สมาคมดาราศาสตร์ไทย

ดาวเคราะห์หินขนาดใหญ่ที่หายไป

ดาวเคราะห์หินขนาดใหญ่ที่หายไป

1 ต.ค. 2564
รายงานโดย: วิมุติ วสะหลาย (wimut@hotmail.com)
นับจนถึงวันนี้ นักดาราศาสตร์ค้นพบดาวเคราะห์ต่างระบบมาแล้วไม่ต่ำกว่า 4,000 ดวง ดาวเคราะห์ที่พบมีขนาดหลากหลายมาก มีตั้งแต่ขนาดเล็กกว่าดาวพุธขึ้นไปจนถึงใหญ่กว่าดาวพฤหัสบดีหลายเท่า 

แต่เป็นเรื่องน่าแปลกที่ดาวเคราะห์ที่มีขนาดระหว่าง 1.5-2 เท่าของโลกมีอยู่น้อยมาก หากพิจารณาแผนภูมิที่แสดงจำนวนดาวเคราะห์ที่พบในย่านขนาดต่าง ๆ จะเห็นว่าเส้นกราฟของช่วงขนาดดังกล่าวยุบไปอย่างชัดเจน นักดาราศาสตร์ยังไม่เข้าใจดีนักว่าเหตุใดดาวเคราะห์ต่างระบบที่มีขนาดในช่วงนี้จึงพบได้น้อยมาก

เทรเวอร์ เดวิด นักวิจัยจากศูนย์วิทยาการคำนวณทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ของสถาบันแฟลทไอออน อาจให้คำตอบได้

"ดาวเคราะห์ที่ใหญ่กว่านี้เล็กน้อย ซึ่งเราเรียกกันว่า ดาวเคราะห์ประเภทเนปจูนน้อย (mini-Neptune) จะสูญเสียบรรยากาศไปตลอดเวลา ทำให้ขนาดของดาวหดลงไปเรื่อย ๆ จนสุดท้ายมีขนาดใหญ่กว่าโลกเพียงเล็กน้อย หรือที่เรียกว่าดาวเคราะห์แบบอภิโลก (super-Earth) นั่นเอง ระหว่างที่ดาวเคราะห์พวกนี้หดลงมา ก็จะผ่านช่วงที่มีขนาด 1.5-2 เท่าของโลกเป็นระยะเวลาสั้น จึงเป็นสาเหตุที่ดาวเคราะห์ที่มีขนาดในช่วงดังกล่าวพบได้น้อยมาก

 (จาก Simons Foundation.)


ดาวกลีเซ 1214 บี (Gliese 1214b) ตามจินตนาการของศิลปิน เป็นดาวประเภทเนปจูนน้อย (mini-Neptune) นักดาราศาสตร์เชื่อว่าดาวเคราะห์ประเภทนี้จะเสียบรรยากาศไปเรื่อย ๆ จนหดเหลือเพียงเป็นดาวเคราะห์แบบอภิโลกในที่สุด   (จาก NASA/ ESA/ G. Bacon (STScI)/ L. Kreidberg J. Bean (U. Chicago)/ H. Knutson (Caltech)/ AAS Nova.)


ก่อนหน้านี้เคยมีทฤษฎีที่พยายามอธิบายถึงสาเหตุที่ดาวเคราะห์ในช่วงขนาดดังกล่าวหายไปว่า อาจเกิดจากดาวเคราะห์ในช่วงขนาดดังกล่าวเสียบรรยากาศไปจากการชนกระหน่ำของดาวเคราะห์น้อย หรืออาจเป็นเพราะดาวเคราะห์บางดวงอาจเกิดขึ้นในบริเวณที่มีแก๊สไม่มากพอที่จะสร้างบรรยากาศหนาให้มีขนาดใหญ่กว่าระดับอภิโลกได้

เดวิดได้วิจัยเรื่องนี้โดยมองไปที่การเปลี่ยนแปลงขนาดของดาวเคราะห์ตลอดอายุขัย โดยอาศัยข้อเท็จจริงข้อหนึ่งที่ว่า ดาวเคราะห์มักเกิดขึ้นพร้อม ๆ กับดาวฤกษ์แม่ของตนเอง ดังนั้น หากทราบอายุของดาวฤกษ์ ก็จะทราบอายุของดาวเคราะห์บริวารด้วย เมื่อรู้อายุของดาวเคราะห์แล้ว ก็ย่อมแยกแยะดาวเคราะห์ออกเป็นกลุ่มอายุต่าง ๆ ได้เช่นกัน

เมื่อแยกดาวเคราะห์ตามกลุ่มอายุแล้ว พบว่าในกลุ่มของดาวเคราะห์อายุมาก (มากกว่า พันล้านปี) จุดกึ่งกลางของช่วงขนาดที่ขาดหายไปจะอยู่ที่ 1.8 รัศมีโลก ส่วนดาวเคราะห์ที่มีอายุน้อยกว่า พันล้านปี จะมีจุดกึ่งกลางของช่วงที่ขาดหายอยู่ที่ 1.8 รัศมีโลก 

ความแตกต่างนี้แสดงว่าดาวเคราะห์ประเภทเนปจูนน้อยขนาดเล็กจะรักษาบรรยากาศได้ไม่นานนักและหดตัวไปเป็นดาวเคราะห์ระดับอภิโลกอย่างรวดเร็ว ส่วนดาวเคราะห์ประเภทเนปจูนน้อยขนาดใหญ่กว่าก็จะเสียบรรยากาศไปช้ากว่า 

ดาวเคราะห์ประเภทเนปจูนน้อย (mini-neptune) อาจเสียบรรยากาศไปมากจากรังสีรุนแรงที่มาจากดาวฤกษ์ หรือจากความร้อนที่หลงเหลือจากการก่อร่างสร้างตัวของดาวเคราะห์เอง ทำให้ขนาดของดาวเคราะห์หดลงจากระดับน้องเนปจูนเหลือระดับอภิโลก
 (จาก NASA/ Ames/ JPL-Caltech.)


ส่วนสาเหตุที่เสียบรรยากาศไป คาดว่าเกิดจากรังสีที่แผ่มาจากดาวฤกษ์ หรืออาจเกิดจากความร้อนที่หลงเหลือภายในดาวเคราะห์เอง 

คำตอบสั้น ๆ ก็คือ "มันไม่ได้หาย แต่มันหด"