หนึ่งในดาวเคราะห์นอกระบบที่มีขนฟูที่สุดเท่าที่เราเคยพบในกาแลคซีทางช้างเผือกกำลังท้าทายความเข้าใจของเราว่าดาวเคราะห์ยักษ์ก่อตัวอย่างไร
มีชื่อว่า WASP-107b ซึ่งโคจรรอบดาวแคระสีส้มห่างออกไป 211 ปีแสง และเป็นที่รู้จักอยู่แล้วว่าเป็นหนึ่งในดาวเคราะห์นอกระบบที่มีความหนาแน่นต่ำที่สุดเมื่อค้นพบประกาศในปี 2560- การวิเคราะห์ใหม่แสดงให้เห็นว่าดาวเคราะห์ที่พองตัวนั้นพองตัวได้มากกว่าที่นักดาราศาสตร์คิด
นั่นหมายความว่าแกนกลางของมันมีมวลน้อยกว่าที่คำนวณไว้ในตอนแรกมาก การค้นพบนี้อาจมีผลกระทบอย่างมากต่อการวิจัยดาวเคราะห์นอกระบบโดยรวม
“งานนี้กล่าวถึงรากฐานของการที่ดาวเคราะห์ยักษ์สามารถก่อตัวและเติบโตได้อย่างไร”นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์บียอร์น เบนเนเก้ กล่าวของมหาวิทยาลัยมอนทรีออลในประเทศแคนาดา
"มันเป็นข้อพิสูจน์ที่เป็นรูปธรรมว่าสามารถกระตุ้นให้เกิดการสะสมของก๊าซจำนวนมากสำหรับแกนที่มีมวลน้อยกว่าที่คิดไว้ก่อนหน้านี้"
ดาวเคราะห์ที่มีความหนาแน่นสูงตามที่ทราบกันว่าเป็นดาวเคราะห์ที่มีความหนาแน่นต่ำนั้นค่อนข้างหายากและแปลกประหลาด พวกมันมีขนาดเท่าก๊าซยักษ์ แต่ความหนาแน่นของพวกมันน้อยกว่ามาก WASP-107b มีอาการบวมอย่างน่าทึ่ง ดาวเคราะห์นอกระบบมีขนาดเล็กกว่าเพียงเล็กน้อยดาวพฤหัสบดีแต่มวลของมันต่ำกว่าร้อยละ 10 ของดาวพฤหัส ส่งผลให้มีความหนาแน่นเพียง 0.13 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร
ดาวเคราะห์นอกระบบยังอยู่ใกล้ดาวฤกษ์แม่อย่างน่ากลัวอีกด้วย มีคาบการโคจรเพียง 5.7 วัน ใกล้จนอุณหภูมิแผดเผา736 เคลวิน(462 องศาเซลเซียส หรือ 865 องศาฟาเรนไฮต์) และบรรยากาศกำลังระเหยไปก้าวกระโดด
การวิจัยครั้งใหม่นี้นำโดยนักฟิสิกส์ Caroline Piaulet จากมหาวิทยาลัยมอนทรีออล ได้ปรับแต่งมวลของ WASP-107b เป็นครั้งแรกโดยใช้การสังเกตการณ์สี่ปีของหอดูดาว Keck เพื่อวัดว่าดาวฤกษ์เคลื่อนที่มากน้อยเพียงใดเพื่อตอบสนองต่อแรงดึงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์นอกระบบที่โคจรอยู่
จากนั้น ทีมงานได้ทำการวิเคราะห์โครงสร้างของ WASP-107b อย่างละเอียดโดยใช้การคำนวณใหม่นี้ พวกเขาประหลาดใจอย่างยิ่งที่พวกเขาพบว่าแกนกลางที่เป็นของแข็งของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะอาจมีมวลไม่เกินประมาณ 4.6 เท่าของมวลโลก ซึ่งหมายความว่ามากกว่า 85 เปอร์เซ็นต์ของมวลดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะอยู่ในชั้นบรรยากาศที่พองตัว
นั่นไม่ใช่เรื่องแปลกเลย คาดว่าแกนกลางของดาวพฤหัสอยู่รอบๆ5 ถึง 15 เปอร์เซ็นต์ของมวลดาวเคราะห์ แต่ดาวพฤหัสโดยรวมมีมวลมากกว่า ซึ่งหมายความว่าแกนกลางของมันก็มีมวลมากกว่าเช่นกัน ดาวพฤหัสบดียังอยู่ไกลจากดาวฤกษ์ของมันมาก สิ่งนี้ทำให้เกิดคำถามมากมาย
ดาวเคราะห์ที่มีความหนาแน่นต่ำก่อตัวได้อย่างไร และมันป้องกันไม่ให้ชั้นก๊าซขนาดใหญ่หลุดออกไปได้อย่างไร โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อดาวเคราะห์อยู่ใกล้ดาวฤกษ์มากปิโอเลต์ กล่าว- “สิ่งนี้เป็นแรงบันดาลใจให้เราทำการวิเคราะห์อย่างละเอียดเพื่อพิจารณาประวัติการก่อตัวของมัน”
จนถึงขณะนี้ ความเข้าใจของเราเกี่ยวกับการก่อตัวของก๊าซยักษ์นั้นมีพื้นฐานมาจากสิ่งที่เราสามารถศึกษาได้ง่ายที่สุดเป็นหลัก:ดาวเสาร์และดาวพฤหัสบดี
ทั้งสองมีแกนที่หนาทึบซึ่งมีมวลมากกว่า 10 เท่าของมวลโลก ดังนั้นนักดาราศาสตร์จึงคิดว่าแกนกลางขนาดใหญ่เช่นนี้เป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับการก่อตัวก๊าซขนาดยักษ์ มันจะให้มวลที่จำเป็นในการกระตุ้นการสะสมมวลสารและสะสมก๊าซและฝุ่นอย่างรวดเร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ก่อนที่จะมีมวลไม่เพียงพอในจานสสารก่อกำเนิดดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์เกิดใหม่
แต่มีเบาะแสในระบบ WASP-107 ที่ชี้ไปยังเส้นทางการก่อตัวของ WASP-107b ที่เป็นไปได้ มวลแกนกลางที่ต่ำอาจเป็นหนึ่งก็ได้ มีข้อเท็จจริงที่ว่าดาวเคราะห์นอกระบบกำลังระเหย ซึ่งบอกเป็นนัยว่าการก่อตัวในวงโคจรใกล้ปัจจุบันจะยากกว่ามาก
และมีการค้นพบอีกอย่างหนึ่งที่ทีมทำ ในการสังเกตการณ์ดาวฤกษ์เป็นเวลานาน พวกเขาพบหลักฐานของดาวเคราะห์นอกระบบดวงที่สอง WASP-107c ซึ่งอยู่ไกลออกไปมากในวงโคจร 1,088 วัน วงโคจรนั้นก็มีความเยื้องศูนย์มากเช่นกัน หรือมีรูปร่างเป็นวงรี ซึ่งบ่งบอกถึงปฏิกิริยาแรงโน้มถ่วงกับวัตถุอื่น อาจเป็น WASP-107b ของทารก
“สำหรับ WASP-107b สถานการณ์ที่เป็นไปได้มากที่สุดก็คือดาวเคราะห์ก่อตัวอยู่ห่างจากดาวฤกษ์ ซึ่งก๊าซในจานเย็นพอที่จะสะสมก๊าซได้อย่างรวดเร็ว”นักดาราศาสตร์ อีฟ ลี กล่าวของมหาวิทยาลัยแมคกิลล์ในประเทศแคนาดา
“ในเวลาต่อมาดาวเคราะห์สามารถอพยพไปยังตำแหน่งปัจจุบันได้ ไม่ว่าจะผ่านการมีปฏิสัมพันธ์กับจานดิสก์หรือกับดาวเคราะห์ดวงอื่นในระบบ”
ทีมงานเชื่อว่า WASP-107b อาจเป็นหนึ่งในตัวอย่างที่ดีที่สุดของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่เข้าใกล้การสะสมมวลมากเกินไปก่อนที่กระบวนการนี้จะถูกขัดจังหวะ อาจเกิดจากการมีปฏิสัมพันธ์กับ WASP-107c ซึ่งเหวี่ยงมันเข้าหาดาวฤกษ์
นี่อาจทำให้มันเป็นดาวเคราะห์นอกระบบที่ดีเยี่ยมสำหรับการศึกษาว่าแกนกลางจะต้องมีขนาดใหญ่แค่ไหนเพื่อกระตุ้นการก่อตัวของก๊าซยักษ์ ทีมงานวางแผนที่จะเยี่ยมชม WASP-107b อีกครั้งพร้อมกับเครื่องมือที่มีความละเอียดอ่อนมากขึ้น เพื่อช่วยคลี่คลายความลึกลับนี้
"ดาวเคราะห์นอกระบบเช่น WASP-107b ที่ไม่มีระบบอะนาล็อกในระบบสุริยะของเราทำให้เราเข้าใจกลไกการก่อตัวของดาวเคราะห์โดยทั่วไปและผลของดาวเคราะห์นอกระบบที่หลากหลายได้ดีขึ้น"ปิโอเล็ตกล่าวว่า- "มันกระตุ้นให้เราศึกษาสิ่งเหล่านี้อย่างละเอียด"
งานวิจัยที่ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารดาราศาสตร์-
