HD 98800 ระบบสุริยะสุดแปลก ดาวคู่ 4 ดวงที่ดาวเคราะห์จะโคจรตัดขั้วเหนือใต้



ในปี 2007 นักดาราศาสตร์ได้รู้จักกับ HD 98800 ระบบสุริยะที่ประกอบไปด้วยดาวฤกษ์ทั้งหมด 4 ดวง เราเรียกระบบแบบนี้ว่า quadruple stellar system ซึ่งจาก Paper ในตอนนั้นก็ทำให้เราได้รู้ว่า HD 98800 ซึ่งอยู่ห่างออกไปจากโลก 146 ปีแสงเป็นระบบดาวที่มีดาวทั้งหมด 4 ดวงและมีความเป็นไปได้ว่าจะมีสิ่งที่เรียกว่า protoplanetary disk ซึ่งเป็นกลุ่มของวงแหวนที่ภายหลังจะรวมตัวกันเป็นดาวเคราะห์ทำมุมแบบแปลก ๆ และไม่เป็นระนาบเดียวกับการหมุนรอบกันของดาวฤกษ์ทั้ง 2 คู่ (และการเจอ protoplanetary disk นี้ก็บอกได้ว่า HD 98800 เป็นระบบสุริยะที่เพิ่งเกิด) ข้อมูลจากเทคนิค infrared interferometry และ radial velocity ณ ตอนนั้น ทำให้เรายังไม่สามารถฟันหรือสร้างแบบจำลองจริง ๆ ของ HD 98800 ขึ้นมาได้

แต่ล่าสุด นักดาราศาสตร์ได้เก็บข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์ ALMA หรือ Atacama Large Millimeter Array ในการสร้าง Simulation ของ HD 9880 ขึ้นมา และยืนยันได้ว่า นี่เป็นการค้นพบระบบดาวที่มีดาวฤกษ์ 4 ดวง และมี protoplanetary disk ที่ไม่ระนาบกับดาวแม่เป็นครั้งแรกหลังจากที่นักดาราศาสตร์ตั้งขอสังเกตและถามถึงการมีอยู่จริงมาหลายปี สิ่งนี้ทำให้ HD 98800 อาจจะเป็นระบบสุริยะที่แปลกที่สุดหรือสวยที่สุดที่เราเคยค้นพบมาเลยก็ได้

Protoplanetary Disk ที่ไม่ระนาบกับดาวแม่

ก่อนที่โลกเราจะถือกำเนิดขึ้น ดาวเคราะห์ต่าง ๆ เคยอยู่ในรูปแบบของฝุ่นผงของแก๊สที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ สิ่งนี้เรียกว่า protoplanetary disk เมื่อเวลาผ่านไป แรงโน้มถ่วงทำให้ฝุ่นผงพวกนี้จับตัวกัน บ้างก็เกิดเป็นดาวเคราะห์หิน บ้างก็เกิดเป็นดาวเคราะห์ก๊าซ เมื่อระบบสุริยะเย็นตัวลง จึงเกิดเป็นภาพของระบบสุริยะที่เราเห็นกันทุกวันนี้ จึงเป็นเหตุผลที่ดาวเคราะห์ต่าง ๆ โคจรรอบดวงอาทิตย์ในระนาบเดียวกัน

ระบบสุริยะอื่นก็เช่นกัน ณ ข้อมูลเชิงสถิติตอนนี้ เป็นเรื่องปกติที่เราจะเห็นดาวเคราะห์โคจรรอบดาวแม่ในระนาบเดียวกับที่ดาวแม่มันหมุนรอบตัวเอง แต่จากงานล่าสุดที่ได้ตีพิมพ์ลงใน Nature Astronomy ที่ชื่อว่า A circumbinary protoplanetary disk in a polar configuration ทำให้เราสามารถยืนยันรูปแบบของ HD 98800 ว่ามันคือระบบดาวคู่ (หรือจะบอกว่าเป็นดาวสี่ดวงก็ได้) ที่มี protoplanatery disk ทำมุมแปลกที่สุด

ภาพจำลองของ HD 98800 วงใน Bb และ Ba โคจรรอบกันเป็นระบบดาวแบบคู่ และมีระนาบต่างจาก Disk ที่หมุนรอบมัน ที่มา – University of Warwick/Mark Garlick

ให้ลองนึกภาพตามว่าระบบดาวนี้ประกอบไปด้วยดาวฤกษ์ทั้งหมด 4 ดวง ดวงที่อยู่วงในสุด เป็นดาวฤกษ์ที่มีมวลใกล้ ๆ กัน มันจึงโคจรรอบกันแบบค่อนข้างสมมาตร เราเรียกสองดวงนี้ว่า Ba และ Bb ห่างออกไป มันจะมีกลุ่ม Disk ที่หมุนวนรอบ ๆ มันอยู่ ในแนวตัดขั้วเหนือใต้ของระนาบการโคจรกันของ Ba และ Bb

ห่างออกไปอีกก็มีดาวฤกษ์อีก 2 ดวง ที่มีมวลน้อยกว่า Ba และ Bb เชื่อว่า Aa และ Ab (งงไหม) ซึ่งมันจะโคจรในแนวระนาบเดียวกัน ดังนั้นถ้าเราหมุนภาพ เราจะเห็นว่าทุกอย่างจะอยู่ในระนาบเดียวกันหมด ทั้งดาว Ba Bb Aa และ Ab มีแต่ protoplanetary disk ที่ทำมุมกับแนวระนาบ มุมกับแนวระนาบนี้ศัพท์ทางฟิสิกส์วงโคจรจะเรียกว่า Inclination ซึ่งมันมีค่า Inclination สูงถึง 88 องศา แทบจะเป็นมุมฉากกับระนาบโคตร

ข้อมูลที่ได้เหล่านี้มาจาก ALMA ซึ่งเป็นกลุ่มของกล้องโทรทรรศน์วิทยุขนาดเล็ก จากที่เขียนไว้ใน Paper มีการใช้จานรับสัญญาณจำนวน 49 ตัว เก็บข้อมูลในช่วงปี 2017 ที่ต้องใช้กล้องหลายตัวก็เพราะว่า เทคนิคนี้เป็นการใช้การแทรกสอดของคลื่น (interferometry) ในการตรวจจับวัตถุต่าง ๆ บนท้องฟ้า Data ต่าง ๆ ได้ถูกอัพโหลดไว้บน GitHub รวมถึงอัลกอริทึมที่ใช้

อดีต ปัจจุบัน และอนาคตของ HD 9880

เนื่องจาก Disk แบบนี้เป็นสิ่งที่บ่งบอกว่ามันคือระบบสุริยะที่เพิ่งเกิด และในอนาคตมันจะต้องมีดาวเคราะห์กำเนิดขึ้นแน่นอน แต่ปัญหาก็คือ ทำไมมันถึงได้เกิดสิ่งที่นักดาราศาสตร์เรียกว่า misaligned configuration เช่นนี้ จาก Data ที่ได้ใน Simulation พวกเขาเชื่อว่าเกิดจาก torque ของดาวฤกษ์ชุดใน (คือ Ba และ Bb) ทำให้ disk นี้มีความเสถียร และนักดาราศาสตร์เชื่อว่ามันจะเป็นเช่นนี้ไปอีกนาน อย่างต่ำก็ 430 ปี แต่ก็ได้มีการศึกษาก่อนหน้านี้ ได้ศึกษาเรื่อง Inclination evolution of protoplanetary discs around eccentric binaries บอกว่ายังไงการวางตัวแนวนี้ก็ไม่เสถียรและสุดท้ายทุกอย่างจะกลายมาอยู่ในระนาบเดียวกันในอีกประมาณพันล้านปีข้างหน้า

ให้เราลองนึกภาพเราโยนฮูลาฮูป หรือถ้วยอะไรซักอย่างลงบนพื้น มันจะแกว่งไปมา และวน ๆ จนสุดท้ายมันจะกลายมาเป็นอยู่ในระนาบเดียวกับพื้น พฤติกรรมของ Disk บน HD 9880 ที่นักดาราศาสตร์คาดไว้ก็น่าจะเป็นแบบนั้นเช่นกัน เพราะถ้าดูจาก Paper ที่ทำเรื่อง Inclination evolution หลาย ๆ ตัวแล้ว ก็พบว่าปรากฏการณ์นี้สามารถเป็นไปได้ในทางฟิสิกส์ ครั้่งนี้เป็นเพียงแค่การยืนยันการมีอยู่จริงเท่านั้น ไม่ได้เป็นการค้นพบอะไรนอกเหนือจากกฏทางฟิสิกส์ที่เขียนไว้อยู่แล้ว (แต่ก็ยังน่าตื่นเต้นอยู่ดี)

นักดาราศาสตร์ลองจิตนาการภาพท้องฟ้าของดาวเคราะห์ในระบบนี้ ที่มา – University of Warwick/Mark Garlick

ทีนี้นักดาราศาสตร์ก็ลองนึกภาพดูว่า แล้วถ้ามีดาวเคราะห์เกิดขึ้นมาจริง ๆ (ตอนนี้ยังตรวจสอบไม่ได้ เนืองจากข้อจำกัดด้านเทคโนโลยี ซึ่งยังไม่สามารถคำนวณจาก radial velocity ได้ เพราะระบบมีขนาดเล็ก) ลักษณะของท้องฟ้าบนดาวดวงนั้น ก็จะเป็นเหมือนกับในรูป คือมีกลุ่มแก๊สที่เป็น disk นี้ ปรากฏจากเส้นขอบฟ้า ลากยาวขึ้นไปจนถึงเส้นของฟ้าอีกทิศนึง และบนท้องฟ้า ณ จุดใดจุดหนึ่ง ก็จะมีดาว Ba และ Bb โคจรตัดไปมาสองดวง Space.com บอกว่า เหมือนกับเป็น ชิ้งช้าสวรรค์ของจริงบนท้องฟ้าเลย

สำหรับการค้นพบในครั้งนี้ก็น่าดีใจกับทีมจาก University of Warwick ที่ทำให้ทฤษฏีกลายมาเป็นเรื่องจริงได้ด้วยการค้นพบระบบดาวคู่ (หรือดาวสี่ดวงด้วยซ้ำ) ที่มี Protoplanatery Disk ทำมุม Inclination เกือบจะ 90 องศา จากเดิมที่เราเคยเห็นแต่ในระบบแบบดาวเดี่ยวเท่านั้น สุดท้าย มันก็จะนำไปสู่คำถามว่า ในจักรวาลหรือเอกภพ อะไรคือสิ่งที่ ปกติ ธรรมดา หรือ common ในเมื่อยังมีอีกหลายอย่างที่เราไม่รู้ และอาจไม่มีโอกาสได้รู้ ข้อมูลความรู้ต่าง ๆ ที่เรามี ล้วนแต่เป็นข้อมูลทางสถิติที่ไม่ได้ละเอียดและเต็มไปด้วย Bias จากสิ่งที่เราเห็นอยู่ประจำแล้วคิดว่ามันคือเรื่องปกติ

สุดท้ายแล้ว ความแปลกอาจจะเป็นความไม่แปลก แล้วความไม่แปลกอาจจะเป็นความแปลก เวลาที่เราเจออะไรเยอะ ๆ อาจจะไม่ได้แปลว่าสิ่งนั้นคือเรื่องธรรมดาทั่วไปก็ได้ และนี่ก็คือความสวยงามของวิทยาศาสตร์ ที่จะยังไม่ตัดสินอะไร ถ้าเกิดเรายังไม่ได้รู้จักมันทั้งหมด

 

เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co