จานเกิดของ PDS 70 กับดาวเคราะห์ดวงใหม่ PDS 70b (จุดสว่างทางด้านขวา) (ESO/A. มึลเลอร์ และคณะ)
หากสามารถสรุปยุคสมัยใหม่ของดาราศาสตร์ได้เพียงไม่กี่คำ ก็อาจเป็น "ยุคแห่งกระบวนทัศน์ที่เปลี่ยนไป"
ขอบคุณกล้องโทรทรรศน์ เครื่องมือ และรุ่นต่อไปนักดาราศาสตร์กำลังดำเนินการสืบสวนเชิงลึกยิ่งขึ้นเกี่ยวกับความลึกลับทางจักรวาลวิทยา การค้นพบ และการทำลายล้างความคิดอุปาทาน
ซึ่งรวมถึงวิธีที่ระบบดาวเคราะห์ก่อตัวรอบดาวดวงใหม่ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เคยอธิบายไว้โดยใช้สมมติฐานเนบิวลา- ทฤษฎีนี้ระบุว่าระบบดาวก่อตัวจากเมฆก๊าซและฝุ่น (เนบิวลา) ที่ประสบกับการยุบตัวของแรงโน้มถ่วง ทำให้เกิดดาวดวงใหม่
ก๊าซและฝุ่นที่เหลืออยู่จะจับตัวกันเป็นดิสก์ก่อกำเนิดดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์ดวงใหม่ ซึ่งค่อยๆ รวมตัวกันเพื่อสร้างดาวเคราะห์ โดยธรรมชาติแล้ว นักดาราศาสตร์ตั้งทฤษฎีว่าองค์ประกอบของดาวเคราะห์จะตรงกับองค์ประกอบของจานดิสก์เอง
อย่างไรก็ตาม เมื่อสำรวจดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่ยังคงพัฒนาอยู่ในระบบดาวอันห่างไกล ทีมนักดาราศาสตร์ค้นพบความไม่ตรงกันระหว่างก๊าซในชั้นบรรยากาศของโลกกับก๊าซที่อยู่ภายในดิสก์ การค้นพบนี้บ่งชี้ว่าความสัมพันธ์ระหว่างดิสก์ก่อกำเนิดดาวเคราะห์กับดาวเคราะห์ที่พวกมันก่อตัวอาจมีความซับซ้อนมากขึ้น
นำทีมโดย Postdoctoral Associateฉือชุน "ไดโน" ซูจากศูนย์สำรวจและวิจัยสหวิทยาการทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์(CIERA) ที่มหาวิทยาลัยนอร์ธเวสเทิร์น
เขาและเพื่อนร่วมงานเข้าร่วมโดยนักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย (Caltech), มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียซานดิเอโก (UCSD) และมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียลอสแองเจลิส (UCLA) บทความที่ให้รายละเอียดการค้นพบของพวกเขา "PDS 70b แสดงอัตราส่วนคาร์บอนต่อออกซิเจนคล้ายดาวฤกษ์," เพิ่งปรากฏตัวในจดหมายวารสารดาราศาสตร์ฟิสิกส์-
ในการศึกษาครั้งนี้ทีมงานอาศัยการKeck Planet Imager และ Characterizer(KPIC) ซึ่งเป็นเครื่องดนตรีชนิดใหม่ที่หอดูดาว WM Keckเพื่อรับสเปกตรัมจาก PDS 70b ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่ยังคงก่อตัวนี้โคจรรอบดาวแปรแสงอายุน้อย (อายุเพียง 5 ล้านปี) ซึ่งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 366 ปีแสง
มันเป็นเพียงคนเดียวที่นักดาราศาสตร์รู้จักซึ่งมีดาวเคราะห์ก่อกำเนิดอาศัยอยู่ในโพรงของดิสก์รอบดาวฤกษ์ที่พวกมันก่อตัวขึ้น ทำให้เหมาะสำหรับการศึกษาการก่อตัวและวิวัฒนาการของดาวเคราะห์นอกระบบในสภาพแวดล้อมโดยกำเนิด
เจสัน หวางผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์ที่นอร์ธเวสเทิร์นซึ่งให้คำแนะนำแก่ซู อธิบายไว้ในนอร์ธเวสเทิร์นนิวส์ข่าวประชาสัมพันธ์-
"นี่คือระบบที่เราเห็นดาวเคราะห์ทั้งสองยังคงก่อตัวอยู่ตลอดจนวัสดุที่พวกมันก่อตัวขึ้น การศึกษาก่อนหน้านี้ได้วิเคราะห์ดิสก์ก๊าซนี้เพื่อทำความเข้าใจองค์ประกอบของมัน เป็นครั้งแรกที่เราสามารถวัดองค์ประกอบของภาพนิ่ง -ก่อตัวดาวเคราะห์และดูว่าวัสดุต่างๆ บนโลกนี้มีความคล้ายคลึงกันเพียงใด เมื่อเทียบกับวัสดุในจานดิสก์"
จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ นักดาราศาสตร์ไม่สามารถศึกษาดิสก์ก่อกำเนิดดาวเคราะห์ได้โดยตรงเพื่อติดตามการกำเนิดของดาวเคราะห์ดวงใหม่ เมื่อถึงเวลาที่ดาวเคราะห์นอกระบบส่วนใหญ่สามารถสังเกตได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์ พวกมันก็ก่อตัวเสร็จแล้ว และดิสก์นาตาลของพวกมันก็หายไปตั้งแต่นั้นมา การสังเกตการณ์เหล่านี้ถือเป็นประวัติศาสตร์ตรงที่ว่านี่เป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์ได้เปรียบเทียบข้อมูลจากดาวเคราะห์นอกระบบ จานคลอด และดาวฤกษ์ของมัน งานของพวกเขาเกิดขึ้นได้ด้วยเทคโนโลยีโฟโตนิกส์ใหม่ที่พัฒนาโดย Wang สำหรับกล้องโทรทรรศน์ Keck
เทคโนโลยีนี้ทำให้ Hsu และทีมงานของเขาสามารถจับภาพสเปกตรัมของ PDS 70b และลักษณะจาง ๆ ของระบบดาวเคราะห์อายุน้อยนี้ได้ แม้ว่าดาวฤกษ์จะสว่างกว่ามากก็ตาม “เครื่องมือใหม่เหล่านี้ทำให้สามารถถ่ายภาพสเปกตรัมของวัตถุสีจางที่อยู่ถัดจากวัตถุที่สว่างมากๆ ได้อย่างละเอียด”พูดว่าวัง. “เพราะความท้าทายที่นี่คือดาวเคราะห์ดวงหนึ่งที่อยู่ถัดจากดาวฤกษ์ที่สว่างมากๆ เป็นการยากที่จะแยกแสงของดาวเคราะห์ออกเพื่อวิเคราะห์บรรยากาศของมัน”
สเปกตรัมที่เกิดขึ้นเผยให้เห็นการมีอยู่ของคาร์บอนมอนอกไซด์และน้ำในบรรยากาศของ PDS 70b ซึ่งช่วยให้ทีมงานสามารถคำนวณอัตราส่วนอนุมานของคาร์บอนในบรรยากาศและออกซิเจน ซึ่งเปรียบเทียบกับการตรวจวัดก๊าซในดิสก์ที่รายงานไว้ก่อนหน้านี้
“ในตอนแรกเราคาดว่าอัตราส่วนคาร์บอนต่อออกซิเจนในโลกอาจจะใกล้เคียงกับดิสก์”พูดว่าซู. แต่เรากลับพบว่าคาร์บอนเมื่อเทียบกับออกซิเจนในโลกนั้นต่ำกว่าอัตราส่วนในจานดิสก์มาก ซึ่งค่อนข้างน่าประหลาดใจเล็กน้อย และแสดงให้เห็นว่าภาพการก่อตัวของดาวเคราะห์ที่เรายอมรับกันอย่างกว้างขวางนั้นเรียบง่ายเกินไป”
เพื่ออธิบายความคลาดเคลื่อนนี้ ทีมงานได้เสนอคำอธิบายที่เป็นไปได้สองข้อ ซึ่งรวมถึงความเป็นไปได้ที่ดาวเคราะห์อาจก่อตัวก่อนที่จานของมันจะมีคาร์บอนเพิ่มขึ้น หรือดาวเคราะห์อาจเติบโตขึ้นส่วนใหญ่โดยการดูดซับวัสดุแข็งจำนวนมากนอกเหนือจากก๊าซ
แม้ว่าสเปกตรัมจะแสดงเฉพาะก๊าซ แต่ทีมงานรับทราบว่าคาร์บอนและออกซิเจนบางส่วนอาจสะสมจากของแข็งที่ติดอยู่ในน้ำแข็งและฝุ่น ซูกล่าวว่า:
สำหรับนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์เชิงสังเกตการณ์ ภาพหนึ่งที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับการก่อตัวดาวเคราะห์มีแนวโน้มจะง่ายเกินไป จากภาพที่เรียบง่ายนั้น อัตราส่วนของคาร์บอนและก๊าซออกซิเจนในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ควรตรงกับอัตราส่วนของคาร์บอนและก๊าซออกซิเจนในดิสก์นาทอล โดยสมมติว่า ดาวเคราะห์สะสมวัสดุผ่านก๊าซในจานของมัน แต่เราพบดาวเคราะห์ที่มีอัตราส่วนคาร์บอนและออกซิเจนที่ต่ำกว่ามากเมื่อเทียบกับจานของมัน ตอนนี้ เราสามารถยืนยันข้อสงสัยได้ว่าภาพการก่อตัวดาวเคราะห์ มันง่ายเกินไป”
“ถ้าดาวเคราะห์ดูดซับน้ำแข็งและฝุ่นเป็นพิเศษ น้ำแข็งและฝุ่นนั้นก็จะระเหยไปก่อนที่จะเข้าสู่โลก”เพิ่มวัง.
“ดังนั้นจึงอาจบอกเราว่าเราไม่สามารถเปรียบเทียบก๊าซกับก๊าซได้ ส่วนประกอบที่เป็นของแข็งอาจสร้างความแตกต่างอย่างมากในอัตราส่วนคาร์บอนต่อออกซิเจน”
เพื่อสำรวจทฤษฎีเหล่านี้เพิ่มเติม ทีมงานวางแผนที่จะได้รับสเปกตรัมจาก PDS 70c อีกดวงหนึ่ง ซึ่งเป็นดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะดวงอื่นในระบบ
“ด้วยการศึกษาดาวเคราะห์ทั้งสองนี้ร่วมกัน เราจะสามารถเข้าใจประวัติการก่อตัวของระบบได้ดียิ่งขึ้น” Hsuพูดว่า- แต่นี่ก็เป็นเพียงระบบเดียว ตามหลักการแล้ว เราจำเป็นต้องระบุระบบเหล่านี้ให้มากขึ้นเพื่อทำความเข้าใจว่าดาวเคราะห์ก่อตัวอย่างไร”
บทความนี้เผยแพร่ครั้งแรกโดยจักรวาลวันนี้- อ่านบทความต้นฉบับ-
