ตรวจพบดาวเคราะห์โคจรรอบ “ดาวฤกษ์ 2 ดวง” ครั้งแรกผ่านดาวเทียม TESS (TOI 1338 b)
จักรวาลอยู่ในหลุมดำหรือไม่ ความแตกต่างของบิ๊กแบง, หลุมดำ และหลุมขาวคืออะไร
จักรวาลอยู่ในหลุมดำหรือไม่ ความแตกต่างของบิ๊กแบง, หลุมดำ และหลุมขาวคืออะไร
มกราคม 8, 2020
Quasi-star ดาวฤกษ์ที่มี "หลุมดำ" อยู่ใจกลางดาว!
Quasi-star ดาวฤกษ์ที่มี “หลุมดำ” อยู่ใจกลางดาว!
มกราคม 11, 2020
ตรวจพบดาวเคราะห์โคจรรอบ “ดาวฤกษ์ 2 ดวง” ครั้งแรกผ่านดาวเทียม TESS (TOI 1338 b)

ระบบดาว TOI 1338b ภาพจาก NASA's Goddard Space Flight Center

ในปี 2019 ‘วอล์ฟ ซูเคียร์’ (Wolf Cukier) ในวัย 17 ปี เขาได้จบ มัธยมศึกษาปีที่ 5 (junior year) จาก Scarsdale High School ใน New York และได้เข้าร่วมฝึกงานภาคฤดูร้อน กับ ศูนย์การบินอวกาศก็อดเดิร์ดของนาซ่าในเมืองกรีนเบลท์รัฐแมริแลนด์

งานของเขาก็คือ การตรวจสอบค่าความแปรปรวนของความสว่างดาวฤกษ์ที่บันทึกได้จากดาวเทียม TESS (NASA’s Transiting Exoplanet Survey Satellite) ซึ่งเป็นดาวเทียมที่ถูกออกแบบมาเพื่อใช้สำหรับการส่องหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะผ่านวิธีการเคลื่อนผ่านหน้าดาวฤกษ์ หรือ transit method ที่ได้ถูกอัพโหลดลงสู่โครงวิทยาศาสตร์พลเรือน เพื่อตามล่าหาดาวเคราะห์ผ่านดาวเทียม TESS (Planet Hunters TESS citizen science project)

Cukier บอกว่า เขาได้ทำการตรวจสอบข้อมูลที่ได้รับมาจากอาสาสมัครเป็นจำนวนมาก แล้วได้ลองทำเครื่องหมาย การคราส (eclipsing) แบบไบนารี่ ลงสู่ระบบดาวฤกษ์ 2 ดวงที่มีวงโคจรร่วมก็พบว่า มีการมัวลงของแสงในทุกๆครั้งที่ดาวฤกษ์ได้มีการโคจรรอบกันและกัน

หลังจากใช้เวลาศึกษาข้อมูลอยู่ราว 3 วันในระหว่างฝึกงาน เขาก็พบสัญญาณนี้ออกมาจากระบบดาวฤกษ์คู่ที่ชื่อว่า ‘ทอย 1338’ (TOI 1338) ครั้งแรก เขาสังเกตเห็นว่าดาวฤกษ์นั้นมีค่าความสว่างที่ลดลงเป็นคาบ และนี่จึงกลายมาเป็นเบาะแสสำคัญในการตามล่าหาดาวเคราะห์ดวงนี้

เมื่อวันที่ 6 มกราคม 2020 ดาวเคราะห์ TOI 1338 b ได้กลายเป็นหัวเรื่องเด่นที่ถูกพูดถึงเป็นอย่างมาก ในงานประชุมสมาคมนักดาราศาสตร์อเมริกันครั้งที่ 235 ผ่านงานวิจัยที่ร่วมเขียนโดย Cukier พร้อมกับนักวิทยาศาสตร์จากก็อดเดิร์ด, มหาวิทยาลัยวิจัยซานดิเอโก, มหาวิทยาลัยชิคาโกและสถาบันอื่น ๆ ก็ได้รับการยืนยันจากวารสารวิทยาศาสตร์ต่างๆแล้วว่า ดาวเคราะห์ TOI 1338 b นั้นมีวงโคจรแบบ Circumbinary planet (ซึ่งเป็นลักษณะของวงโคจรที่มีระบบดาวฤกษ์คู่อยู่ภายใน แล้วมีดาวเคราะห์โคจรอยู่ด้านนอก)

โดยระบบ TOI 1338 นั้นอยู่ห่างไกลออกไป 1,300 ปีแสงในกลุ่มดาวขาตั้งภาพ (Constellation Pictor) ภายในระบบดาวประกอบไปด้วย ดาวฤกษ์เป็นจำนวน 2 ดวงที่โคจรรอบกันเฉลี่ยทุกๆ 15 วัน หนึ่งในนั้นมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ 10 เปอร์เซ็นต์ (ประมาณ 1.1 เท่าของดวงอาทิตย์) ในขณะที่สหายของมันอีกดวงจะเย็นกว่า, มีแสงที่ริบหรี่กว่า และมีมวลเพียงแค่ 1 ใน 3 ของดวงอาทิตย์ (ประมาณ 0.3 เท่าของดวงอาทิตย์)

ปัจจุบันเรารู้แต่เพียงว่าดาวเคราะห์ TOI 1338 b นั้นมีมวลใหญ่กว่าโลก 6.9 เท่า หรือมีขนาดอยู่ที่ระหว่างดาวเนปจูนและดาวเสาร์ ในขณะที่ระนาบวงโคจรของมันนั้นแทบจะอยู่ในแนวเล็งเดียวกันกับวงโคจรของดาวฤกษ์ ดังนั้นจึงทำให้เราสามารถสังเกตเห็นการเกิดของสุริยุปราคา (stellar eclipses) ขึ้นได้ในระบบดาวคู่นี้

เบื้องหลังการค้นพบในครั้งนี้เราต้องยกเครดิตให้กับการทำงานของกล้องทั้ง 4 ตัวของดาวเทียม TESS ที่ได้จับภาพของแสงดาวบนฟ้าทุกๆ 30 นาทีในตลอด 27 วัน ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ก็ได้ใช้ข้อมูลที่เก็บมาได้นี้ มาวิเคราะห์ แล้วสร้างเป็นกราฟของค่าความสว่างที่เปลี่ยนไปในดาวฤกษ์ครั้งเมื่อดาวเคราะห์ได้เคลื่อนผ่านหน้า ปรากฏการณ์นี้เราเรียกมันว่า ‘ทรานซิท’ (transit) ซึ่งจะสังเกตเห็นได้ในทุกๆครั้งเมื่อค่าของแสงดาวได้ลดต่ำลงมาดังที่เห็นในกราฟ

สำหรับการตรวจหาดาวเคราะห์ที่โคจรรอบ Binary Star เช่นนี้ ถือเป็นเรื่องที่ท้าทายกว่าการตรวจหาดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์เพียงหนึ่งดวง

และจากการสังเกตความผิดปกติของ transit ก็พบว่ามันจะเกิดขึ้นในทุกๆ 93 และ 95 วัน ซึ่งนี่แสดงให้เห็นถึงคาบวงโคจรของดาวเคราะห์ TOI 1338 b ที่กำลังโคจรรอบดาวฤกษ์ทั้งสองได้เป็นอย่างดี อย่างไรก็ตาม ดาวเทียม TESS สามารถตรวจจับ การเคลื่อนผ่านหน้าของดาวเคราะห์ (the transits crossing) ได้แต่เพียงในดาวฤกษ์ที่ใหญ่กว่า ในขณะที่การเคลื่อนผ่านหน้าดาวฤกษ์ที่มีขนาดเล็กกว่านั้น จะยากว่ามาก เพราะแสงของมันค่อนข้างริบหรี่

หนึ่งในผู้ร่วมเขียนบทความวิจัยอย่างคุณ Veselin Kostov ซึ่งเป็นนักวิทยาศาสตร์ แห่งสถาบัน SETI และ Goddard กล่าวว่า พวกเขาได้ใช้อัลกอริทึมของสัญญาเหล่านี้ มาช่วยตามหาในสิ่งที่พวกเขาต้องการ แล้วเขายังกล่าวอีกว่า สายตาของมนุษย์นั้นมีความพิเศษมากในการค้นหารูปแบบต่างๆในธรรมชาติ และในครั้งนี้มันเกิดขึ้นกับข้อมูลที่พวกเขาได้รับมันมาจากเทคโนโลยีที่สร้างขึ้น (กล้อง TESS อุปกรณ์ช่วยสำรวจดวงดาว) ซึ่งเป็นรูปแบบของความไม่ปกติในความถี่แสงดาวที่ริบหรี่ อันเป็นผลมาจากการเคลื่อนผ่านหน้าของเทหวัตถุในธรรมชาติ

ยกตัวอย่างเช่น การค้นหาความผิดปกติของแสงดาวฤกษ์คู่ ในระบบดาว TOI 1338 ซึ่งหากเราไม่สังเกตดีๆ เราอาจจะมองข้ามถึงจุดความผิดปกติเล็กๆนี้ได้ ซึ่งเจ้าความผิดปกติของจุดเล็กๆนี้ก็คือ ผลลัพธ์ของการเคลื่อนผ่านหน้าดาวฤกษ์ดวงใหญ่ของดาวเคราะห์นั่นเอง (ที่พบว่าค่าแสงสว่างลดลงนั้นมันมีความผิดปกติไปจากการคราส (eclipse) ในแบบทั่วไปที่ควรจะเป็น)

หลังจากที่นักดาราศาสตร์สามารถระบุถึงการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นใน ดาวเคราะห์ TOI 1338 b ได้แล้ว พวกเขาก็จะใช้ซอฟต์แวร์แพ็คเกจที่เรียกว่า ‘เอลีนอร์’ (eleanor) ซึ่งเป็นชื่อที่ตั้งตามชื่อของ Eleanor Arroway ซึ่งเป็นตัวละครหลักในนิยายวิทยาศาสตร์ของ Carl sagan เรื่อง Contact มาช่วยยืนยันถึง transits ที่เกิดขึ้นนี้ว่ามันเป็นความจริง และไม่ใช่ผลลัพธ์อันเนื่องมาจากสิ่งประดิษฐ์หรือเครื่องมือใดๆ

หนึ่งในผู้ร่วมเขียนบทความวิจัยอย่าง Adina Feinstein นักศึกษาบัณฑิตของมหาวิทยาลัยชิคาโก ยังได้กล่าวอีกว่า ในช่วงที่ผ่านมา มีดาวฤกษ์หลายล้านดูดวงที่กำลังถูกเฝ้ามองและติดตามโดยดาวเทียม TESS นั่นจึงเป็นสาเหตุว่าทำไมทีมสำรวจจึงได้สร้างซอฟต์แวร์ที่ชื่อ ‘เอลีนอร์’ (eleanor) ขึ้นมา เพราะด้วยเครื่องมือนี้มันได้ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ทำงานกันง่ายขึ้น ไม่ว่าจะเป็นในเรื่องของการดาวน์โหลดข้อมูล, การวิเคราะห์ข้อมูล หรือการแสดงข้อมูล transit 

โดยพวกเขาได้ออกแบบอัลกอริทึม ให้มันได้รู้จักกับรูปแบบการเคลื่อนผ่านของดาวเคราะห์เอาไว้ ในขณะที่สมาชิกในชุมชนวิทยาศาสตร์ ก็ยังสามารถใช้ ‘เอลีนอร์’ (eleanor) ในการศึกษาดวงดาว, ดาวเคราะห์น้อย หรือแม้แต่กาแล็กซี่ต่างๆได้อีกด้วย

ซึ่งไม่ได้มีแต่ข้อมูลที่ได้รับมาจากดาวเทียม TESS เท่านั้น ที่นักวิจัยได้นำมาใช้เพื่อศึกษาระบบดาว TOI 1338 เพราะพวกเขายังได้ศึกษาข้อมูลจากทางภาคพื้นดิน ผ่านเทคนิคที่เรียกว่า radial velocity surveys ซึ่งเป็นการศึกษาข้อมูลสเปกตรัมของแสง มาช่วยในการตรวจหารูปแบบการเคลื่อนไหวตามแนวสายตาของเรา ซึ่งข้อมูลที่ได้ทำการวิเคราะห์จากทั้งสองแหล่งก็พบว่า วงโคจรของระบบดาว TOI 1338 นั้น จะเสถียรเช่นนี้ต่อไปได้อีกประมาณ 10 ล้านปี 

แม้ว่าวงโคจรของดาวจะทำมุมมาสู่เราได้อย่างพอดิบพอดี แต่จากการคำนวณล่วงหน้าก็พบว่า ภายหลังจากเดือนพฤศจิกายน ในปี 2023 การเคลื่อนผ่านหน้าดาวฤกษ์ของดาวเคราะห์ในลักษณะเช่นนี้ ก็จะหลุดออกไปจากแนวสายตาของเรา แล้วจะกลับมาอีกครั้งหลังจากเวลาได้ล่วงเลยผ่านไปแปดปี

โดยก่อนหน้านั้น ในภารกิจ Kepler และ K2 ก็เคยค้นพบดาวเคราะห์ที่มีลักษณะวงโคจรแบบ circumbinary planets มาแล้วถึง 12 ดวง ใน 10 ระบบดาว ซึ่งทั้งหมดมีขนาดเล็กกว่าที่พบใน ดาวเคราะห์ TOI 1338 b

ส่วนดาวเคราะห์ดวงแรกที่ได้รับการยืนยันว่าเป็น circumbinary planet นั้นเกิดขึ้นในปี 1993 ในระบบดาวฤกษ์คู่ที่ชื่อว่า PSR B1620-26 ซึ่งเป็นระบบดาวที่อยู่ห่างไกลจากโลก 12,400 ปีแสง ในกระจุกดาวทรงกลมของ Messier 4 อันประกอบไปด้วย Millisecond pulsar (MSP) หนึ่งดวง และดาวแคระขาวอีกหนึ่งดวง นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้เวลานานถึง 5 ปีกว่าจะยืนยันได้ว่ามีดาวเคราะห์โคจรอยู่โดยรอบระบบดาวแห่งนี้ และจากผลวิเคราะห์ในปี 2003 ก็ทำให้เราได้รู้ว่า ดาวเคราะห์ที่โคจรอยู่โดยรอบระบบดาวคู่นี้มีมวลอยู่ที่ 2.5 เท่าของดาวพฤหัสบดี และมีค่าความเยื้องศูนย์กลางต่ำบนแกนในวงโคจรอยู่ที่ 23 หน่วยดาราศาสตร์

อย่างไรก็ตามดาวเทียม TESS ซึ่งเป็นกล้องสำรวจอวกาศของนาซ่า ที่เพึ่งจะได้เริ่มสานต่อภารกิจของกล้องอวกาศ Kepler มาได้เพียงไม่กี่ปี (ดาวเทียม TESS ถูกส่งขึ้นสู่อวกาศเมื่อวันที่ 18 เมษายน 2018 ส่วนกล่องอวกาศ Kepler สิ้นสุดภารกิจไปเมื่อวันที่ 15 พฤศจิกายนปี 2018) คาดว่ายังมีระบบดาวฤกษ์คู่เช่นนี้อยู่อีกนับร้อยนับพันแห่งข้างนอกนั่น ดังนั้น circumbinary planets จึงยังมีอยู่อีกมากที่รอคอยการถูกค้นพบ

อ้างอิงข้อมูลจาก

  1. NASA’s TESS Mission Uncovers Its 1st World With Two Stars
  2. RAVE (survey)
  3. Circumbinary planet
  4. TOI 1338
  5. PSR B1620−26
Sci Ways
Sci Ways
นักเดินทางข้ามกาลเวลา
Facebook
กลับสู่บนสุด