อีเอสเอ/ฮับเบิล (เอ็ม. คอร์นเมสเซอร์ และ แอล.แอล. คริสเตนเซน)
เมื่อสองทศวรรษที่แล้ว มีการประกาศการค้นพบดาวเคราะห์ดวงแรกที่โคจรรอบดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์อีกดวงหนึ่ง และเราได้เข้าสู่ 'ยุคดาวเคราะห์นอกระบบ' หลายปีต่อจากนั้น ก็พบดาวเคราะห์ประเภทนี้มากขึ้น ครั้งแรกแบบหยด แล้วแบบน้ำท่วม
การเติบโตอย่างรวดเร็วนี้สิ้นสุดลงด้วยการประกาศที่น่าอัศจรรย์เมื่อเดือนพฤษภาคมนี้จากเคปเลอร์ทีมวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์นอกระบบอีก 1,284 ดวงถูกเพิ่มเข้าไปในแค็ตตาล็อก เป็นผลให้โลกอื่นมากกว่า 3,000 แห่งตอนนี้ได้ถูกค้นพบแล้ว
แม้จะประสบความสำเร็จเหล่านี้ แต่การค้นหาดาวเคราะห์ก็ทำได้ยาก มีข้อยกเว้นบางประการ เราไม่สามารถมองเห็นได้โดยตรง แม้จะมีกล้องโทรทรรศน์ที่ใหญ่ที่สุดและทรงพลังที่สุด พวกมันก็ยังคงหลงหายไปในแสงจ้าของดาวฤกษ์แม่ แต่นักดาราศาสตร์จะต้องกลายเป็นนักสืบและค้นหาเบาะแสที่เผยให้เห็นการมีอยู่ของโลกที่มองไม่เห็น
ค้นหาดาวเคราะห์ให้ฉัน: ดาวที่โยกเยก
ดาวเคราะห์นอกระบบส่วนใหญ่ที่พบจนถึงปัจจุบันถูกค้นพบโดยสองวิธีหลัก ได้แก่ การดูดาวเพื่อดูว่าพวกมันโคลงเคลงหรือไม่ หรือดูว่าพวกมันกระพริบตาหรือไม่ ในช่วงทศวรรษแรกของยุคดาวเคราะห์นอกระบบ เทคนิคที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดคือวิธีความเร็วแนวรัศมี
ในภาพนี้ นักดาราศาสตร์นำแสงจากดาวฤกษ์มาแยกออกเป็นสีต่างๆ ทั่วทั้งสเปกตรัมนี้มีเส้นสีดำซึ่งเป็นลายนิ้วมือของอะตอมและโมเลกุลที่ประกอบเป็นบรรยากาศรอบนอกของดาว ตำแหน่งของเส้นดูดกลืนเหล่านี้ทราบด้วยความแม่นยำและต้องเกิดขึ้นที่ความยาวคลื่นจำเพาะ
อย่างไรก็ตาม หากดาวฤกษ์เคลื่อนที่มาหาเรา เราจะสังเกตเห็นเส้นมีการเลื่อนสีน้ำเงินเล็กน้อย และหากดาวเคลื่อนออกไปก็จะเปลี่ยนเป็นสีแดง ยิ่งเคลื่อนไหวเร็ว การเปลี่ยนแปลงก็ยิ่งมากขึ้น สิ่งนี้ทำให้เรามีเครื่องมือในการค้นหาดาวเคราะห์
หากดาวฤกษ์มีสหาย (ไม่ว่าจะเป็นดาวเคราะห์ ดาวแคระน้ำตาล หรือดาวฤกษ์) ทั้งสองดวงจะโคจรรอบจุดศูนย์กลางมวลร่วมกัน วัตถุที่ใหญ่กว่าจะเป็นไปตามเส้นทางที่สั้นกว่า และวัตถุที่เล็กกว่าก็จะยิ่งยาวขึ้น
ดังนั้นดาวฤกษ์ที่มีสหายจะเคลื่อนที่ไปมาโดยมีการแกว่งเต็มที่หนึ่งครั้งต่อวงโคจร เนื่องจากดาวฤกษ์และสหายอยู่คนละฝั่งของจุดศูนย์กลางมวล คาบของการโยกเยกของดาวฤกษ์จึงเป็นเวลาที่คู่ของมันต้องใช้วงจรหนึ่งวงจร
ยิ่งวงโคจรของสหายอยู่ใกล้มาก คาบก็จะยิ่งสั้นลง และการโยกเยกก็จะเร็วขึ้นเท่านั้น ยิ่งสหายมีมวลมากเท่าใด แอมพลิจูดของการโยกเยกก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้นด้วยการติดตามการโยกเยกของดาวฤกษ์ เราสามารถกำหนดคาบวงโคจรและระยะทางของดาวเคราะห์ และรับค่าประมาณมวลของมันได้
แน่นอนว่านี่ไม่ใช่ข้อจำกัด พื้นผิวของดวงดาวนั้นปั่นป่วน ขึ้นและจมเหมือนน้ำเดือด และเต็มไปด้วยจุดและความไม่สมบูรณ์ สิ่งเหล่านี้ทำให้เกิดเสียงรบกวนในสเปกตรัม ซึ่งมักจะปิดบังสัญญาณเล็กๆ ของการโยกเยกที่เกิดจากดาวเคราะห์ใดๆ
และการโยกเยกเหล่านั้นก็เล็กมาก เพื่อให้ผู้สังเกตการณ์จากต่างดาวตรวจจับโลกได้ พวกเขาจะต้องสามารถวัดความเร็วของดวงอาทิตย์ที่เปลี่ยนแปลงได้ต่ำกว่า 10 เซนติเมตร/วินาที (0.1 เมตร/วินาที) ตลอดระยะเวลาหนึ่งปี ร้อนในทางตรงกันข้าม จะทำให้เกิดการโยกเยกที่ใหญ่กว่ามากบนดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ที่มีความเร็วมากกว่า 50 เมตร/วินาที
ที่เลวร้ายไปกว่านั้น ยิ่งคาบการโคจรนานขึ้น พวกเขาจะต้องสังเกตนานขึ้นเพื่อจับการโยกเยกเต็มที่อย่างน้อยหนึ่งครั้ง เพื่อให้แน่ใจว่าพวกมันมีดาวเคราะห์ ด้วยเหตุนี้ เทคนิคความเร็วในแนวรัศมีจึงต้องใช้การเผาไหม้อย่างช้าๆ โดยติดตามดาวฤกษ์บางดวงเพื่อดูการสั่นไหวที่อาจใช้เวลาหลายปีหรือหลายสิบปีจึงจะเสร็จสมบูรณ์
ค้นหาดาวเคราะห์ให้ฉัน: ดวงดาวที่กระพริบตา
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา วิธีการผ่านหน้าได้เข้ามาแทนที่วิธีการค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบที่ประสบความสำเร็จมากที่สุด ที่นี่ นักดาราศาสตร์ตรวจดูความสว่างของดาวฤกษ์หลายพันดวงอย่างระมัดระวัง โดยเฝ้าดูการกระพริบตาที่เกิดขึ้นเมื่อดาวเคราะห์โคจรผ่านโดยตรงระหว่างดาวฤกษ์ของมันกับเรา
การผ่านหน้าจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อการวางแนวของวงโคจรของดาวเคราะห์ถูกต้อง ทำให้มันเคลื่อนผ่านหน้าดาวฤกษ์ในทุกวงโคจร ยิ่งดาวเคราะห์อยู่ใกล้ดาวฤกษ์มากเท่าไร รูปร่างที่สมบูรณ์แบบนี้ก็มีแนวโน้มมากขึ้นเท่านั้น ด้วยเหตุนี้เทคนิคนี้จึงมีอคติต่อการค้นหาดาวเคราะห์คาบสั้น
แม้ว่าวิธีการนี้จะขาดแคลน แต่วิธีนี้กลับได้ผลอย่างมาก โดยมีการค้นพบดาวเคราะห์มากกว่า 2,500 ดวงจนถึงปัจจุบัน
เช่นเดียวกับการสังเกตความเร็วในแนวรัศมี เทคนิคการผ่านหน้าช่วยให้เราเรียนรู้เล็กน้อยเกี่ยวกับดาวเคราะห์ที่มันเผยให้เห็น ด้วยการสังเกตการผ่านหน้าหลายครั้ง เราสามารถระบุคาบการโคจรของดาวเคราะห์และระยะทางจากดาวเคราะห์ของมันได้
ด้วยการวัดเศษส่วนของแสงของโฮสต์ที่ถูกบล็อกระหว่างการเคลื่อนผ่าน เราสามารถกำหนดขนาดทางกายภาพของดาวเคราะห์ได้ (สัมพันธ์กับดาวฤกษ์) ดาวเคราะห์ที่ใหญ่กว่าบังแสงได้มากกว่าดาวเคราะห์ดวงเล็ก
ด้วยเหตุผลนี้ เทคนิคนี้จึงมีอคติต่อการค้นหาดาวเคราะห์ที่ใหญ่กว่า การผ่านหน้าของพวกมันจึงมองเห็นได้ง่ายกว่าเมื่อเทียบกับเสียงกิจกรรมของดาวฤกษ์
นอกจากนี้เรายังสามารถกำหนดความเอียงของวงโคจรของดาวเคราะห์ไปจนถึงแนวสายตาของเราได้ตั้งแต่การผ่านหน้า สิ่งนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งหากเราต้องการติดตามการค้นพบเพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับดาวเคราะห์ดวงนี้ด้วยวิธีอื่น
วิงค์และโยกเยก: 97 เปอร์เซ็นต์ แล้วอีก 3 เปอร์เซ็นต์ล่ะ?
ของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะเกือบ 3,300 ดวงที่ NASA รู้จักในปัจจุบัน, 3,170 ถูกค้นพบโดยทั้งความเร็วแนวรัศมีหรือเทคนิคการเคลื่อนที่ผ่าน แต่คนอื่นล่ะ?
แม้ว่าเทคนิคความเร็วแนวรัศมีและวิธีการเคลื่อนผ่านมีส่วนสำคัญในการค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบ แต่ก็ไม่ใช่เครื่องมือเดียวที่ถูกนำมาใช้ อีก 3 เปอร์เซ็นต์ของดาวเคราะห์ที่รู้จักถูกค้นพบด้วยวิธีต่างๆ มากมาย ตั้งแต่การถ่ายภาพโดยตรง ไปจนถึงการใช้ลักษณะเฉพาะอย่างหนึ่งของ-
การค้นหาดาวเคราะห์รอบระบบดาวอื่นๆ ดำเนินมาเป็นเวลาหลายทศวรรษแล้ว และขณะนี้ผลลัพธ์ก็ออกมาอย่างหนาแน่นและรวดเร็ว ซีรีส์นี้จะกล่าวถึงเทคนิคบางอย่างที่นักดาราศาสตร์ใช้ในการค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบเหล่านี้ ในบทความถัดไป เราจะอธิบายวิธีการอื่นๆ ที่ช่วยให้แคตตาล็อกดาวเคราะห์นอกระบบปัจจุบันของเราสมบูรณ์ ตลอดจนอภิปรายเกี่ยวกับอนาคตของการค้นหาโลกอื่นของเรา
จอนติ ฮอร์เนอร์, นักวิจัยอาวุโสของรองอธิการบดี,มหาวิทยาลัยเซาเทิร์นควีนส์แลนด์และเบรตต์ แอดดิสัน, นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ Postdocมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมิสซิสซิปปี้-
บทความนี้เผยแพร่ครั้งแรกโดยการสนทนา- อ่านบทความต้นฉบับ-
