หากยังจำกันได้เมื่อวันที่ 22 กุมภาพันธ์ 2017 นักดาราศาสตร์ได้ประกาศการค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบ (Exoplanet) ในระบบดาว TRAPPIST-1 ทั้งหมด 7 ดวง ซึ่งเป็นดาวเคราะห์หินที่มีพื้นผิวทั้งหมด (Terrestrial Planets) แบ่งเป็นดาวเคราะห์ b, c, e, f, g, d และ h ตามลำดับ ดาวเคราะห์ในระบบดาว TRAPPIST-1 เป็นดาวเคราะห์ที่มีขนาดพอ ๆ กับโลกเกือบทั้งหมดและนักดาราศาสตร์ยังคาดว่าพวกมันอาจเป็นดาวเคราะห์ที่อยู่อาศัยได้อีกด้วย (Habitable Exoplanet)
แต่เมื่อเร็ว ๆ นี้ นักดาราศาสตร์พบหลักฐานซึ่งบ่งบอกว่าดาวเคราะห์ในระบบ TRAPPIST-1 ทั้ง 7 ดวง อาจมีส่วนประกอบดาวเหมือนกันทั้งหมด
รู้จักระบบดาว TRAPPIST-1
TRAPPIST-1 รหัสเรียก 2MASS J23062928-0502285 คือ ระบบดาวแคระแดงอุณหภูมิต่ำมาก (Ultra-cool red dwarf star) อยู่ห่างออกไป 40 ปีแสงจากโลก เป็นดาวฤกษ์ Spectral type M8V (ดวงอาทิตย์ Spectral type G2V) มีรัศมีเพียง 11% ของดวงอาทิตย์และมีมวลเพียง 8% ของดวงอาทิตย์เท่านั้น ขนาดพอ ๆ กลับดาวพฤหัสแค่มวลมากกว่าประมาณ 84% อุณหภูมิพื้นผิวประมาณ 2,238 องศาเซลเซียส (ดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิพื้นผิวที่ 5,505 องศาเซลเซียส)
TRAPPIST-1ถูกค้นพบโดย Two Micron All-Sky Survey (2MASS) ในปี 1999 ต่อมาในวันที่ 22 กุมภาพันธ์ 2017 นักดาราศาสตร์ประกาศการค้นพบดาวเคราะห์ในระบบดาว TRAPPIST-1 ทั้งหมด 7 ดวง ทั้งหมดเป็นดาวเคราะห์ที่มีพื้นผิว (Terrestrial Planets) โดยดาวเคราะห์ทั้ง 7 ดวงแบ่งได้เป็น b, c, e, f และ g ซึ่งมีขนาดใกล้เคียงกับโลก d และ h มีขนาดระหว่างโลกและดาวอังคาร มีดาวเคราะห์อย่างน้อย 3 ดวง คือ e, f และ g ที่อยู่ใน Habitable Zone ซึ่งอาจเอื้อต่อสิ่งมีชีวิต
วงโคจรของระบบดาวเคราะห์ TRAPPIST-1 มีลักษณะเรียบและเล็ก เนื่องจากดาวเคราะห์ทั้ง 7 ดวงโคจรอยู่ในรัศมีเพียงแค่วงโคจรของดาวพุธหากเทียบดวงอาทิตย์เป็นดาว TRAPPIST-1 นอกจากนี้ระยะห่างระหว่างดาวเคราะห์แต่ละดวงยังน้อยมากอีกด้วย อย่างเช่นดาวเคราะห์ b และ c อยู่ห่างกันเพียง 1.6 เท่าของระยะทางจากโลกไปดวงจันทร์ ซึ่งที่ระดับนี้หากเราอยู่บนดาวเคราะห์ในระบบดาว TRAPPIST-1 เราจะสามารถเห็นดาวทุกดวงที่ขนาดพอ ๆ หรือใหญ่กว่าที่เราเห็นดวงจันทร์บนโลกได้เลย
ซึ่งดาวเคราะห์นอกระบบพวกนี้ถึงจะถูกประกาศการค้นพบเมื่อปี 2017 แต่จริง ๆ แล้วนักดาราศาสตร์รู้จักมันมาตั้งแต่ปี 2016 แล้วกว่า 3 ดวงด้วยการใช้การสำรวจ TRAPPIST (Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope) ซึ่งอาศัยหลักการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของความส่องสว่างปรากฏจากดาวฤกษ์ที่อาจเกิดจากการผ่านหน้าของดาวเคราะห์ในระบบ เราเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า Transit
หลังการค้นพบระบบดาวโดย TRAPPIST ได้ไม่นาน การสำรวจโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Spitzer (ซึ่งตอนนี้ปลดระวางไปแล้ว) ก็เริ่มขึ้นร่วมกับการสำรวจด้วยกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินซึ่งค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบเพิ่มเติมอีก 5 ดวง รวมถึงยืนยันการค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบ 2 ดวงที่เจอก่อนหน้านี้ หลังการค้นพบดาวเคราะห์ใน TRAPPIST-1 ทั้ง 7 ดวง Spitzer ก็ยังคงทำการสำรวจระบบดาวต่อไปอีกกว่า 1,000 ชั่วโมงก่อนที่จะถูกปลดระวางและส่งต่อการสำรวจให้ Hubble และ Kepler ซึ่งต่อมา Kepler ก็ถูกปลดระวางตามไปอีกเช่นกัน จนตอนนี้กลายเป็นยาน TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite)
สามารถอ่านบทความเกี่ยวกับ TESS ได้ที่นี่ – SpaceX ส่งยาน TESS ของ NASA สู่วงโคจรพิเศษ ไล่ล่าดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ
ข้างบนนี้คือแผนภาพข้อมูล Transit data จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Spitzer ซึ่งค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบทั้ง 7 ดวง โดยเราสามารถประมาณมวลของดาวแต่ละดวงได้หลากหลายวิธี วิธีหนึ่งก็คือการประมาณค่ามวลจากความส่องสว่างที่ลดลง ระยะเวลา ระยะห่างของวงโคจร และขนาดของดาว ซึ่งดาวเคราะห์ที่มีขนาดใหญ่จะสามารถบังดาว TRAPPIST-1 ได้มากขึ้นทำให้ความสว่างลดลงอย่างมีนัยสำคัญอย่างเช่น TRAPPIST-1c ในขณะที่หากดาวมีระยะทางของวงโคจรห่างจากดาว TRAPPIST-1 มาก จะทำให้ความสว่างลดลงไม่มากแต่ลดนาน เช่น TRAPPIST-1h นั่นเอง
ความหนาแน่นของดาวทั้ง 7 ดวงที่ใกล้เคียงกัน
ความหนาแน่นของดาวเป็นตัวบ่งบอกส่วนประกอบของดาว เนื่องจากหากเราไม่รู้ความหนาแน่นโดยรวมของดาวเคราะห์ เราก็จะไม่รู้ว่าบนดาวเคราะห์ดังกล่าวนั้นมีส่วนประกอบที่เบาหรือหนัก อย่างความหนาแน่นของดาวนิวตรอนเมื่อเทียบกับโลก ดูเผิน ๆ แล้วหากเราไม่รู้ว่าดาวที่เรากำลังสังเกตการณ์อยู่เป็นดาวนิวตรอนเราก็จะไม่มีทางรู้เลยว่าดาวที่เรากำลังดูอยู่เป็นดาวฤกษ์ที่มีมวลและความหนาแน่นมากกว่าโลกมหาศาลทั้ง ๆ ที่มันอาจมีขนาดเล็กกว่าโลกถึง 300 เท่า
ดาวเคราะห์ในระบบสุริยะของเราทั้ง 8 ดวงก็มีความหนาแน่นแตกต่างกันไปเช่นกัน อย่างดาวเคราะห์แก๊ส ดาวพฤหัส ดาวเสาร์ ดาวเนปจูน ดาวยูเรนัส ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าดาวเคราะห์หินทั้ง 4 ซึ่งก็คือ ดาวพุธ ดาวศุกร์ โลก ดาวอังคาร แต่มันกลับมีความหนาแน่นต่ำกว่าดาวเคราะห์หินมาก นั่นเป็นเพราะว่าถึงมันจะใหญ่กว่าดาวเคราะห์หิน แต่ส่วนประกอบของมันคือแก๊สไฮโดรเจนและฮีเลียมที่เป็นธาตุเบาและมีความหนาแน่นต่ำ ในขณะที่ดาวเคราะห์หินอาจมีแกนเป็นเหล็ก นิกเกิล ทองแดง ที่เป็นธาตุหนักกว่าและมีความหนาแน่นมากกว่า
จากการสังเกตการณ์และวิเคราะห์ นักดาราศาสตร์พบว่าดาวเคราะห์ทั้ง 7 ดวงของ TRAPPIST-1 มีความหนาแน่นใกล้เคียงกันมาก และยังใกล้เคียงกับความหนาแน่นของโลกอีกด้วย ทั้ง 7 ดวงมีเปอร์เซ็นต์ความแตกต่างของความหนาแน่นเพียง 3% เท่านั้น ส่วนเปอร์เซ็นต์ความแตกต่างเมื่อเทียบระบบดาวเคราะห์ TRAPPIST-1 กับโลกและดาวศุกร์ แตกต่างกันเพียง 8% เท่านั้น เมื่อเทียบในแง่ดีมันอาจหมายถึงว่า ดาวทั้ง 7 ดวงอาจมีส่วนประกอบใกล้เคียงกับโลกไปด้วย อ้างอิงจาก Refining the Transit-timing and Photometric Analysis of TRAPPIST-1: Masses, Radii, Densities, Dynamics, and Ephemerides พบว่าดาวเคราะห์ในระบบ TRAPPIST-1 น่าจะมีส่วนประกอบใกล้เคียงกับโลก แต่มีเหล็กเป็นส่วนประกอบน้อยกว่าที่ 21% ของมวลดาวเมื่อเทียบกับโลกที่มีเหล็กเป็นส่วนประกอบถึง 32% ของมวลดาว
อีกสมมติฐานก็คือเหล็กในระบบดาว TRAPPIST-1 แต่ละดวงอาจถูกผสมรวมกับออกซิเจนความเข้มข้นสูงและเกิดการ Oxidize กลายเป็นเหล็กออกไซด์ (Iron Oxide) หรือสนิม ซึ่งเหล็กที่ถูกออกซิไดซ์จะสูญเสียความหนาแน่นส่วนหนึ่งของมันไปด้วย จึงอาจเป็นไปได้ที่ดาวเคราะห์ใน TRAPPIST-1 เคยหนาแน่นมากกว่านี้ แต่อาจถูกออกซิเจน (ถ้ามี) ออกซิไดซ์จนสูญเสียความหนาแน่นของดาว คล้ายกับดาวอังคารที่มีสีแดงเพราะว่าพื้นผิวถูกออกซิไดซ์กลายเป็นเหล็กออกไซด์ อย่างไรก็ตามดาวอังคารยังมีแกนเป็นเหล็กที่ไม่ถูกออกซิไดซ์อยู่
แต่หากระบบดาว TRAPPIST-1 เสียความหนาแน่นของดาวเคราะห์เพราะเรื่องเหล็กออกไซด์จริง นั่นหมายถึงแกนดาวของมันจะต้องถูกออกซิไดซ์ไปด้วย ไม่มีทางที่การออกซิไดซ์พื้นผิวอย่างกรณีของดาวอังคารจะทำให้ดาวเคราะห์เสียมวลไปเยอะขนาดนี้
Eric Agol นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยวอชิงตันซึ่งเป็นผู้ทำการศึกษาเรื่องนี้ได้กล่าวว่ามี 2 กรณีที่ทำให้ความหนาแน่นของดาวเคราะห์ในระบบดาว TRAPPIST-1 ต่ำกว่าโลก นั่นก็คือการมีเหล็กเป็นส่วนประกอบน้อยแต่แรก กับการที่เหล็กบางส่วนถูกออกซิไดซ์ไป
ทีมวิจัยยังได้คำนึงเรื่องของของเหลวบนพื้นผิวด้วย โดยบนพื้นผิวของดาวเคราะห์ในระบบดาว TRAPPIST-1 อาจมีน้ำปกคลุมอยู่ซึ่งน้ำนั้นเบากว่าเหล็กออกไซด์มาก และอาจทำให้ความหนาแน่นของดาวเปลี่ยนไปอย่างมีนัยสำคัญได้ แต่อย่างไรก็ตาม น้ำจะเปลี่ยนความหนาแน่นของดาวให้ต่ำลงระดับนี้ได้แสดงว่าดาวเคราะห์ในระบบ TRAPPIST-1 จะต้องมีน้ำเป็นส่วนประกอบของทั้งดาวกว่า 5% ในขณะที่บนโลกเราที่ว่ามีน้ำเยอะ แต่นั้นเป็นเพียง 0.1% ของมวลทั้งหมดบนโลกเท่านั้น หมายความว่าน้ำจะต้องท่วม TRAPPIST-1 แบบฉิบหายวายวอด ความหนาแน่นถึงจะเปลี่ยนไปแบบนั้นได้ แน่นอนว่าเป็นไปได้ยาก
นอกจากนี้ดาวเคราะห์ในระบบ TRAPPIST-1 ยังอยู่ใกล้กับดาวฤกษ์จนเกินไป โดยเฉพาะดาวเคราะห์ 3 ดวงแรกในระบบที่หากมีน้ำจริง มันน่าจะระเหยกลายเป็นไอน้ำจนหมด และการที่จะเก็บไอน้ำพวกนั้นไว้ได้ มันจะต้องมีชั้นบรรยากาศอย่างของดาวศุกร์ แต่ก็ยังเป็นไปได้ยากอีกเพราะว่ามันเป็นไปได้ยากที่ดาวทั้ง 7 ดวงจะมีน้ำพร้อม ๆ กันและเท่า ๆ กัน อยู่ในลักษณะคล้าย ๆ กันที่ทำให้ความหนาแน่นเฉลี่ยของดาวแต่ละดวงลดลงได้นั่นเอง
นั่นจึงทำให้เรื่องความหนาแน่นและส่วนประกอบของดาวเคราะห์ในระบบดาว TRAPPIST-1 ยังคงเป็นปริศนาต่อไปนั่นเอง
เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO
อ้างอิง
