ยาน TESS นักล่าดาวเคราะห์นอกระบบของ NASA (สามารถอ่านเรื่องราวของยาน TESS ได้ที่นี่) ค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบที่เล็กที่สุดเท่าที่มันเคยเจอมาตลอดภารกิจของมัน ดาวเคราะห์นอกระบบดวงนั้นมีชื่ออย่างเป็นทางการว่า L 98-59b ในระบบ L 98-59 ซึ่งเป็นหนึ่งในระบบดาวเคราะห์ที่ใช้เวลาในการวิเคราะห์ข้อมูลจากยาน TESS นานที่สุด (แต่อย่างน้อยก็ยังไม่ถึง 5 ปีนะ) เพราะต้องยืนยันการมีอยู่ของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะให้ได้มากที่สุดและมันไม่ง่ายแน่นอน ซึ่งรายละเอียดจะอธิบายในหัวข้อต่อไป

การค้นพบระบบสุริยะ L 98-59

ระบบสุริยะ L 98-59 มีดาวฤกษ์ชื่อว่า L 98-59 ซึ่งเป็นดาวแคระแดง หรือ M3-dwarf star มีมวลเพียงหนึ่งในสามของดวงอาทิตย์ของเรา ห่างออกไปจากโลกของเรา 10.623 พาร์เซก หรือ 34.648 ปีแสง โดยมีดาวเคราะห์ในระบบ 3 ดวง คือ L 98-59b, L 98-59c และ L 98-59d ซึ่ง Transit หรือ โคจรผ่านหน้าดาวฤกษ์ของมัน ซึ่งการค้นพบนี้ใช้วิธีตรวจสอบแบบ Gaia-measured distance หรือ Gaia DR2 Parallax ในการหาระยะทางของระบบ และใช้ Broad-band Photometry ในการหาดาวเคราะห์นอกระบบในระบบ L 98-59 (สามารถอ่านบทความเกี่ยวกับวิธีการหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะได้ที่นี่)

ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะทั้งสามดวงถูกเพิ่มเป็น Candidate ของ TESS ในปี 2018 โดยอัตโนมัติจากการ Sector Scan ที่ Sector 2, 5 และ 8 ด้วยกล้องที่ 4 ของ TESS และถูกเก็บข้อมูลเพื่อมาวิเคราะห์โดย SPOC (Science Processing Operations Center Pipeline) และ MIT Quick Look Pipeline จนถึงวันที่ 28 พฤษภาคม 2019 ที่ Paper อย่างเป็นทางการของ NASA Goddard Space Flight Center ถูกเผยแพร่ ซึ่งถือเป็นการประกาศการมีอยู่ของดาวเคราะห์นอกระบบทั้งสามดวง

การทำ Sector Scan ของยาน TESS ที่มา – NASA

หลายคนคงมีคำถามในใจว่าทำไมการวิเคราะห์ถึงใช้เวลายาวนานมาก นั้นเป็นเพราะกระบวนการในการหาดาวเคราะห์นอกระบบซับซ้อนกว่าที่เราคิด กระบวนการวิเคราะห์ที่ยาวนานนี้มีชื่อว่า TESS Data Validation Report เป็นวิธีการวิเคราะห์ว่าดาวเคราะห์ที่ Transit ผ่านหน้าดาวฤกษ์ของมันเป็นดาวเคราะห์ที่มีอยู่จริง ๆ หรือเป็นเพียงการรบกวนของแสงนอกระบบ L 98-59 หรือ Interstellar Medium ซึ่งจะถือเป็นการ False Positive ของระบบ Pipeline (ในที่นี้คือ SPOC และ MIT Quick Look)

Light curve จาก Sector 5 Scan ของกล้อง TESS แสดงให้เห็นถึงแสงที่ลดลงในช่วงเวลา Transit ของดาวเคราะห์ทั้งสามดวง ที่มา – Cornell University Astrophysics

จากกราฟแสดงให้เห็นช่วงที่ Light Curve ดรอปลงเพราะว่าดาวเคราะห์ในระบบมันไปบังแสงของดาวฤกษ์ทำให้แสงจากดาวลดลง กราฟนี้ถูกวิเคราะห์โดย Computer จากโมเดลที่ถูกเทรนมา จากการ Transit ที่ถี่มากของดาวเคราะห์แต่ละดวง หมายความว่าคาบการโคจรของดาวเคราะห์แต่ละดวงจะต้องน้อยมาก นั้นก็คือมันอยู่ใกล้กับดาวฤกษ์ของมัน และจะสังเกตได้ชัดเจนว่าดาว L 98-59d เป็นดาวเคราะห์ที่ใหญ่ที่สุดในระบบ ตามมาด้วย L 98-59c และ L 98-59b ซึ่งเล็กที่สุด แต่ก็ไม่สามารถใช้ได้ในทุกกรณีเพราะว่าวงโคจรของดาวเคราะห์บางดวงเอียงไปจากระนาบเยอะมากทำให้มันบังดาวฤกษ์ของมันเพียงแค่บางส่วน นั้นทำให้นักดาราศาสตร์ต้องวิเคราะห์กันอีกว่าดาวเคราะห์ทั้งสามดวงนี้มันเอียงหรือไม่

Light curve แบบ Phase-folded จากยาน TESS แสดงให้เห็นถึงความสว่างของดาวฤกษ์ที่ลดลงในขณะที่ดาวเคราะห์แต่ละดวง Transit ที่มา – Cornell University Astrophysics

โดยการหาค่าความเอียงของวงโคจรของดาวเคราะห์ใช้วิธีการคำนวณและการเปรียบเทียบจากระบบดาวเคราะห์ที่เรามีข้อมูลอยู่แล้ว ดังเช่นภาพนี้ซึ่งเป็นการเปรียบเทียบ Transit ของ L 98-56c กับ Transit ของระบบ 175-01 ซึ่งมีค่าความเอียงของวงโคจรดาวเคราะห์ในระบบ (Orbital inclination) ต่ำ ในกรณีนี้นักดาราศาสตร์พบว่าข้อมูลคล้ายกันมากจึงสามารถสรุปได้ว่าระบบ L 98-56 มีความเอียงต่ำและพอ ๆ กับระบบ 175-01 แต่ก็ต้องนำข้อมูลไปคำนวณอีกทีเพื่อหาค่าที่แน่นอน

DAVE Modelshift เพื่อเปรียบเทียบ Light curve ของระบบ L 98-56 โดยใช้ L 98-56c เป็น Model (กราฟ Primary) เพื่อเปรียบเทียบกับ Transit ของระบบ 175-01 (กราฟ Secondary และ Tertiary) ที่มา – Cornell University Astrophysics

ซึ่งสมการและขั้นตอนการคำนวณเพื่อหาค่า Orbital inclination ทางผู้เขียน Paper ไม่ได้ระบุวิธีที่แน่ชัดทางผู้เขียนจึงขอไม่เขียนรายละเอียด และขั้นตอนต่อไปก็คือการยืนยันว่าแสงที่ตรวจจับได้นั้นมาจากการ Transit ของดาวเคราะห์จริง ๆ และไม่ได้มาจากวัตถุอวกาศในพื้นหลังซึ่งใช้วิธี DAVE Centroid Analysis เพื่อสังเกตุการณ์ดาวเป้าหมายด้วยมุมที่ต่างกัน เพื่อยืนยันว่าตำแหน่งของแสง (Source) ไม่ได้เปลี่ยนตำแหน่งและอยู่ที่เดิมตลอดเวลา

DAVE Centroid Analysis โดยยาน TESS ใน Sector 8 ของการ Transit ของดาวเคราะห์ L 98-56c ที่มา – Cornell University Astrophysics

จากการวิเคราะห์ด้วย DAVE Centroid Analysis พบว่า Photocenter หรือจุดศูนย์กลางภาพไม่ได้เปลี่ยนไปเลยและตำแหน่งของดาวเป้าหมายก็ยังอยู่ที่เดิมและนักดาราศาาสตร์จะต้องทำการวิเคราะห์แบบเดียวกันนี้อีก 2 ครั้ง สำหรับดาวเคราะห์อีก 2 ดวง จะได้เป็นตารางการวิเคราะห์และเก็บข้อมูลดังนี้

ตารางการเก็บข้อมูลจาก DAVE Centroid Analysis โดย TESS ที่มา – Cornell University Astrophysics

จากตารางจะเห็นได้ว่าค่าของ Image Centroid ของแต่ละดาวเคราะห์ใกล้เคียงกันมากและที่มันแตกต่างกันก็เพราะตำแหน่งในการ Transit และ ขนาดของดาวเคราะห์ที่ไม่เท่ากันนั้นเอง และเพื่อยืนยันว่ากล้อง TESS สามารถตรวจจับดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ L 98-56 ได้จริงไม่ได้อยู่ ๆ เมาแล้วส่งข้อมูลกับมาว่าเจอดาวเคราะห์ในระบบ นักดาราศาสตร์จึงใช้กล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินทั้งหมด 9 ตัว ให้เล็งไปที่ตำแหน่งของ L 98-56 และเก็บข้อมูล Light curve เพื่อยืนยันกับข้อมูลที่มีอยู่ (TESS) ดังตาราง

Photometry Observation Log
ตารางการเก็บข้อมูล Light curve ของ ระบบ L 98-56 ของกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินทั้ง 9 ตัว – ที่มา Cornell University Astrophysics
ค่า Light Curve ที่ได้จากกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินแต่ละตัวเปรียบเทียบกับข้อมูลจาก TESS (เส้นดำ) ที่มา – Cornell University Astrophysics

และขั้นตอนสุดท้ายในการยืนยันตัวต้นของดาวคือการตรวจสอบวัตถุพื้นหลังด้วยการถ่ายภาพเพื่อนำมาวิเคราะห์ว่าไม่มีการรบกวนภายนอก ในที่นี้คือภาพ 2MASS J-band ของระบบ L 98-59

ภาพ 2MASS J-band ของระบบ L 98-59 พร้อมกับ BEB หรือ Background Eclipsing Binary ที่มา – Cornell University Astrophysics

จากภาพข้างบนนักดาราศาสตร์คิดว่า BEB อาจมีส่วนทำให้ข้อมูล Light curve ผิดพลาดเพราะ Eclipsing Binary มีความสามารถในการทำให้ Light curve ของตัวมันเองเปลี่ยนแปลงเพราะ Eclipsing Binary คือดาวฤกษ์คู่ที่หมุนรอบกันเองทำให้บางช่วงเราสามารถมองเห็นดาวอีกดวงได้และมองไม่เห็นในบางช่วงเป็นผลให้ Light curve เปลี่ยนแปลงได้

การเปลี่ยนแปลงของแสงของ Eclipsing Binary ที่มา – Astronomy

แต่จากผลการวิเคราะห์ BEB ไกลเกินไปที่จะมีผลกระทบต่อ Light curve ของ ระบบ L 98-56 จึงทำให้นักดาราศาสตร์ได้ข้อสรุปว่าดาวเคราะห์นอกระบบทั้งสามนั้นมีอยู่จริงและสามารถคำนวณหารัศมีของดาวเคราะห์และข้อมูลพื้นฐานต่าง ๆ เช่นคาบการโคจรของดาวเคราะห์, ความเร็วการโคจรของดาวเคราะห์ และอื่น ๆ ของดาวเคราะห์ได้ด้วย Light curve และหลักการ Astrophysics อื่น ๆ

ระบบ L 98-56 และดาวเคราะห์ของมัน

ระบบ L 98-56 มีดาวเคราะห์ทั้งหมด 3 ดวง ได้แก่ L 98-56a, L 98-56b และ L 98-56c แต่ที่นักดาราศาสตร์สนใจมากที่สุดคือ L 98-56b เพราะว่ามันเป็นดาวที่เล็กที่สุดเท่าที่ยาน TESS เคยเจอมา โดย L 98-56b มีขนาดเพียง 0.8 ของโลก ในขณะที่ L 98-56c และ L 98-56c มีขนาด 1.4 เท่าของโลก และ 1.6 เท่าของโลกตามลำดับ

ภาพจำลองของดาวเคราะห์ทั้งระบบของ L 98-59 เปรียบเทียบกับโลกและดาวอังคาร ที่มา – NASA
  • L 98-59b เป็นดาวเคราะห์ของระบบที่อยู่ในสุด โคจรรอบดาวฤกษ์ของมันทุก 2.25 วันบนโลก มันได้รับพลังงานจากดาวฤกษ์ของมันมากกว่าที่โลกเราได้รับจากดวงอาทิตย์ถึง 22 เท่า
  • L 98-59c เป็นดาวเคราะห์ของระบบที่อยู่ถัดจาก L 98-59b โคจรรอบดาวฤกษ์ของมันทุก 3.7 วันบนโลก ได้รับพลังงานหรือรังสีจากดาวฤกษ์ของมันมากกว่าโลกเราถึง 11 เท่า
  • L 98-59d เป็นดาวเคราะห์ของระบบที่อยู่นอกสุด ณ ตอนนี้ (อาจค้นพบเพิ่มในอนาคตถ้ามี) โคจรรอบดาวฤกษ์ของมันทุก 7.5 วันบนโลก ได้รับพลังงานหรือรังสีจากดาวฤกษ์ของมันมากกว่าโลกเรา 4 เท่า

ดาวเคราะห์ทั้ง 3 ดวงไม่อยู่ในพื้นที่ ๆ เรียกว่า Habitable Zone ซึ่งเป็นพื้นที่ ๆ นักดาราศาสตร์ถือว่าเอื้ออำนวยต่อสิ่งมีชีวิต จึงสามารถคาดการณ์ได้ว่าไม่มีของเหลวอยู่บนดาวเคราะห์เพราะมันร้อนเกิน แต่ดาวเคราะห์ทั้ง 3 ดวงอยู่ในพื้นที่ ๆ เรียกว่า Venus Zone หมายความว่าดาวเคราะห์ที่มีชั้นบรรยากาศเหมือนโลกอาจเกิดปรากฏการณ์เรือนกระจกอย่างรุนแรง (Runaway greenhouse effect) เหมือนดาวศุกร์ ซึ่งนักดาราศาสตร์คาดการณ์ว่าดาวดวงที่ 3 หรือ L 98-59d อาจมีลักษณะทางกายภาพเหมือนดาวศุกร์

ซึ่งการศึกษาดาวเคราะห์ใน Venus Zone อาจทำให้เราได้รู้จักอวกาศมากขึ้น เพราะยังมีอีกหลายอย่างที่เราเชื่อว่าเรารู้ดีแล้วแต่ทั้งที่จริงเราพึ่งรู้เพียงแค่เสี้ยวเดียวของมัน และนั้นก็คือจักรวาล เราพึ่งรู้เพียงแค่เสี้ยวเดียวของจักรวาลและยังมีอีกหลายอย่างนับไม่ถ้วนที่เรายังไม่ค้นพบหรือยังหาคำตอบไม่ได้ แต่สักวันเราจะหาคำตอบได้แน่นอน

เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co

อ้างอิง

The L 98-59 System: Three Transiting, Terrestrial-Sized Planets Orbiting a Nearby M-dwarf Paper

NASA’s TESS Mission Finds Its Smallest Planet Yet

Gaia Data Release 2 (Gaia DR2)

Extrasolar Planet



บทความที่เกี่ยวข้อง





เข้าสู่ระบบ