวมถึงระยะทางที่ไกลระดับหลายปีแสงออกไปอีก ดังนั้นนักดาราศาสตร์จึงต้องใช้วิธี Radial Velocity เพื่อสังเกตการแกว่งของดาวฤกษ์ อันเนื่องมาจากแรงโน้มถ่วงที่กระทำระหว่างดาวเคราะห์และดาวฤกษ์ ที่ทำให้ทั้งสองวัตถุโคจรรอบจุดศูนย์กลางแรงโน้มถ่วง หรือ Barycenter นั่นเอง

ทีนี้ข้อเสียของวิธีนี้ก็คือ ถ้าดาวบางดวงมีคาบการโคจรที่ใช้ระยะเวลาค่อนข้างนาน ก็จะทำให้นักดาราศาสตร์ต้องเสียเวลานานหลายปีเพื่อจ้องมองดูดาวดวงเดียว ที่บางทีก็อาจจบลงด้วยการคว้าน้ำเหลวได้ เพื่อป้องกันไม่ให้เป็นอย่างนั้น Mayor และ Queloz จึงได้พัฒนาอุปกรณ์ spectrograph ที่เอาไว้วัดความถี่แสงจากดาวฤกษ์ขึ้นมาใหม่ด้วยตนเอง ชื่อว่า ELODIE และข้อดีของ ELODIE นั้นก็คือมันสามารถวัดความถี่แสงจากดาวมากถึง 142 ดวงได้พร้อม ๆ กันในครั้งเดียว ซึ่งทั้งคู่ได้นำมันไปติดตั้งไว้กับหอดูดาว Haute-Provence ในประเทศฝรั่งเศส เพื่อสังเกตหาดาวสักดวงที่จะปรากฏข้อมูลตามที่ต้องการ

และแล้วทั้งคู่ก็ได้เห็นกราฟความถี่สูงและต่ำจากดาว 51 Pegasi ซึ่งแสดงให้เห็นว่าดาวมีการแกว่งไปมาเนื่องจากแรงโน้มถ่วงที่มากระทำโดยดาวเคราะห์ที่โคจรรอบอยู่ กราฟที่แสดงผลแบบนี้ก็คล้ายกับเสียงไซเรนจากรถฉุกเฉิน ที่จะมีความถี่สูงเมื่อเคลื่อนเข้าใกล้เรา และความถี่จะต่ำลงเมื่อเคลื่อนห่างออกไป แม้ข้อมูลที่แสดงผลออกมาจะมีค่าการแกว่งเพียงเล็กน้อยเท่านั้น แต่ความคงที่ของมัน และการถูกตรวจจับมากกว่า 3 ครั้ง ก็ทำให้ทั้งคู่ยืนยันการค้นพบ 51 Pegasi b ว่าเป็นดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะดวงแรก ที่โคจรรอบดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ได้สำเร็จ

สิ่งหนึ่งที่ช่วยในการค้นพบในครั้งนี้ ก็คือลักษณะของดาวนั่นเอง เนื่องจาก 51 Pegasi b มีมวลมากกว่าโลกประมาณ 150 เท่า หรือเกือบครึ่งหนึ่งของดาวพฤหัส แต่กลับโคจรอยู่ใกล้กับดาวฤกษ์ของมันเป็นอย่างมาก จนทำให้มันใช้เวลาโคจรครบ 1 รอบเพียง 4 วันเท่านั้น ซึ่งช่วยให้นักดาราศาสตร์สังเกตการแกว่งของมันได้บ่อยครั้งมากขึ้น และค่าที่ออกมาก็ชัดเจนว่าไม่ใช่ความผิดพลาดทางด้านโปรแกรมแต่อย่างใด

Artist impression of the exoplanet 51 Pegasi b.jpg
ภาพจำลองของระบบดาว 51 Pegasi ที่มีดาวเคราะห์ (ด้านซ้าย) และดาวฤกษ์อยู่ด้านขวามือ – ที่มา ESO/M. Kornmesser/Nick Risinger

ทว่านั่นก็เป็นหนึ่งข้อโต้แย้งไปในเวลาเดียวกัน เพราะว่าระบบสุริยะคือโมเดลเพียงหนึ่งเดียวที่เรามีของดาวเคราะห์ ณ ช่วงเวลานั้น ซึ่งแน่นอนว่าในระบบสุริยะของเราไม่มีดาวที่มีขนาดใหญ่ในระบบครึ่งหนึ่งของพฤหัสโคจรใกล้ดวงอาทิตย์แบบนี้ (ใกล้กว่าดาวพุธอยู่ถึง 8 เท่า) จนแทบไม่น่าเชื่อว่ามันจะเป็นดาวเคราะห์อยู่ได้ แต่ในปัจจุบันนักดาราศาสตร์ก็ได้ค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่คล้ายคลึงกับ 51 Pegasi b อีกหลายดวง และให้นิยามดาวเคราะห์ชนิดนี้ว่าเป็น Hot Jupiter หรือดาวเคราะห์แก๊สขนาดใหญ่ ที่โคจรอยู่ใกล้กับดาวฤกษ์ของมัน รวมทั้งยังมี Ultrahot Jupiter ที่โคจรใกล้ยิ่งกว่า จนร้อนแรงดั่งดวงดาวเลยทีเดียว

หลังจากการค้นพบ 51 Pegasi b นี่ก็แทบจะเป็นก้าวแรกที่บุกเบิกศาสตร์แห่งการสำรวจดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะไปในทันที ไล่ตั้งแต่ภารกิจกล้อง Kepler ที่ได้ถูกส่งขึ้นไปค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ ด้วยวิธีการ Transit ในปี 2009 และกล้อง TESS ในปี 2018 รวมทั้งยังมีการพัฒนาอุปกรณ์และเทคนิคต่าง ๆ จนนำมาสู่การค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะมากกว่า 4,000 ดวงแล้วในปัจจุบัน และข้อมูลจากกล้อง Kepler ยังชี้ให้เห็นด้วยว่ามีดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะมากกว่าดาวฤกษ์ในทางช้างเผือกทั้ง 400,000,000,000 ดวงเสียอีก

Infographic showing 51 Peg and its temperature and distance to its star compared to our Sun. It's 1,000 to 1,800 degrees F.

ช่วงเวลาเพียง 25 ปี ได้เปลี่ยนความคิดที่ทั้งเผ่าพันธุ์ของเรามีต่อการแหงนมองดูจักรวาลไปอย่างมากมาย จากการมองออกไปด้วยความคิดในใจว่าเรานั้นพิเศษกว่าใครอื่น เป็นการมองออกไปด้วยความตื่นตาตื่นใจในการค้นพบเรื่องราวใหม่ ๆ ข้างนอกนั้น แม้เท้าของเราจะยังคงอยู่บนพื้นโลก แต่ดวงตาของเรานั้นสามารถมองออกไปไกลและเข้าใจได้ดียิ่งขึ้นกว่าเดิม

เรียบเรียงโดยทีมงาน SPACETH.CO

อ้างอิง:

https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2019/press-release/

https://exoplanets.nasa.gov/news/1604/nobel-winners-changed-our-understanding-with-exoplanet-discovery/

https://www.quantamagazine.org/nobel-prize-in-physics-to-james-peebles-michel-mayor-and-didier-queloz-20191008/





Must Know Topics