ในปี พ.ศ. 2546 ฮับเบิลได้แสดงหลักฐานว่ามีดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะขนาดใหญ่รอบดาวฤกษ์อายุมาก ดาวฤกษ์ดังกล่าวมีองค์ประกอบที่หนักกว่าจำนวนเล็กน้อยซึ่งเป็นส่วนประกอบของดาวเคราะห์ นี่บอกเป็นนัยว่าการก่อตัวของดาวเคราะห์บางดวงเกิดขึ้นเมื่อเอกภพของเรายังเด็กมากและดาวเคราะห์เหล่านั้นมีเวลาก่อตัวและเติบโตใหญ่ขึ้นภายในดิสก์ดึกดำบรรพ์ของพวกมัน ซึ่งใหญ่กว่าดาวพฤหัสด้วยซ้ำ แต่อย่างไร? เพื่อตอบคำถามนี้ นักดาราศาสตร์ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ของ NASA/ESA/CSA เพื่อศึกษาดวงดาวในเมฆแมเจลแลนเล็กที่อยู่ใกล้เคียง ซึ่งเหมือนกับเอกภพยุคแรกๆ ตรงที่ไม่มีธาตุหนักจำนวนมาก พวกเขาพบว่าไม่เพียงแต่ดาวฤกษ์บางดวงเท่านั้นที่มีดิสก์ที่ก่อตัวดาวเคราะห์ แต่ดิสก์เหล่านั้นมีอายุยืนยาวกว่าดาวฤกษ์อายุน้อยในกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา
ภาพเวบบ์นี้แสดง NGC 346 ซึ่งเป็นกระจุกดาวขนาดใหญ่ในเมฆแมเจลแลนขนาดเล็ก วงกลมสีเหลืองที่ซ้อนทับบนภาพแสดงถึงตำแหน่งของดาวทั้ง 10 ดวงที่สำรวจในการศึกษานี้ เครดิตรูปภาพ: NASA / ESA / CSA / STScI / Olivia C. Jones, สหราชอาณาจักร ATC / Guido De Marchi, ESTEC / Margaret Meixner, USRA
“ด้วย Webb เราได้รับการยืนยันอย่างชัดเจนถึงสิ่งที่เราเห็นจากกล้องฮับเบิล และเราต้องคิดใหม่ว่าเราจำลองการกำเนิดดาวเคราะห์และวิวัฒนาการในยุคแรกๆ ในจักรวาลอายุน้อยได้อย่างไร” ดร. กุยโด เด มาร์ชี นักวิจัยจาก European Space Research และ ศูนย์เทคโนโลยี
“ในเอกภพยุคแรก ดาวฤกษ์ก่อตัวจากไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นส่วนใหญ่ และมีธาตุที่หนักกว่าน้อยมาก เช่น คาร์บอนและเหล็ก ซึ่งเกิดขึ้นภายหลังจากการระเบิดของซูเปอร์โนวา”
“แบบจำลองปัจจุบันทำนายว่าด้วยองค์ประกอบที่หนักกว่าเพียงไม่กี่ชนิด ดิสก์รอบดาวฤกษ์จึงมีอายุการใช้งานสั้น ที่จริงแล้วสั้นมากจนดาวเคราะห์ไม่สามารถเติบโตใหญ่ได้” ดร. เอเลนา ซับบี หัวหน้านักวิทยาศาสตร์ของหอดูดาวเจมินี แห่ง NOIRLab ของ NSF กล่าว
“แต่ฮับเบิลมองเห็นดาวเคราะห์เหล่านั้น แล้วถ้าแบบจำลองไม่ถูกต้องและดิสก์จะมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นล่ะ”
เพื่อทดสอบแนวคิดนี้ นักดาราศาสตร์ได้ฝึกเวบบ์เกี่ยวกับซึ่งเป็นดาราจักรแคระที่เป็นหนึ่งในดาราจักรที่อยู่ใกล้ที่สุดทางช้างเผือก
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พวกเขาได้ตรวจสอบกระจุกดาวมวลมากที่กำลังก่อตัวดาวฤกษ์ซึ่งยังขาดองค์ประกอบที่หนักกว่าอีกด้วย
กระจุกดาวทำหน้าที่เป็นตัวกลางในบริเวณใกล้เคียงสำหรับศึกษาสภาพแวดล้อมของดาวฤกษ์ที่มีสภาวะคล้ายคลึงกันในเอกภพอันห่างไกลในยุคแรกเริ่ม
การสำรวจ NGC 346 ของฮับเบิลในช่วงกลางทศวรรษ 2000 เผยให้เห็นดาวฤกษ์หลายดวงที่มีอายุประมาณ 20 ถึง 30 ล้านปี ซึ่งดูเหมือนจะยังคงมีดิสก์ที่ก่อตัวดาวเคราะห์อยู่รอบๆ ตัว
สิ่งนี้ขัดกับความเชื่อทั่วไปที่ว่าดิสก์ดังกล่าวจะสลายตัวหลังจากผ่านไป 2 หรือ 3 ล้านปี
“การค้นพบของฮับเบิลเป็นเรื่องที่ถกเถียงกัน โดยขัดแย้งไม่เพียงแต่หลักฐานเชิงประจักษ์ในกาแล็กซีของเราเท่านั้น แต่ยังขัดแย้งกับแบบจำลองในปัจจุบันด้วย” ดร. เดอ มาร์ชีกล่าว
“นี่น่าสนใจมาก แต่เมื่อไม่มีทางได้สเปกตรัมของดาวฤกษ์เหล่านั้น เราไม่สามารถระบุได้จริงๆ ว่าเรากำลังเห็นการเพิ่มขึ้นและการมีอยู่ของดิสก์จริงๆ หรือเป็นเพียงผลประดิษฐ์บางอย่าง”
ขณะนี้ ต้องขอบคุณความอ่อนไหวและความละเอียดของเวบบ์ นักวิทยาศาสตร์จึงมีสเปกตรัมของการก่อตัว ดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์เป็นครั้งแรก และสภาพแวดล้อมใกล้เคียงของพวกมันในกาแลคซีใกล้เคียง
“เราเห็นแล้วว่าดาวฤกษ์เหล่านี้ถูกล้อมรอบด้วยดิสก์จริงๆ และยังคงอยู่ในกระบวนการกลืนสสาร แม้ว่าจะมีอายุประมาณ 20 หรือ 30 ล้านปีก็ตาม” เด มาร์ชี กล่าว
“นี่ยังบอกเป็นนัยว่าดาวเคราะห์มีเวลาก่อตัวและเติบโตรอบดาวฤกษ์เหล่านี้มากกว่าในบริเวณกำเนิดดาวใกล้เคียงในกาแล็กซีของเราเอง”
การค้นพบนี้หักล้างการคาดการณ์ทางทฤษฎีก่อนหน้านี้ที่ว่าเมื่อมีองค์ประกอบที่หนักกว่าในก๊าซรอบๆ จานดิสก์น้อยมาก ดาวก็จะระเบิดจานออกไปอย่างรวดเร็ว
ดังนั้นอายุการใช้งานของดิสก์จึงสั้นมาก แม้จะน้อยกว่าหนึ่งล้านปีก็ตาม
แต่ถ้าดิสก์ไม่ได้อยู่รอบดาวฤกษ์นานพอที่เม็ดฝุ่นจะเกาะติดกันและก้อนกรวดก่อตัวและกลายเป็นแกนกลางของดาวเคราะห์ ดาวเคราะห์จะก่อตัวได้อย่างไร
นักวิจัยอธิบายว่าอาจมีกลไกที่แตกต่างกันสองกลไก หรือแม้แต่กลไกร่วมกัน เพื่อให้ดิสก์ที่ก่อตัวดาวเคราะห์คงอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ขาดแคลนองค์ประกอบที่หนักกว่า
ประการแรก เพื่อให้สามารถเป่าดิสก์ออกไปได้ ดาวจึงใช้แรงดันการแผ่รังสี
เพื่อให้แรงกดดันนี้มีประสิทธิภาพ ธาตุที่หนักกว่าไฮโดรเจนและฮีเลียมจะต้องอยู่ในก๊าซ
แต่กระจุกดาวมวลมาก NGC 346 มีธาตุหนักกว่าประมาณสิบเปอร์เซ็นต์เท่านั้นที่มีอยู่ในองค์ประกอบทางเคมีของดวงอาทิตย์
บางทีอาจใช้เวลานานกว่านั้นสำหรับดาวฤกษ์ในกระจุกดาวนี้เพื่อกระจายดิสก์ของมัน
ความเป็นไปได้ประการที่สองก็คือ การที่ดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์จะก่อตัวเมื่อมีองค์ประกอบที่หนักกว่าเพียงไม่กี่ดวง ก็จะต้องเริ่มต้นจากกลุ่มก๊าซที่มีขนาดใหญ่กว่า
เมฆก๊าซที่ใหญ่กว่าจะทำให้เกิดดิสก์ที่ใหญ่ขึ้น ดังนั้นจานจึงมีมวลมากกว่า ดังนั้นจึงใช้เวลานานกว่าในการเป่าจานออก แม้ว่าแรงดันการแผ่รังสีจะทำงานในลักษณะเดียวกันก็ตาม
“เมื่อมีสสารรอบๆ ดวงดาวเพิ่มมากขึ้น การสะสมมวลสารจะคงอยู่นานขึ้น” ดร. ซับบีกล่าว
“ดิสก์ใช้เวลานานกว่าสิบเท่าจึงจะหายไป สิ่งนี้มีผลกระทบต่อวิธีการสร้างดาวเคราะห์ และประเภทของสถาปัตยกรรมระบบที่คุณสามารถมีได้ในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันเหล่านี้ นี่มันน่าตื่นเต้นมาก”
ที่ศึกษาได้รับการเผยแพร่ในวันนี้ในวารสารดาราศาสตร์ฟิสิกส์-
-
กุยโด เด มาร์ชี่และคณะ- 2024. จานดาวเคราะห์ก่อกำเนิดรอบดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ดูเหมือนจะมีอายุยืนยาวขึ้นเมื่อความเป็นโลหะต่ำเอพีเจ977, 214; สอง: 10.3847/1538-4357/ad7a63
บทความนี้ดัดแปลงมาจากต้นฉบับโดยทีม Webb Mission ซึ่งเป็นศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดของ NASA
