ทฤษฎีการก่อตัวดาวเคราะห์หินรวบยอด
ทฤษฎีใหม่ว่าดาวเคราะห์หินก่อตัวขึ้นได้อย่างไร น่าจะช่วยอธิบายกำเนิดของดาวเคราะห์ที่เรียกว่า ซุปเปอร์เอิร์ธ ซึ่งเป็นดาวเคราะห์นอกระบบชนิดหนึ่งที่มีมวลระดับสามถึงสี่เท่ามวลโลก ซึ่งเป็นดาวเคราะห์ชนิดที่พบได้ทั่วไปที่สุดในกาแลคซีทางช้างเผือก
ยิ่งกว่านั้น มันยังน่าจะอธิบายว่าเพราะเหตุใด ซุปเปอร์เอิร์ธภายในระบบดาวเคราะห์เพียงแห่งเดียว จึงมักจะมีขนาดไล่เลี่ยกันอย่างน่าประหลาดใจ ราวกับว่าระบบแต่ละแห่งจะสามารถสร้างดาวเคราะห์ได้เพียงชนิดเดียว สันนิษฐานกันมานานแล้วว่าเป็นเรื่องบังเอิญที่ดาวศุกร์มีมวลใกล้เคียงกับโลก(0.82 เท่ามวลโลก) แต่กลับมีซุปเปอร์เอิร์ธที่มีมวลที่ใกล้เคียงกันมากกว่าในระบบเดียวกัน ในจำนวนที่สูงอย่างไม่น่าเชื่อ
Konstantin Batygin ศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ จากสถาบันเทคโนโลจีแห่งคาลิฟอร์เนีย กล่าวว่า เมื่อการสำรวจดาวเคราะห์นอกระบบของเราได้ขยายออกไปมากตลอดช่วงทศวรรษที่ผ่านมา มันก็ชัดเจนมากขึ้นว่าต้องมีการปรับปรุงทฤษฎีการก่อตัวดาวเคราะห์แบบมาตรฐานซึ่งเริ่มต้นจากสิ่งที่พื้นๆ เราต้องการทฤษฎีที่สามารถอธิบายการก่อตัวดาวเคราะห์หินในระบบของเรา ได้ในเวลาเดียวกับที่อธิบายกำเนิดของดาวเคราะห์ที่มีขนาดใหญ่กว่าอย่างซุปเปอร์เอิร์ธ ซึ่งดูเหมือนจะมีองค์ประกอบเป็นหิน
Batygin ทำงานกับ Alessandro Morbidelli จากหอสังเกตการณ์ โค้ต ดาซูร์ ในฝรั่งเศสในการสร้างทฤษฎีใหม่ รายงานอธิบายทฤษฎีใหม่เผยแพร่ใน Nature Astronomy วันที่ 12 มกราคม
ระบบดาวเคราะห์เริ่มต้นวงจรชีวิตของพวกมันขึ้นเมื่อดิสก์ก๊าซและฝุ่นที่หมุนไปรอบๆ เริ่มยุบตัวลงในเวลาเพียงไม่กี่ล้านปี ก๊าซเกือบทั้งหมดจะสะสมกลายเป็นดาวฤกษ์ที่ใจกลางระบบ ในขณะที่วัสดุสารของแข็งจะค่อยๆ เกาะกันกลายเป็นดาวเคราะห์น้อย, ดาวหาง, ดาวเคราะห์ และดวงจันทร์
ในระบบของเราเองมีดาวเคราะห์สองแบบอย่างเห็นได้ชัด คือ ดาวเคราะห์วงในขนาดเล็กกว่าซึ่งเป็นหิน อยู่ใกล้กับดวงอาทิตย์ และดาวเคราะห์ยักษ์ที่อุดมด้วยไฮโดรเจน และน้ำ ซึ่งอยู่ไกลจากดวงอาทิตย์ออกมาไกล ในการศึกษาก่อนหน้านี้ที่เผยแพร่ใน Nature Astronomy ในช่วงสิ้นปี 2021 การแบ่งเป็นสองกลุ่มชักนำให้ Morbidelli, Batygin และเพื่อนร่วมงานบอกว่า การก่อตัวดาวเคราะห์ในระบบของเราเกิดขึ้นในวงแหวนที่แตกต่างกัน 2 วงในดิสก์กำเนิดดาวเคราะห์
(protoplanetary disk)
กล่าวคือ วงในซึ่งก่อตัวดาวเคราะห์ขนาดเล็ก และวงนอกซึ่งดาวเคราะห์น้ำแข็งขนาดใหญ่ได้ก่อตัวขึ้น(สองในนั้นคือ ดาวพฤหัสฯ และดาวเสาร์ จะเจริญขึ้นต่อไปกลายเป็นดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์)
ซุปเปอร์เอิร์ธ ก็ตามที่ชื่อมันบอกไว้ว่ามีมวลสูงกว่าโลก บางดวงมีกระทั่งชั้นบรรยากาศก๊าซไฮโดรเจน ซึ่งทำให้พวกมันดูแทบจะไม่ผิดเพี้ยนไปจากดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ ยิ่งกว่านั้น ยังมักพบพวกมันโคจรอยู่ใกล้กับดาวฤกษ์แม่ ซึ่งบอกว่าพวกมันได้อพยพเข้ามาในตำแหน่งปัจจุบัน จากวงโคจรที่ห่างไกลมากกว่านั้น
ทฤษฎีการก่อตัวดาวฤกษ์และระบบดาวเคราะห์ของมัน ทั่วไป
เมื่อไม่กี่ปีก่อนนี้เอง ที่เราได้ทำแบบจำลองว่าซุปเปอร์เอิร์ธจะก่อตัวขึ้นตรงไหนในส่วนน้ำแข็งของดิสก์กำเนิดดาวเคราะห์ และอพยพเข้ามาจนถึงขอบในของดิสก์ ใกล้กับดาวฤกษ์ Morbidelli กล่าว แบบจำลองน่าจะอธิบายมวลและวงโคจรของซุปเปอร์เอิร์ธได้ แต่ก็ยังทำนายดาวเคราะห์ที่อุดมด้วยน้ำได้ด้วย อย่างไรก็ตาม การสำรวจเมื่อเร็วๆ นี้ได้แสดงว่าซุปเปอร์เอิร์ธเกือบทั้งหมดเป็นหินคล้ายกับโลก แม้ว่าจะมีชั้นบรรยากาศไฮโดรเจนล้อมรอบก็ตาม นี่จึงเป็นโทษประหารสำหรับแบบจำลองเก่าของเรา
ตลอดห้าปีที่ผ่านมา เรื่องราวก็ยิ่งพิสดารมากขึ้น เมื่อนักดาราศาสตร์อื่นๆ ซึ่งรวมถึงทีมหนึ่งที่นำโดย Andrew Howard ศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ที่คาลเทค, Lauren Weiss ผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยแห่งนอเตรดัม และ Erik Petigura อดีตนักวิจัยหลังปริญญาเอกสาขาดาราศาสตร์ที่คาลเทค และขณะนี้เป็นศาสตราจารย์ที่ยูซีแอลเอ ได้ศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบเหล่านั้น และสร้างการค้นพบที่ไม่ธรรมดาขึ้นมาว่า
ในขณะที่ดูเหมือนจะมีซุปเปอร์เอิร์ธได้หลากหลายชนิด แต่ซุปเปอร์เอิร์ธทั้งหมดภายในระบบดาวเคราะห์แห่งหนึ่งๆ ดูจะมีความคล้ายคลึงกันในแง่ของระยะการโคจร, ขนาด, มวล และรายละเอียดหลักอื่นๆ
Lauren ได้พบว่าภายในระบบดาวเคราะห์แห่งหนึ่งแห่งเดียว ซุปเปอร์เอิร์ธนั้น
กลับดูเหมือนกันราวกับแกะ(peas in a pod) Howard กล่าว เขาไม่ได้มีความเกี่ยวข้องกับรายงานของ Batygin-Morbidelli โดยตรง แต่ได้รีวิวรายงานนี้ มันเหมือนกับคุณมีโรงงานดาวเคราะห์แห่งหนึ่งที่รู้จักการสร้างดาวเคราะห์มวลจำเพาะค่าหนึ่งเท่านั้น และก็ปล่อยออกมาเรื่อยๆ
ดาวเคราะห์ในระบบ TRAPPIST-1 เป็นรูปแบบที่นักดาราศาสตร์เรียกว่า pea-in-a-pod มีขนาดและมวลไล่เลี่ยกันจนดูเหมือนกับว่า ระบบดาวเคราะห์แห่งนี้สร้างดาวเคราะห์ได้รูปแบบเดียว
ดังนั้น กระบวนการเดียวอันใดที่สามารถให้กำเนิดดาวเคราะห์หินในระบบของเรา แต่ก็ทำให้เกิดซุปเปอร์เอิร์ธหินพิมพ์เดียวกันในระบบแห่งหนึ่งๆ ได้ คำตอบดูเหมือนจะเกี่ยวข้องกับบางสิ่งที่เราพบในปี 2020 แต่ไม่ได้เคยมาปรับใช้กับการก่อตัวดาวเคราะห์ให้กว้างขวางมากขึ้นมาก่อน Batygin กล่าว
ในรายงานปี 2020 ที่เผยแพร่ใน Astrophysical Journal Batygin และ Morbidelli ได้เสนอทฤษฎีใหม่ให้กับการก่อตัวของดวงจันทร์กาลิเลโอ(Galilean moons) ทั้งสี่ของดาวพฤหัสฯ คือ ไอโอ(Io), ยูโรปา(Europa), กานิมีด
(Ganymede) และคัลลิสโต(Callisto) โดยรวมแล้ว พวกเขาได้แสดงว่าสำหรับเม็ดฝุ่นที่มีขนาดจำเพาะค่าหนึ่ง แรงที่ดึงเม็ดฝุ่นเข้าหาดาวพฤหัสฯ และแรงที่ลากเม็ดฝุ่นออกไปในกระแสก๊าซไหลออก หักล้างกันได้พอดี สมดุลของแรง ได้สร้างวงแหวนวัสดุสารที่ประกอบด้วยวัตถุดิบของแข็งที่ใช้ในการก่อตัวของดวงจันทร์ในเวลาต่อมา
ยิ่งกว่านั้น ทฤษฎีได้บอกว่า วัตถุน่าจะเจริญในวงแหวนจนกระทั่งพวกมันมีขนาดใหญ่มากพอที่จะหลุดออกจากวงแหวนอันเนื่องจากการอพยพที่ผลักดันโดยก๊าซ หลังจากนั้น พวกมันก็จะหยุดเจริญเติบโต ซึ่งอธิบายว่าเพราะเหตุใดกระบวนการจึงสร้างวัตถุที่มีขนาดเท่าๆ กันออกมา
ในรายงานฉบับใหม่ Batygin และ Morbidelli ได้เสนอว่ากลไกในการก่อตัวดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์ส่วนใหญ่แล้วก็คล้ายกัน ในกรณีของดาวเคราะห์นั้น เกิดการกระจุกตัวของวัสดุสารหินของแข็งจำนวนมากในแถบแคบๆ แห่งหนึ่งในดิสก์ ซึ่งเรียกว่า เส้นระเหิดซิลิเกต(silicate sublimation line) เป็นพื้นที่ไอซิลิเกตควบแน่นเป็นเม็ดกรวดหินแข็ง
ถ้าคุณเป็นเม็ดฝุ่นเม็ดหนึ่ง คุณจะรู้สึกถึงลมที่ตีหน้าในดิสก์นี้ เพราะก๊าซกำลังหมุนรอบตัวไปช้ากว่ามากๆ และคุณกำลังหมุนวนเข้าหาดาวฤกษ์ แต่ถ้าคุณอยู่ในรูปของไอ ก็จะหมุนวนออกไป พร้อมกับก๊าซในดิสก์ที่กำลังขยายตัว ดังนั้นสถานที่ที่คุณเปลี่ยนสถานะจากไอมาเป็นของแข็ง ก็จะเป็นที่ที่มีวัสดุสารสะสมกันอยู่ Batygin กล่าว ทฤษฎีบอกว่า แถบนี้เองที่น่าจะเป็นโรงงานสร้างดาวเคราะห์ ซึ่งเมื่อเวลาผ่านไป มันจะผลิตดาวเคราะห์หินที่มีขนาดเท่าๆ กันออกมามากมาย
ยิ่งกว่านั้น เมื่อดาวเคราะห์เจริญเติบโตมากพอ ปฏิสัมพันธ์กับดิสก์ก๊าซก็จะดึงพิภพเหล่านี้เข้าหาดาวฤกษ์ เกิดการอพยพ ทฤษฎีนี้มีแบบจำลองคอมพิวเตอร์มาสนับสนุน แต่ก็เริ่มต้นจากคำถามง่ายๆ เมื่อเราพิจารณาแบบจำลองการก่อตัวดาวเคราะห์ที่มีอยู่ แล้วทราบว่ามันไม่ได้สร้างสิ่งที่เราเห็น แล้วก็เริ่มถามว่า เราประเมินอะไรพลาดไป เคล็ดลับก็คือ หาสิ่งที่ทุกๆ คนจะต้องคิดว่าเกิดขึ้น แต่ไม่มีเหตุผลรองรับ
ในกรณีนี้ก็คือ ข้อสันนิษฐานที่ว่าวัสดุสารของแช็งกระจายตัวทั่วดิสก์กำเนิดดาวเคราะห์ ถ้าโยนข้อสันนิษฐานนี้ทิ้งไปแล้วบอกว่า วัตถุของแข็งก่อตัวเป็นแถบวงแหวนแทน ทฤษฎีใหม่ก็อธิบายระบบดาวเคราะห์แบบต่างๆ ได้ด้วยกรอบเดียวกัน
ถ้าวงแหวนหินนั้นมีมวลสูง ก็จะมีดาวเคราะห์เจริญอยู่ภายในจนกว่าพวกมันจะอพยพออกจากวงแหวน เป็นผลให้เกิดระบบแห่งหนึ่งที่มีซุปเปอร์เอิร์ธหน้าตาเหมือนๆ กัน ถ้าวงแหวนมีมวลต่ำ ก็จะสร้างระบบที่ดูคล้ายดาวเคราะห์หินในระบบสุริยะของเรามากกว่า และที่ไม่พบซุปเปอร์เอิร์ธก็เพราะเนบิวลาที่สร้างดวงอาทิตย์มีความปั่นป่วนสูงเกินไป
แหล่งข่าว phys.org : scientists unveil a unified theory for rocky planet formation
iflscience.com : unified theory of rocky planet formation could explain abundance of Super-Earths
- 3
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
