Blockdit Logo (Mobile)
Spaceth.co
•
28 ต.ค. 2021 เวลา 09:11 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี
เราค้นพบดาวเคราะห์นอกดาราจักรทางช้างเผือกจริงเหรอ? เมื่อ X-Ray ถูกนำมาทำ Transit Pattern
ในยุคที่เราค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ หรือ Exoplanet กันเป็นว่าเล่น (ฐานข้อมูลตอนนี้ก็สี่พันกว่าดวงแล้ว) คงต้องยกความดีความชอบให้กับนักดาราศาสตร์ที่ขยันวิเคราะห์ข้อมูลจากกล้องทั้งภาคพื้นโลกและภาคอวกาศ หรือแม้กระทั่งการนำเอา Neural Network มาช่วยก็เป็นสิ่งที่น่าตื่นเต้นและยิ่งเป็นตัวเร่งให้เกิดการค้นพบใหม่ ๆ ขึ้นมาอีก แต่อย่างไรก็ตาม คำถามต่อไปที่สำคัญก็คือเป็นไปได้หรือไม่ที่เราจะค้นพบดาวเคราะห์ในดาราจักรที่อยู่ห่างออกไป นอกเหนือจากการค้นพบในดาราจักรทางช้างเผือกของเรา หรือที่เรียกกันว่า Extragalactic Planet
1
สามารถอ่าน เรื่องราวเกี่ยวกับการค้นพบ Exoplanet ได้ที่นี่ - https://spaceth.co/category/exploration/exoplanet/
เป็นข่าวฮือฮากันพอสมควร เมื่อกลุ่มนักวิจัยจาก Institute for Theory and Computation, Center for Astrophysics และ ภาคฟิสิกส์ Princeton University ร่วมกับทีมนักดาราศาสตร์จาก College of Astronomy and Space Sciences แห่ง University of the Chinese Academy of Sciences กรุงปักกิ่ง ประเทศจีน ร่วมกันตีพิมพ์ Paper ที่มีชื่อว่า A possible planet candidate in an external galaxy detected through X-ray transit ลงบน Nature Astronomy เล่าว่าพวกเขา ศึกษาการ Transit ของดาวผ่านหน้าแหล่งกำเนิดคลื่น X-ray และสามารถเดาได้ว่า วัตถุนั้นอาจจะเป็น Extragalactic Planet ดวงแรกที่ถูกค้นพบก็เป็นได้
สาเหตุที่พูดว่า “เดาได้ว่า” และไม่ฟันธงว่าเป็นการค้นพบนั้น ก็เพราะว่ากระบวนการศึกษานี้นับว่าเป็นท่ายาก และเรายังมีข้อมูลน้อยมาก ๆ เราจึงเรียกมันว่า “Candidate” มากกว่าการยืนยัน แต่ใน Paper ทางทีมวิจัยก็พยายามที่จะอุดช่องโหว่ต่าง ๆ ด้วยการอ้างอิงการสังเกตการณ์อื่น ๆ ประกอบ ไม่ว่าสิ่งที่พวกเขาสังเกตจะเป็นพฤติกรรมการโผล่มาตัดหน้าแหล่งกำเนิดแสง X-ray จริงหรือไม่ แต่สไตล์การทำวิจัยของทีมนี้นั้นเรียกได้ว่าจริงจังมาก และจะมีประโยชน์ในการศึกษาระยะยาวมากเลยทีเดียว
แต่ก่อนที่จะลงลึกไปถึงเนื้อหาใน Paper เราน่าจะต้องทวนความรู้กันซักสองสามประเด็นก่อน ประเด็นแรกก็คือ ดาวที่เราอยู่คือดาวโลก โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ เช่นเดียวกับบริวารอีกทั้ง 7 ดวงที่เหลือ ตั้งแต่ดาวพุธไปจนถึงดาวเนปจูน ระบบสุริยะของเรานั้นมีเพื่อนบ้านที่อยู่ใกล้ที่สุดคือ Proxima Centauri อยู่ห่างออกไป 4.2 ปีแสง และได้มีการค้นพบในปี 2016 ว่า Proxima Centauri มีดาวเคราะห์บริวารที่ชื่อว่าดาว b (Proxima Centauri b) โดยการค้นพบด้วยวิธี radial-velocity และเหตุนี้ทำให้ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่อยู่ใกล้เรามากที่สุดเท่าที่เรารู้ กลายเป็น Proxima Centauri b ไป
ประเด็นที่สองก็คือ เราต้องเข้าใจก่อนว่านักดาราศาสตร์ค้นหา Exoplanet อย่างไร อะไรคือข้อจำกัดบ้าง และอีกหนึ่งวิธีที่นิยมใช้กันก็คือ Radial-velocity
Radial-velocity เป็นวิธีการค้นพบที่ดูการแกว่งของดาวแม่ เพราะแรงโน้มถ่วงของดาวลูกส่งผล ทำให้เกิดการเหวี่ยงกันไปเหวี่ยงกันมา เหมือนเต้นรูดเสาแล้วเสาฐานไม่แน่น นักดาราศาสตร์จะสังเกตแสงที่ shift ไปมาตามช่วงคลื่นต่าง ๆ จากการแกว่งนี้เพื่อยืนยันว่ามีวัตถุบางอย่างโคจรรอบดาวแม่อยู่ แต่อีกหนึ่งวิธีที่นิยมมาก ๆ ก็คือการสังเกต Transit ซึ่งพระเอกของวิธีนี้ก็หนีไม่พ้นกล้องสังเกตการณ์ภาคอวกาศ อย่างกล้อง Kepler ผู้ล่วงลับ หรือ น้องใหม่ไฟแรง TESS ที่กลายเป็นนักล่าดาวไปแล้ว โดยวิธีการของมันคือรอให้ดาวเคราะห์ตัดผ่านหน้าดาวแม่จนแสงมันวูบลงไป แล้วนักดาราศาสตร์​ (รวมถึง Machine Learning) จะศึกษาและวิเคราะห์กราฟการวูบของแสง ประกอบร่วมกับเวลา คาบโคจรต่าง ๆ เพื่อสรุปว่าดาวเคราะห์นั้นมีอยู่จริง ๆ ไม่ได้เป็นอะไรอย่างอื่นมาวูบวาบผ่าน หรือดาวมันกระพริบเอง
ซึ่งวิธีการนี้ก็นำมาซึ่งการค้นพบดาวมากมาย เช่น TOI 451 , KOI 5 (ร่วมกับการยืนยันด้วย Radial-velocity) , L 98-59b , หรือการค้นพบ Candidate ดวงจันทร์นอกระบบสุริยะ (คือเป็นบริวารของ Exo-planet อีกที) อย่าง Kepler-1625b-i ที่ตอนนี้ก็ยังคงเป็น Candidate อยู่
ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่อยู่ไกลที่สุดที่เราสามารถยืนยันได้นั้นก็คือ OGLE-2014-BLG-0124L (ชื่อยาวไปไหนวะ) ที่อยู่ห่างออกไป 13,000 ปีแสง เข้าไปทางด้านในของดาราจักรทางช้างเผือก ถ้าดูจากแผนที่เราจะพบว่าจริง ๆ แล้วการสังเกตฟากฟ้านั้นมันไม่ได้กว้างขนาดนั้นเพราะข้อจำกัดของ Kepler (ทำให้ยาน TESS ที่ถูกส่งขึ้นไปถูกออกแบบให้แสกนท้องฟ้าได้กว้างขึ้น อ่าน – https://spaceth.co/spacex-launch-tess-spacecraft/ ) ระยะทาง 13,000 ปีแสงนั้นทำให้การค้นพบ ต้องใช้วิธีการที่เรียกว่า Gravitational microlensing โดยศึกษาการโค้งที่ไม่สมมาตรผ่านมวลอะไรซักอย่าง (ก็คือดาวแม่กับดาวลูก) นั่นเอง
X-ray transit และ X-ray binaries
ออกทะเลกันไปซะเยอะ กลับมาที่ Paper ที่เป็นข่าวกัน ถ้าเราอ่านจาก Abstract สิ่งที่เขาพยายามจะสื่อก็คือ มันก็ make sense อยู่แล้วแหละที่จะบอกว่าถ้าดาราจักรอื่นมีดาวฤกษ์ ดาราจักรอื่นก็ต้องมีดาวฤกษ์ที่มีดาวเคราะห์ แต่วิธีการสังเกต Exoplanet แบบที่เราใช้กันอยู่ทุกวันนี้ที่บ่น ๆ ไปข้างบนนั้น มันเอามาใช้ไม่ได้ เพราะระยะทางไกลเกิน ก็เลยมีวิธีว่า ใช้วิธีการ Transit นั่นแหละ แต่แทนที่เราจะสังเกตแสงในย่านที่ Kepler หรือ TESS สังเกต เราจะสังเกตในย่าน X-ray แทน
หน้าตาของ SS 433 หนึ่งในระบบ X-ray binaries ที่มา – ESO/NAOJ/NRAO
แหล่งกำเนิด X-ray ในอวกาศนั้นจริง ๆ มีหลายอย่างมาก แต่สิ่งที่พวกเขาสังเกตก็คือสิ่งที่เรียกว่า X-ray binaries หรือ XRB ซึ่งหน้าตาของมันก็คือดาวนิวตรอน (หรือดาวมวลมหาศาล หรือหลุมดำ) กับคู่ของมันที่เป็นดาวฤกษ์ปกติ แล้วดาวฤกษ์นั้นกำลังปล่อยมวลสารให้ดาวนิวตรอนกิน ซึ่งจะเกิดการเรืองคลื่น X-ray ออกมาด้วย ทีนี้ทีมวิจัยก็บอกว่า เนี่ยเราจะสังเกตพฤติกรรมของดาวเคราะห์ตอนที่มันโคจรมาบังการเรืองคลื่น X-ray แบบ Total ไปเลย (จะได้รู้ว่าบังหมด ไม่ได้แค่วูบวาบ เพราะปกติวัตถุพวกนี้จะนับเป็นดาวแปรแสง ซึ่งแสงมันจะไม่ได้นิ่งอยู่แล้วมาจากพฤติกรรมของมัน)
ซึ่งเขาใช้คำว่า total or near-total eclipse โดยอ้างอิงจาก Paper อีกตัวที่ชื่อ Searching for Exoplanets around X-Ray Binaries with Accreting White Dwarfs, Neutron Stars, and Black Holes ซึ่งเคยเสนอไอเดียนี้ไว้ ดังนั้น เราน่าจะนึกภาพออกว่าเวลาดูกราฟ มันจะดิ่งลงเหวไปสุด ๆ เหมือน Douge Coin ของคุณต่างกันที่กราฟ Transit มันมีพุ่งกลับขึ้นมาแต่ Douge Coin ไม่
คำถามต่อไปก็คือ เอ๊า นี่มันท่ายากนี่หว่า เพราะเราไม่ได้หาดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์ปกติ แต่ทะลึ่งหาดาวเคราะห์ที่โคจรรอบ XRB แล้วมันจะมีเหรอ ผู้เขียนก็เลยบอกว่า เออ มันก็เป็นไปได้นะ เพราะเคยมีรายงานการค้นพบดาวเคราะห์โคจรรอบ X-ray binary ในดาราจักรของเรามาแล้ว (อิงจาก Paper A decade of transitional millisecond pulsars )
หน้าตาที่เราคุ้นเคยของ Whirlpool Galaxy หรือ M51 ที่ถ่ายด้วยกล้อง Hubble ที่มา – NASA, ESA
ทีมวิจัยก็เลยเอาข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทรา (Chandra) ที่เป็นกล้องสังเกตในย่านคลื่น X-ray มาใช้ ประกอบกับแหล่งข้อมูลอื่น ๆ เช่น XMM Newton และข้อมูลภาพถ่ายจากกล้อง Hubble ด้วย ปรากฎว่า สิ่งที่ทีมโฟกัสหาอะไรแบบนี้ในสามดาราจักรได้แก่ M51 หรือที่เรารู้จักกันในนาม Whirlpool Galaxy, M101 และ M104
ซึ่งข้อมูลจาก Chandra ในรอบการสังเกตในช่วงเดือนกันยายนปี 2012 ก็พาให้พวกเขาเจอวัตถุที่ชื่อ M51-ULS-1 เป็น XRB ที่สว่างที่สุดใน M51 ก็มีกราฟดิ่งแบบที่นักดาราศาสตร์กลุ่มนี้กำลังหาอยู่ โดยดิ่งลงไปแบบนี้นานกว่า 3 ชั่วโมงเลยทีเดียว
กราฟความสว่างของ x-ray ของ M51-ULS-1 ที่มา – ITC CFA Harvard / NASA Chandra
ซึ่งพอเจอกราฟแบบนี้ มันก็ยังยืนยันไม่ได้ขนาดนั้น เพราะมันอาจจะเกิดจากอะไรก็ได้ อย่างเช่นที่เราบอกไป ต้องเช็คก่อนว่ามันไม่ใช่ปรากฎการณ์อันเกิดจากพฤติกรรมของพวกดาวแปรแสงหรือเปล่า หรือไม่ใช่ว่ามีอะไรก็ไม่รู้ เช่นกลุ่มแก๊สมาบังหน้า โดยทีมวิจัยก็พยายามบอกว่า เออ มันไม่น่าใช่ X-ray dip (ปรากฏการณ์ที่คลื่น X-ray จะหรี่ลง เป็นผลมาจากพฤติกรรมของการเกิด Accretion) มันไม่น่าจะมีอะไรมาบังนะ (ท่อนกลาง ๆ ของ Paper พยายามอธิบายตรงนี้แหละว่าเออ มันน่าจะไม่ใช่ แต่ก็ไม่รู้นะ)
ภาพถ่ายเปรียบเทียบในย่าน X-ray ของ Chandra/ACIS-S เทียบกับภาพจาก Visible Light ของ Hubble ที่มา – ITC CFA Harvard / NASA / ESA
โดยผลก็ออกมาแนว ๆ ว่า ค่อนข้างมั่นใจว่า จากการศึกษาอย่างละเอียดแล้ว สิ่งที่เราเห็นจาก Chandra และ XMM-Newton มันเป็น eclipses จริง ๆ ไม่น่าเกิดจากดาวมันแปรแสง แล้วก็พยายามเอาภาพจาก Hubble มาช่วยยืนยันอีกที
นอกจากนี้ก็ยังพยายามอธิบายอีกว่าสิ่งที่เราเจอ เพื่อให้เข้ากับ Criteria ในการเป็น Exoplanet ดวงแรกนอกดาราจักรของเรา ก็คือมันไม่น่าจะเป็นดาวแคระขาว (ดักทุกทางจริง ๆ) เพราะไม่ได้มีมวลเยอะจนทำให้เกิด Gravitational lensing ที่สังเกตได้อย่างชัดเจน นอกจากนี้ก็ยังมีการโชว์คำนวณมวล คำนวณคาบโคจร ก็พบว่า มันน่าจะเป็นดาวขนาดใหญ่ประมาณดาวเสาร์ของเรา
ซึ่งเอาจริง ๆ ก็สรุปได้ไม่เต็มปากว่ามันใช่หรือไม่ใช่กันแน่ แต่สิ่งที่ Discuss กันเอาไว้ก็คือเรายังต้องการการสังเกตการณ์ที่แม่นยำยิ่งขึ้น อาจจะเป็นทศวรรษด้วยซ้ำเพื่อที่จะยืนยัน แต่จากสิ่งที่เราพบเจอ และด้วยวิธีการอธิบายที่พยายามทักทางไว้แล้วนั้นก็พอที่จะทำให้เรายกให้วัตถุที่ชื่อว่า extroplanet M51-1 (M51-ULS-1) นั้นน่าจะเป็นดาวเคราะห์ดวงแรกที่เราค้นพบนอกทางช้างเผือกของเรานั่นเอง ซึ่งเราก็คงต้องรอการสนับสนุนหรือหักล้างต่อไป หรือมีการพยายามอธิบายการมีอยู่ของ Extragalactic Planet ด้วยเหตุผลที่น่าเชื่อถือกว่านี้ นี่แหละ คือวิทยาศาสตร์
เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co
โฆษณา