AB Aurigae และการก่อตัวของดาวแก๊สยักษ์ ที่เป็นปฏิปักษ์ต่อทฤษฎีกำเนิดระบบสุริยะ

บทความนี้ เกิดจากข่าวที่ NASA ลงบอกว่า Hubble Finds a Planet Forming in an Unconventional Way ซึ่งจริง ๆ รู้สึกว่าแอบตั้งหัวข้อ Clickbait ไปหน่อย เพราะพอกดเข้ามาอ่านแล้ว มันพูดถึงการศึกษาระบบ AB Aurigae และการก่อตัวของดาวเคราะห์ในระบบมัน และเอาข้อมูลจาก Hubble มาสร้างการยืนยันอะไรบางอย่าง ซึ่งเราจะมาศึกษาเรื่องราวของระบบ AB Aurigae กันในบทความนี้

ช่วงหลัง ๆ นี้ จะมีวัตถุบนท้องฟ้าวัตถุหนึ่งที่นักดาราศาสตร์ให้ความสนใจมากเป็นพิเศษ และมี Paper หลายฉบับออกมาพูดถึงมัน นั่นก็คือกลุ่มแก๊สขนาดยักษ์ที่กำลังก่อตัวเป็นดาวฤกษ์ ที่นักดาราศาสตร์ตั้งชื่อมันว่า AB Aurigae ซึ่งอยู่ห่างออกไปจากเราประมาณ 531 ล้านปีแสง ซึ่งมันมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ของเราถึง 2.4 เท่า และมีอายุเพียงแค่ 4-5 ล้านปีเท่านั้นจากการคาดการณ์ เรียกได้ว่าอยู่ในช่วงแรก ๆ ของการก่อกำเนิดระบบสุริยะขึ้นมา ทำให้เรายังคงเห็นมันในลักษณะของกลุ่มแก๊สที่วนตัวกันเป็นเหมือนแผ่นกลม ๆ ถ้าเปรียบกับระบบสุริยะของเรา มันก็คือช่วงที่กำลังให้กำเนิดดาวเคราะห์ต่าง ๆ นั่นเอง

ซึ่งข้อมูลที่ได้จากการศึกษาด้วยอุปกรณ์ต่าง ๆ ตั้งแต่ การใช้กล้องโทรทรรศน์ชุด ALMA (Atacama Large Millimeter and submillimeter Array) กล้องโทรทรรศน์ Subaru บนเกาะฮาวาย หรือแม้กระทั่งกล้องโทรรศน์ในอวกาศอย่าง Hubble Space Telescope ก็ช่วยยืนยันข้อมูลที่น่าสนใจต่าง ๆ มากมาย ไม่ว่าจะเป็นการบอกว่า ขอบเขตของระบบสุริยะใหม่นี้กินระยะห่างออกไปจากดาวแม่ถึง 580 AU (120 เท่าของระยะห่างระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์) ถ้าเปรียบเทียบให้เห็นภาพก็คือระบบสุริยะของเรา มีระยะห่างระหว่างดวงอาทิตย์ไปจนถึงจุดสิ้นสุดที่ลมสุริยะจะเดินทางไปถึงได้ (Bow Shock) อยู่ที่ประมาณ 100 AU

แต่ในปี 2022 นักดาราศาสตร์ก็ได้พบข้อมูลที่น่าสนใจ เมื่อมีการตั้งสมมติฐานว่า ในบริเวณกลุ่มแก๊สที่แยกออกมาอย่างเห็นได้ชัดจาก AB Aurigae ตามภาพถ่ายจากกล้อง Hubble นั้น น่าจะเป็นการเกิดขึ้นของดาวเคราะห์แก๊สดวงใหม่ ซึ่งจริง ๆ ก็ไม่น่าแปลกใจอะไร เพราะดาวพฤหัสของเรา ก็เกิดขึ้นในลักษณะนี้ จากฝุ่นแก๊สต่าง ๆ ที่หลงเหลือจากการก่อกำเนิดระบบสุริยะ

ภาพถ่ายจาก Hubble แสดงให้เห็นถึงหน้าตาของ AB Aurigae พร้อมเปรียบเทียบขนาดกับวงโคจรของดาวพลูโต แสดงให้เห็นว่าระบบของ AB Aurigae นั้นยิ่งใหญ่มหาศาลมากแค่ไหน ที่มา – Hubble / NASA / University of Hawaii

แต่สิ่งที่ทำให้นักดาราศาสตร์แปลกใจก็คือ ดาวเคราะห์แก๊สดวงนี้ ที่เราตั้งชื่อให้มันว่า AB Aurigae b เมื่อคำนวณแล้วพบว่ามีขนาดใหญ่กว่าดาวพฤหัสของเราถึง 9 เท่า และอยู่ห่างไปจากดาวแม่ (AB Aurigae) ถึง 93 AU เรียกได้ว่า เกือบจะห่างพอ ๆ กับขอบเขตของระบบสุริยะของเรากับดวงอาทิตย์เลย ซึ่งระยะห่างและขนาดของมันนี่แหละที่ทำให้นักดาราศาสตร์ตั้งคำถามขึ้นมากมาย

แต่ก่อนที่จะไปดูว่า ดาว AB Aurigae b นี้ มันใหญ่และมันห่าง แล้วมันจะทำไมวะ ก็ต้องเล่าให้ฟังก่อนว่าก่อนจะเถียงกันเรื่องนั้น ต้องเข้าใจก่อนว่าก่อนหน้านี้ นักดาราศาสตร์ก็เถียงกันว่า ไอ้สิ่งที่เห็น (กลุ่มแก๊สก้อน ๆ ที่ว่า) มันคือการก่อตัวของดาวเคราะห์จริง ๆ หรือเปล่า ซึ่งจากการที่เราศึกษาดู เขาก็มีการพูดถึงกันมาตั้งแต่ปี 2004 แล้ว โดย Paper แรก ๆ ที่พูดถึงมีชื่อว่า Spiral Structure in the Circumstellar Disk around AB Aurigae โดยข้อมูลที่เราบอกว่า มันกินระยะประมาณ 580 AU ก็คือมาจาก Paper นี้นี่แหละ ซึ่งในตอนนั้นเป็นข้อมูลจากกล้อง Subaru โดยจะเน้นพูดถึง spiral structure ของมันเป็นหลัก ยังไม่ได้พูดถึงคำว่าดาวเคราะห์ซักคำ แต่หลังจากนั้นทีม ALMA ก็เริ่มเปิดประเด็นว่ากล้องกูชัดกว่า แล้วก็ตีพิมพ์ Paper ที่ชื่อว่า Planet Formation in AB Aurigae: Imaging of the Inner Gaseous Spirals Observed inside the Dust Cavity บอกว่า ในช่องว่างระหว่างกลุ่มแก๊สที่กำลังหมุน ๆ รอบ AB Aurigae นั้น มีการค้นพบกลุ่มแก๊สที่วน ๆ รอบอะไรบางอย่างอยู่ และนั่น น่าจะเป็นการก่อกำเนิดดาวเคราะห์ โดยข้อมูลที่ได้มานี้ เป็นการใช้ข้อมูล Subaru เดิม ร่วมกับข้อมูลใหม่จาก ALMA และ VLT (Very Large Telescope)

ข้อมูลจากการสังเกตของทีม Planet Formation in AB Aurigae: Imaging of the Inner Gaseous Spirals Observed inside the Dust Cavity ที่ใช้ข้อมูลจากกล้อง ALMA และ VLT ในการทำ Mapping กลุ่มแก๊สต่าง ๆ ที่มา – ALMA

ซึ่งพอเท่านั้นแหละ ก็เลยกลายเป็นเป้าหมายยอดฮิตของนักดาราศาสตร์ ถ้าเราค้นหางานวิจัยที่เกี่ยวกับ AB Aurigae เราก็จะเห็น Paper ต่าง ๆ เต็มไปหมด (จนงงว่าอันไหนใครมันมาก่อนมาหลัง) เราก็จะคุ้นชินกับภาพที่โด่งดังที่ใช้อุปกรณ์ที่ชื่อว่า SPHERE (Spectro-Polarimetric High-Contrast Exoplanet Research) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่โคตรฮิตในการศึกษา Exoplanet ซึ่งแสงถึงจุดที่สว่างกว่าปกติตามภาพด้านล่าง

วงกลมสีขาวเป็นจุดที่จะเห็นว่าสว่างกว่าปกติ และทีรูปทรงที่ไม่สมมาตร ทำให้เชื่อว่าบริเวณนั้นคือการก่อตัวของดาวเคราะห์ใหม่ ส่วนวงกลมสีฟ้ามุมขวาล่าง ไม่ต้องไปดู ไม่มีอะไร แค่คนทำรูปนี้ใส่ไว้แล้วบอกว่า เป็นขนาดของวงโคจรของดาวเนปจูนให้เปรียบเทียบเฉย ๆ (ไม่เข้าใจรสนิยมการทำภาพจริง ๆ แล้วไม่เขียนบอกในรูปด้วยนะ คนเซฟมาเขาจะงงไหมล่ะ) ที่มา – ESO/ALMA

ซึ่งในปี 2022 ก็ได้มีข้อมูลใหม่ออกมาสนับสนุน โดยในตรงนี้เราจะพูดถึงแล้วว่า การที่ดาว b อยู่ห่างจากดาวแม่ของมันขนาดนี้ และมีขนาดเป็นดาวแก๊สขนาดยักษ์มันสำคัญอย่างไร โดยข้อมูลที่เราจะพูดถึง มาจาก Paper ใหม่ที่ชื่อว่า Images of embedded Jovian planet formation at a wide separation around AB Aurigae ที่มีการใช้ภาพถ่ายแบบ Direct Imaging จากกล้อง Hubble มาประกอบ

ชุดภาพถ่ายจาก Hubble ใน Paper ฉบับล่าสุด รูปดาวตรงกลางแทนที่ดาว AB Aurigae ส่วนสีขาว ๆ สว่าง ๆ ด้านนอก คือการก่อตัวของดาว b ที่มา – NASA/Hubble/STIS

โดยสิ่งที่นักดาราศาสตร์พูดถึงเป็นหลัก ก็คือการก่อตัวของดาวเคราะห์แก๊ส ด้วยกระบวนการที่ชื่อว่า  Disk (gravitational) instability ซึ่งเดี๋ยวเราจะพูดถึงคำนี้ร่วมกับอีกคำนึง ก็คือ circumstellar disk จำสองคำนี้ไว้ให้ดี

Circumstellar disk หรือ Protoplanetary disk นั้นเป็นชื่อเรียกกระบวนการการก่อตัวของดาว โดยจะมีกลุ่มแก๊สที่วนรอบดาวฤกษ์ หรือดาวแม่ของมันเป็นวง ๆ กลม ๆ แบน ๆ ซึ่งจะเกิดขึ้นในช่วงการก่อตัวของระบบสุริยะ ทำให้เกิดดาวเคราะห์ต่าง ๆ ให้นึกภาพว่าเหมือนวงแหวนของดาวเสาร์ก็ได้ โดยแผ่น ๆ นี้แหละที่เมื่อเวลาผ่านไปพวกแก๊สต่าง ๆ จะถูกดูดเข้าหากันเองด้วยแรงโน้มถ่วงและสร้างตัวกันเป็นดาวต่าง ๆ นี่เป็นการอธิบายการเกิดขึ้นของดาว ไม่ว่าจะเป็นดาวหิน ดาวแก๊ส น้อยใหญ่ต่าง ๆ ที่เป็นทฤษฎีที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน รวมถึงระบบสุริยะของเราด้วย อธิบายง่าย ๆ ก็คือ ดาวอะไรก็ตามแต่ มันจะเกิดข้างใน Circumstellar disk

แต่ก็จะมีอีกวิธีการอธิบายนึง ซึ่งก็คือ Disk instability วิธีนี้ เขาจะบอกว่า จริง ๆ แล้ว ดาวเคราะห์อาจจะไม่ต้องเกิดใน Circumstellar disk ก็ได้ เพราะแรงโน้มถ่วงอาจจะทำให้แผ่น Circumstellar disk เสียทรงและแตกกระจายออกมา แล้วพวกแก๊สหรือมวลสารที่แตกกระจายออกมา มันก็รวมตัวของมันเองนอก disk เกิดเป็นการก่อตัวแบบ Disk instability

ดังนั้น การที่เรารู้ว่า ดาว b มันก่อตัวออกมาห่างจากดาวแม่ของมันไกลขนาดนี้ แถมยังอยู่นอกวง Circumstellar disk ก็แปลว่า ดาว b นั้นเกิดจากวิธีอธิบายแบบ Disk instability จริง ๆ แถมมันก็ยังเป็นดาวเคราะห์แก๊สขนาดใหญ่มาก ๆ เสียด้วย ดังนั้นการค้นพบนี้จึงเป็นหลักฐานเอามายืนยันว่า การก่อตัวแบบ Disk instability มันมีจริง ๆ แถมยังสามารถสร้างดาวเคราะห์แก๊สขนาดมหาศาลได้ จากเดิมที่เราเชื่อว่าดาวเคราะห์แก๊ส (เช่น ดาวพฤหัสหรือดาวเสาร์ของเรา) จะเกิดภายใน Circumstellar disk

ดักไว้ก่อนตรงนี้ หลายคนอาจจะถามว่า มั่นใจขนาดนี้ n (กลุ่มตัวอย่าง) คุณพี่เท่ากับเท่าไหร่คะ? ซึ่งมันก็คือคำถามที่ดีแหละ เพราะเราจะมาทึกทักเองก็ไม่ได้ว่า เจอแค่กรณีนี้แต่บอกว่า Disk instability เกิดขึ้นได้ (บ่อย? ถี่? มาก? แค่ไหน?) แต่ประเด็นมันอยู่ตรงที่ว่า AB Aurigae b คือข้อมูลและการที่เราได้มองเห็นการก่อตัวของดาวแก๊สยักษ์ที่เรียกได้ว่า สด ๆ ใหม่ ๆ ที่สุดแล้วนั่นเอง ทำให้มันเอามาเป็น counterexample ได้

อย่างกรณีการเอามาเปรียบเทียบกับดาวพฤหัส จะถือว่าโคตรตรงประเด็น เพราะก่อนหน้านี้ เราเคยนำเสนอบทความเรื่อง Grand Tack Hypothesis การขยับห่างจากดวงอาทิตย์ของดาวพฤหัสในอดีตที่กุมความลับกำเนิดระบบสุริยะ ซึ่งอธิบายการกำเนิดของดาวพฤหัส ผ่านการอธิบายที่ได้รับการยอมรับมากที่สุด ด้วยการบอกว่าดาวพฤหัสของเราเกิดใน Circumstellar disk ก่อนที่จะย้ายที่ไปมา (Grand Track) จนระบบสุริยะเกิดสมดุล ทำให้ดาวพฤหัสตอนนี้อยู่ในตำแหน่งที่ระยะห่างปัจจุบัน ที่ประมาณ 5 AU ซึ่งฟังดูอาจจะตลกว่า ดาวแม่งย้ายที่ได้ด้วย แต่มันก็เป็นโมเดลที่สมเหตุสมผลและทุกคนก็พูดถึงกัน

ทีนี้ พอมีหลักฐานยืนยันว่า ดาวเคราะห์แก๊ส ไม่จำเป็นต้องเกิดใน Circumstellar disk ก็ได้ มันก็เลยเหมือนเป็นการท้าทายมายังคำอธิบายการเกิดดาวพฤหัส หรือดาวเคราะห์แก๊สน้อยใหญ่ในระบบสุริยะต่าง ๆ โดยตรง ที่มีหลักฐานเชิงประจักษ์มายันนั่นเอง (แต่เดิมที่จะเป็น Computer Simulation ส่วนใหญ่)

ทั้งนี้ เราไม่ได้จะบอกว่า ดาวพฤหัสเกิดจาก Disk instability แค่จะบอกว่า มันก็มีความเป็นไปได้ ซึ่งข้อมูลจากยานอวกาศรุ่นใหม่ ๆ อย่าง Juno และยานสำรวจดาวพฤหัสในอนาคต ก็จะช่วยไขปริศนาการกำเนิดดาวพฤหัสต่อไป

ทีนี้กลับมาที่งานวิจัยเกี่ยวกับ AB Aurigae เราจะเห็นว่า ณ ข้อมูลปัจจุบัน แม้จะแสดงออกมาค่อนข้างชัดเจนว่า AB Aurigae b น่าจะมีอยู่จริง และน่าจะเกิดจากกระบวนการก่อตัวที่ยังเป็นที่ถกเถียง ทำให้ในอนาคต การศึกษาระบบ AB Aurigae น่าจะฮิตขึ้นมาอีกไม่มากก็น้อยเลยทีเดียว โดยเฉพาะเมื่อเรามีกล้องโทรทรรศน์อวกาศ James Webb ที่ดีกว่าเดิม เรามักจะพูดอยู่เสมอว่า การมองไปบนท้องฟ้าคือการมองย้อนไปในอดีต ซึ่งก็ใช่ เพราะมันคือการมองไปยังจุดที่แสงเพิ่งจะเดินทางมาถึงเรา แต่ถ้าพูดในอีกนัยนึงแล้ว มันอาจจะหมายความว่า เรากำลังเฝ้ามองและตั้งคำถามถึงจุดกำเนิดของระบบสุริยะของเรา และดาวเคราะห์ต่าง ๆ ในระบบสุริยะด้วยเช่นกัน ผ่านการมองการเกิดขึ้น มีอยู่ และดับไป ของวัตถุนับอนันต์บนฟากฟ้า

เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co