ใครๆ ก็รู้ว่า Didier Queloz กับ Michel Mayor คือ ผู้ที่ได้รับครึ่งหนึ่งของ รางวัลโนเบลฟิสิกส์ ประจำปี 2019 จากผลงานการพบดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์ซึ่งมีลักษณะคล้ายดวงอาทิตย์เป็นครั้งแรก เมื่อปี 1995
Queloz ในปัจจุบันดำรงตำแหน่งศาสตราจารย์ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ในสังกัด Trinity College แห่งมหาวิทยาลัย Cambridge ในอังกฤษ และเป็นผู้อำนวยการของกลุ่มวิจัยที่มุ่งค้นหา และศึกษาธรรมชาติของดาวเคราะห์ที่อยู่นอกระบบสุริยะ (exoplanet) การได้รับรางวัลโนเบลในครั้งนั้น ได้ทำให้ Queloz เป็นบุคคลรางวัลโนเบลลำดับที่ 109 ของ Cambridge ซึ่งได้เคยศึกษาหรือทำงานวิจัยที่มหาวิทยาลัย ส่วน Mayor นั้น เป็นศาสตราจารย์ฟิสิกส์ดาราศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัย Geneva ในสวิสเซอร์แลนด์
ในปี 1995 ที่ Queloz กับ Mayor พบ exoplanet เพราะคนทั้งสองได้เห็นดาวเคราะห์ดวงหนึ่งกำลังโคจรอยู่รอบดาวฤกษ์ชื่อ 51 Pegasi (ดาวเคราะห์ดวงนั้น จึงได้ชื่อว่า 51 Pegasi b) ความสำคัญของการค้นพบนี้ คือ ได้ทำให้ฟิสิกส์เกิดวิทยาการสาขาใหม่ จนมีคนเข้ามาทำวิจัยเรื่อง exoplanet มากขึ้น จากเดิมที่มีจำนวนนับสิบ มาเป็นจำนวนมากประมาณ 2,000 คนแล้ว จนได้พบ exoplanet เป็นจำนวนมากถึง 5,297 ดวงแล้ว (สถิติเดือนมกราคม ปี 2023)
ความน่าตื่นเต้นและความน่าสนใจของ exoplanet ที่เกิดขึ้นนั้นมีมากมาย อาทิเช่น ได้พบว่าดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะมีความหลากหลายทางกายภาพมาก บางดวงมีขนาดใหญ่กว่าดาวพฤหัสบดี ที่ตามปกติมักจะโคจรอยู่ไกลจากดวงอาทิตย์ แต่ดาวเคราะห์ที่พบใหม่กลับโคจรอยู่ใกล้ดาวฤกษ์มาก จนมีอุณหภูมิร้อนจัดเป็นพันองศาเซลเซียส อีกทั้งมีความเร็วในการโคจรค่อนข้างมาก โดยมีคาบการโคจรสั้นนับเป็นวัน (ดาวพฤหัสบดี มีคาบโคจรนาน 12 ปี) บางดวงมีวงโคจรเป็นวงรีเรียว (ดาวเคราะห์ทุกดวงในระบบสุริยะมีวงโคจรเป็นวงรี ที่ไม่รีมาก จนอาจเปรียบเสมือนว่ามีวงโคจรเป็นวงกลม) และวงโคจรของดาวเคราะห์ที่พบใหม่ในบางระบบ มิได้อยู่ในระนาบเดียวกันหมด (ดาวเคราะห์ในระบบสุริยะของเรา ล้วนมีวงโคจรที่อยู่ในระนาบเดียวกัน) exoplanet บางดวงมีวงโคจรรอบดาวฤกษ์ 2 ดวง ดังนั้นท้องฟ้าเหนือดาวเคราะห์ดวงดังกล่าว จึงมีดวงอาทิตย์ 2 ดวง ในเวลากลางวัน (โลกมีดวงอาทิตย์ในท้องฟ้าเพียงดวงเดียว)
ในส่วนของดาวฤกษ์ที่ทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางให้ดาวเคราะห์โคจรไปโดยรอบนั้น ก็มีความหลากหลายทางกายภาพมากเช่นกัน เช่น บางดาวฤกษ์เป็นดาวนิวตรอน บางดวงเป็นหลุมดำ บางดวงเป็น supernova บางดวงเป็นดาวแคระขาว, ดาวยักษ์แดง, ดาวแคระน้ำตาล หรือดาวแปรแสง ฯลฯ
ความหลากหลายขององค์ประกอบต่างๆ ในหลายมิติดังที่ได้กล่าวมานี้ ทำให้นักดาราศาสตร์ ณ วันนี้ตระหนักได้ว่า ทฤษฎีดาราศาสตร์เรื่องที่เกี่ยวกับการถือกำเนิดของระบบดาวฤกษ์ที่มีดาวเคราะห์เป็นบริวารนั้น ยังไม่สมบูรณ์ เพราะทฤษฎียังไม่สามารถอธิบายความแปลกประหลาดที่นักวิทยาศาสตร์กำลังพบเห็นได้ทุกกรณี และที่สำคัญ ก็คือ นักดาราศาสตร์ยังไม่ได้พบดาวเคราะห์ดวงใดที่มีลักษณะคล้ายโลกมาก จนสามารถมีสิ่งมีชีวิตที่เรียกว่า “คน” บนดาวดวงนั้นได้
ข้อสังเกตอีกประการหนึ่งเกี่ยวกับการมอบรางวัลโนเบลฟิสิกส์ประจำปี 2019 นี้ คือ เป็นรางวัลที่มอบให้แก่ผลงานทางดาราศาสตร์คลาสสิกจริง ๆ ดังจะเห็นได้จากการที่ Queloz กับ Mayor ใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ และอุปกรณ์ spectrograph ที่คนทั้งสองได้พัฒนาขึ้น จนมีประสิทธิภาพสูงมาก ทำให้สามารถ “เห็น” ดาวเคราะห์ได้ ในขณะที่รางวัลโนเบลฟิสิกส์ด้านดาราศาสตร์ในอดีต มักจะมอบให้แก่ผลงานทางด้านดาราศาสตร์ฟิสิกส์ เช่น ในปี 2006 ซึ่งได้แก่ผลงานของ John C. Mather กับ George F. Smoot ที่ได้พบว่า รังสีไมโครเวฟภูมิหลังมีสมบัติเหมือนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่ออกมาจากวัตถุดำ อีกทั้งคลื่นนี้มีสมบัติที่ขึ้นกับทิศทาง (สมบัติด้าน polarization) ส่วนรางวัลของปี 2011 ได้มอบให้แก่ผลงานของ Adam G. Riess, Saul Perlmutter และ Brian P. Schmidt ซึ่งได้พบว่า เอกภพกำลังขยายตัวด้วยความเร่ง โดยได้ศึกษาบรรดาดาว supernova ที่อยู่ไกลโพ้นถึงขอบของเอกภพ และสำหรับรางวัลปี 2017 นั้น ก็เป็นของ Kip Thorne, Rainer Weiss และ Barry Barish จากการใช้อุปกรณ์ LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) ตรวจจับคลื่นโน้มถ่วงได้เป็นครั้งแรก
เมื่อมาถึงปี 2019 ที่ได้มีการมอบรางวัลโนเบลฟิสิกส์ให้แก่ Queloz กับ Mayor ผู้พบ exoplanet ดวงแรกนั้น การวิจัยในเวลาต่อมาได้แสดงให้เห็นว่า ดาว exoplanet อาจจะมีในกาแล็กซีทางช้างเผือกของเราเป็นจำนวนมากถึงหมื่นล้าน (10^10) ดวง และนั่นก็หมายความว่า ความหลากหลายทางกายภาพของดาว exoplanet ทุกดวง ถ้ามีการใช้เวลาพรรณนานานดวงละ 10 วินาที เราก็ต้องใช้เวลาทั้งสิ้นในการบรรยายสมบัติของ exoplanet ทุกดวง เป็นเวลานานประมาณ 10,000 ปี
ข้อสังเกตอีกประการหนึ่งเกี่ยวกับรางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 2019 ก็คือ คณะกรรมการรางวัลได้ระบุว่า Queloz กับ Mayor ได้พบดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์ ซึ่งมีลักษณะคล้ายดวงอาทิตย์ของเรา (solar-type star)
ถ้อยแถลงนี้ได้ระบุชัดว่า ดาวดังกล่าวเป็นดาวฤกษ์ที่มีลักษณะคล้ายดวงอาทิตย์ คือ มิใช่ดาวฤกษ์ที่มีลักษณะอื่นหรือชนิดอื่น เพราะในความเป็นจริง ได้มีผู้พบดาวเคราะห์โคจรรอบดาวฤกษ์ ที่มิใช่ดาวฤกษ์ซึ่งมีลักษณะเหมือนดวงอาทิตย์ ก่อน Queloz กับ Mayor หลายคน
แต่เพราะสังคมวิชาการในเวลาที่พบดาวดวงนั้น ไม่เชื่อว่าจะเป็นไปได้ที่จะมีดาวเคราะห์ลักษณะนั้นเกิดขึ้นได้ การขาดนักทดลองอื่นที่สนับสนุนการทดลองนั้น และการขาดทฤษฎีที่ยืนยันว่า ดาวเคราะห์ที่ประหลาดสามารถมีได้ ทำให้ผู้พบดาว exoplanet ต้องพลาดการรับรางวัลโนเบลไป ดังนั้นถ้ามีการถามถึงคนที่พบ exoplanet ดวงแรก เราจึงต้องตอบอย่างระมัดระวัง ซึ่งก็เหมือนกับคำถามที่ว่า ใครเป็นผู้พบทวีปอเมริกา
คำตอบสำหรับคำถามนี้ก็จะมีมากมาย เช่น Christopher Columbus (1451- 1506) ซึ่งเมื่อปี 1492 ได้พบหมู่เกาะ Caribbean บางคนอาจจะตอบว่า John Cabot (1450-1500) ผู้ได้สำรวจชายฝั่งของทวีปอเมริกาเหนือเป็นครั้งแรกเมื่อปี 1497 แต่เมื่อถึงวันนี้ หลักฐานปัจจุบันส่อแสดงว่า Leif Erikson (970-1020) ชาวไวกิ้ง เป็นชาวยุโรปคนแรกที่ได้สำรวจอเมริกาก่อน Columbus ถึง 500 ปี แต่ถ้าจะย้อนอดีตไปก่อนนั้น ก็จะเห็นว่า ชาว Siberian ในสมัยเมื่อ 10,000 ปีก่อน ได้เดินทางเท้าผ่านช่องแคบ Bering (ในเวลานั้น โลกยังไม่มีช่องแคบนี้ แต่มีดินดอนที่เชื่อมต่อระหว่าง Siberia กับ Alaska การเดินทางก่อนยุคประวัติศาสตร์จึงสามารถกระทำได้โดยไม่ยากลำบากมาก) ส่วน Columbus นั้น เมื่อขึ้นบก ก็ได้เห็นคนอินเดียนแดงที่ได้มาอาศัยอยู่ในบริเวณนั้น เป็นเวลานานนับพันปีแล้ว ด้วยสาเหตุนี้คนอินเดียนแดงก็น่าจะได้ชื่อว่า เป็นผู้พบทวีปอเมริกาก่อน Columbus อย่างแน่นอน
บทความในวันนี้ จะกล่าวถึงบุคคลแรกที่ได้ชื่อว่าเป็นผู้พบดาว exoplanet อย่างแท้จริง
ความเชื่อของนักดาราศาสตร์ทุกคนในสมัยเมื่อ 50 ปีก่อน คือ exoplanet น่าจะเป็นดาวดวงหนึ่งของระบบที่มีลักษณะเหมือนระบบสุริยะของเรา คือ ถ้าเป็นดาวเคราะห์ที่มีขนาดใหญ่ ก็จะอยู่ในบริเวณที่ห่างไกลจากจุดศูนย์กลางของระบบ และเนื้อดาวมักจะประกอบด้วยแก๊สเหลว ส่วนดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้จุดศูนย์กลางของระบบ มักจะมีขนาดเล็ก และประกอบด้วยหินแข็งเป็นส่วนใหญ่ สำหรับประเด็นการจะใช้กล้องโทรทรรศน์ส่องหาดาว exoplanet โดยตรงนั้น ก็เป็นเรื่องที่ทำได้ยากมาก เพราะดาว exoplanet เป็นดาวที่ไม่มีแสงสว่างในตัวเอง ดังนั้นการที่นักดาราศาสตร์จะเห็นมันได้ เขาจำต้องอาศัยแสงจากดาวฤกษ์ที่สะท้อนบนดาว exoplanet นั้น นอกจากนี้ความสว่างของดาว exoplanet เมื่อเปรียบเทียบกับดาวฤกษ์ มักจะมีค่าน้อยประมาณหนึ่งในล้าน (ความยากลำบากในการเห็นนี้ จึงเปรียบเสมือนกับความพยายามจะดูหิ่งห้อย ขณะที่มันกำลังบินอยู่ใกล้บ้านที่กำลังถูกวางเพลิง) ด้วยเหตุนี้ นักดาราศาสตร์จึงจำเป็นต้องใช้วิธีอื่นในการดู exoplanet ซึ่งเป็นการ “เห็น” โดยทางอ้อม เช่น ดูการเคลื่อนที่ของดาวฤกษ์ ซึ่งจะขยับตัวไป-มาเล็กน้อย เพราะถูกแรงโน้มถ่วงของดาว exoplanet ที่เคลื่อนที่รอบตัวมันดึงดูด และเมื่อดาวฤกษ์เคลื่อนที่ (แม้จะเพียงเล็กน้อยก็ตาม) ความยาวคลื่นของแสงที่มันเปล่งออกมาก็จะเปลี่ยนแปลง คือ ความยาวคลื่นจะมากขึ้น ถ้าดาวฤกษ์เคลื่อนที่หนีจากผู้สังเกต (คลื่นแสงจะมีสีแดงมากขึ้น) และความยาวคลื่นของแสงจะลดลง ถ้าดาวฤกษ์เคลื่อนที่เข้าหาผู้สังเกต (คลื่นแสงจะมีสีน้ำเงินขึ้น)
ปรากฏการณ์ Doppler นี้ จึงแสดงออกมาโดยการสังเกตดูความยาวคลื่นแสงที่เปลี่ยนไป และเทคนิคการวัดความยาวคลื่นแสงก็ได้เป็นเทคนิคที่นักดาราศาสตร์นิยมใช้ในการค้นหาดาว exoplanet
ในปี 1979 Gordon Walker จากมหาวิทยาลัย British Columbia ในแคนาดา เป็นบุคคลหนึ่งที่สนใจเรื่อง exoplanet มาก และเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านเทคนิคการวัดความยาวคลื่นแสง โดยใช้ปรากฏการณ์ Doppler เขาได้เริ่มการค้นหา exoplanet โดยตั้งสมมติฐานว่า exoplanet จะต้องอยู่ในระบบดาวที่มีโครงสร้างคล้ายระบบสุริยะของเรา และคิดว่าความยาวคลื่นแสงจากดาวฤกษ์ที่เปลี่ยนแปลงมากที่สุด จะต้องมาจากดาวเคราะห์ที่มีขนาดใหญ่ที่สุด (คือ ดาวเคราะห์ที่มีมวลมากระดับดาวพฤหัสบดี) ซึ่งใช้เวลานานประมาณ 12 ปี ในการโคจรรอบดวงอาทิตย์ได้ครบ 1 รอบ และนั่นก็หมายความว่า Walker อาจจะต้องใช้เวลานานประมาณนี้ ในการทำวิจัยเรื่องนี้
นอกจากนี้ Walker ก็ยังคาดหวังจะพบดาวเคราะห์ที่มีมวลมากระดับดาวพฤหัสบดีเป็นจำนวนมากด้วย จึงได้ขอทุนวิจัยเพื่อจองเวลาที่จะใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ให้นานขึ้น แต่คณะกรรมการทุนวิจัยไม่คิดว่า Walker จะสามารถทำได้ และคิดว่าโครงการวิจัยนี้ไม่น่าสนใจ จึงไม่ได้สนับสนุน กระนั้น Walker ก็ไม่ได้ย่อท้อ และได้พยายามต่อไป โดยในปี 1988 เขาสามารถเห็นความยาวคลื่นแสงที่เปลี่ยนไป ขณะที่มีดาวเคราะห์ดวงหนึ่งโคจรไปรอบดาวฤกษ์ชื่อ Gamma Cephei ในทุก 2.7 ปี และดาวเคราะห์ดวงนี้ มีมวลมากเท่าดาวพฤหัสบดี แต่สิ่งที่ทำให้ทุกคนในวงการดาราศาสตร์ ณ เวลานั้นไม่เชื่อ คือ ดาวเคราะห์มีคาบโคจรที่รวดเร็วมาก คือเพียง 2.7 ปีเท่านั้น เมื่อเทียบกับ 12 ปีของดาวพฤหัสบดี ด้วยเหตุนี้ทุกคนจึงคิดว่าดาวที่ใหญ่ขนาดนี้ ไม่น่าจะโคจรใกล้ดาวฤกษ์ได้มากขนาดนั้น
จนกระทั่งปี 2003 การค้นพบของ Walker ก็ได้รับการยืนยัน และนั่นก็หมายความว่า Walker ได้รับสัญญาณที่แสดงว่า นอกระบบสุริยะมีดาวเคราะห์จริง แต่เขาไม่ได้พบ
ในปี 1989 David Latham จากหอดูดาว Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO) ได้รายงานผลการวัดความยาวคลื่นแสงจากดาวฤกษ์ชื่อ HD 114762 ว่ามีการเปลี่ยนแปลงเสมือนว่าเกิดจากปรากฏการณ์ Doppler ผลการวิเคราะห์ของ Latham ยังได้แสดงให้เห็นว่า วงโคจรของดาวเคราะห์ดวงนั้นไม่ได้เป็นวงกลม แต่เป็นวงรีมาก จึงไม่เหมือนวงโคจรของดาวเคราะห์ทั้งหลายในสุริยจักรวาลที่แทบจะเป็นวงกลม นอกจากนี้ดาวเคราะห์ของ Latham ก็มีมวลมากประมาณ 11 เท่าของดาวพฤหัสบดี แต่รัศมีวงโคจรของดาวดวงนี้กลับมีค่าประมาณ 10% ของรัศมีวงโคจรของดาวพฤหัสบดีเท่านั้นเอง
เมื่อทฤษฎีการถือกำเนิดของดาวเคราะห์ที่เป็นที่ยอมรับกันในเวลานั้น ไม่มีคำอธิบายสำหรับดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ที่มีวงโคจรรีมาก ดังนั้นจึงไม่มีใครเชื่อผลการค้นพบของ Latham
แต่เมื่อถึงวันนี้ ดาว exoplanet ที่ Latham พบนั้น นับเป็นดาวปกติไปแล้ว
ต่อมาในปี 1992 Aleksander Wolszczan จากมหาวิทยาลัย Nicolaus Copernicus ในโปแลนด์ กับ Dale Frail จาก หอดูดาว National Radio Astronomy Observatory (NRAO) ที่เมือง Socorro รัฐ New Mexico สหรัฐอเมริกา ได้รายงานการพบ exoplanet 2 ดวง โดยมีดวงหนึ่งโคจรรอบดาวฤกษ์ ที่มิใช่ดวงอาทิตย์ แต่เป็นดาว pulsar ชื่อ PSR B1257+12 ดาวเคราะห์ดวงนี้จึงเป็น pulsar planet และในเวลาต่อมา เขาทั้งสองก็ได้พบ exoplanet อีกดวงหนึ่งที่มีมวลพอ ๆ กับโลก
ดาว pulsar ที่นักดาราศาสตร์ทั้งสองพบว่า มีดาวเคราะห์เป็นบริวารนั้น เป็นดาวนิวตรอนที่หลงเหลือจากการระเบิดของ supernova ที่ได้เกิดขึ้น เวลาดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ตั้งแต่ 10 เท่าขึ้นไปได้หมดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่มีในตัวมัน และได้ระเบิดตัวเอง ความดันมหาศาลที่เกิดขึ้นได้บีบอัดเนื้อดาว จนมีความหนาแน่นสูงมาก เช่น จากดวงอาทิตย์ก็มีเส้นผ่านศูนย์กลางยาวประมาณ 1.4 ล้านกิโลเมตร ก็ได้ถูกอัดจนเป็นดาว pulsar ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางยาวเพียง 20 กิโลเมตรเท่านั้นเอง แม้จะมีขนาดเล็ก แต่ดาว pulsar ก็สามารถหมุนรอบตัวเองได้รวดเร็วมาก คือ อาจจะมากถึง 1,200 รอบต่อวินาที และได้ปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาในรูปของรังสีเอกซ์ คลื่นวิทยุ แสงที่ตาเห็น และรังสีแกมมา จากขั้วทั้งสองของดาว ให้เราบนโลกสามารถเห็นได้
เมื่อมีคนพบ exoplanet ที่มีหลากหลายรูปแบบ และทุกดวงต่างก็โคจรรอบดาวฤกษ์ที่มีความหลากหลายทางกายภาพมากเช่นกัน ดังนั้นคำจำกัดความของดาว exoplanet จึงต้องได้รับการพิจารณาใหม่ เพราะตามความเข้าใจเดิม ๆ นั้น ดาวเคราะห์ คือ ดาวที่มีมวลไม่มากพอจะเป็นดาวฤกษ์ หรือดาวแคระสีน้ำตาล (brown dwarf) ได้ แต่เมื่อมีการพบ exoplanet ที่โคจรรอบ pulsar ในปี 1992 และในอนาคตก็จะมีการพบ exoplanet ที่โคจรรอบหลุมดำ หรือดาวเคราะห์ที่มีขนาดใหญ่อื่น ๆ อีก ดังนั้นคำจำกัดความของดาวเคราะห์ก็จะต้องปรับเปลี่ยนใหม่ ในที่นี้ exoplanet จึงหมายถึงดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์ที่มีลักษณะคล้ายดวงอาทิตย์เท่านั้น
ด้วยเหตุนี้ รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 2019 จึงตกเป็นของ Queloz กับ Mayor ในฐานะที่พบ exoplanet ซึ่งโคจรรอบดาวฤกษ์ที่มีลักษณะคล้ายดวงอาทิตย์ (solar-type star) เพราะเป็นดาวเคราะห์ถือกำเนิดจากการกลั่นตัวของแก๊สร้อนที่อยู่รอบดาวฤกษ์ ซึ่งถือกำเนิดใหม่ ๆ ส่วนดาวเคราะห์ที่โคจรรอบ ๆ pulsar เกิดจากการระเบิดของดาวฤกษ์มวลมหาศาล ด้วยเหตุนี้ดาวที่ Wolszczan กับ Frail พบ จึงได้ชื่อว่าเป็นดาวเคราะห์ที่ มิใช่ exoplanet
ในปี 1995 Queloz กับ Mayor ซึ่งกำลังค้นหา exoplanet ด้วยการสังเกตการเคลื่อนที่ขยับไป-มาของดาวฤกษ์ 51 Pegasi โดยอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงที่ exoplanet กระทำ ซึ่งได้ทำให้แสงจากดาวฤกษ์แสดงปรากฏการณ์ Doppler คนทั้งสองได้จับตาดูดาวฤกษ์ดวงนี้ที่มีอายุและขนาดใกล้เคียงกับดวงอาทิตย์ และได้พบว่าดาวดวงนี้มีการเคลื่อนที่ขยับไป-มา ด้วยความเร็วประมาณ 50 เมตร/วินาที และมีคาบการขยับไป-มาเท่ากับ 4.2 วัน ข้อมูลนี้จึงแสดงให้เห็นว่า ค่าเหล่านี้เกิดจากอิทธิพลของดาวเคราะห์ดวงหนึ่งที่มีมวลอยู่ระหว่างดาวเสาร์กับดาวพฤหัสบดี
ข้อมูลด้านมวลเช่นนี้ ได้ทำให้วงการดาราศาสตร์รู้สึกสบายใจ เพราะดูเป็นดาวที่ไม่ผิดปกติ แต่ประเด็นที่ไม่สบายใจนัก ก็คือ ระยะทางที่ดาวเคราะห์อยู่ห่างจาก 51 Pegasi เป็นเพียง 5% ของระยะทางที่โลกอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์เท่านั้นเอง ซึ่งความใกล้เช่นนี้ได้ทำให้ผิวดาวเคราะห์มีอุณหภูมิสูงถึงพันองศาเซลเซียส
ดังนั้น exoplanet ของ Queloz กับ Mayor จึงเป็นดาวเคราะห์ที่เราปัจจุบันรู้จักในนามว่า “hot Jupiter”
แต่ก็ใช่ว่า นักดาราศาสตร์ทุกคนจะเห็นด้วยกับการค้นพบนี้ เพราะมีนักดาราศาสตร์หลายคนที่ไม่ยอมเชื่อ โดยอ้างว่า ความยาวคลื่นแสงที่เห็นเปลี่ยนแปลงไปนั้น เกิดจากการขยายตัว และหดตัวของแก๊สร้อนที่ผิวดาวเป็นจังหวะ ๆ อย่างสม่ำเสมอ
ประสบการณ์ของ Mayor จากการได้เคยทำงานร่วมกับ Latham ได้ช่วยให้เขาและ Queloz มีความมั่นใจมากในสิ่งที่พบ เพราะ Queloz ได้พัฒนาอุปกรณ์ spectrograph ให้ดีขึ้น จนสามารถวัดความยาวคลื่นที่เปลี่ยนแปลงไปได้ถึงระดับ 1% นอกจากเหตุผลนี้แล้ว คนทั้งสองยังได้มีเวลาในการใช้กล้องโทรทรรศน์ที่ประเทศฝรั่งเศสอย่างยาวนาน เพื่อสังเกตดู 51 Pegasi อย่างต่อเนื่อง ผลการสังเกตของ Queloz กับ Mayor จึงได้รับการยืนยัน โดยทีมนักดาราศาสตร์อื่น ๆ ในเวลาต่อมาอีกไม่นาน
ซึ่งนั่นก็หมายความว่า ทฤษฎีการถือกำเนิดของดาวเคราะห์ที่เป็นที่ยอมรับในปัจจุบัน จำต้องได้รับการปรับเปลี่ยนใหม่
การค้นพบ exoplanet ของ Queloz กับ Mayor จึงเป็นการค้นพบที่สำคัญมาก และสมควรจะได้รับรางวัลโนเบิลฟิสิกส์ ซึ่งรวมถึงการได้เงิน 5 แสนดอลลาร์ด้วย
ในความเป็นจริง เทคนิคที่ใช้ปรากฏการณ์ Doppler ในการหา exoplanet นี้ มิสามารถใช้บอกมวลของดาวเคราะห์ได้อย่างถูกต้อง เพราะมวลที่แท้จริงมักจะมีค่ามากกว่านี้ สาเหตุนี้ทำให้นักดาราศาสตร์ต้องใช้เทคนิควัดที่แตกต่างออกไป และประวัติดาราศาสตร์ก็ได้บันทึกว่า exoplanet HD 209455 b ที่โคจรรอบดาวฤกษ์ HD 209458 เป็นดาวเคราะห์ดวงแรกที่ได้รับการวัดค่ามวลอย่างถูกต้อง โดยใช้วิธีสังเกตดูดาวเคราะห์ดวงนั้นขณะโคจรตัดหน้าดาวฤกษ์ เหตุการณ์นี้ทำให้ความเข้มแสงที่กล้องโทรทรรศน์บนโลกได้รับ ลดลงไปนิดหนึ่ง แล้วกลับคืนสู่ความเข้มเดิมอีก หลังจากที่ดาวเคราะห์ดวงนั้นได้เคลื่อนที่ผ่านดาวฤกษ์ไปแล้ว
การมี hot Jupiter ก็นับว่าเป็นเรื่องโชคดี สำหรับ Queloz กับ Mayor เพราะ hot Jupiter ได้ทำให้ความยาวคลื่นแสงเปลี่ยนไปมาก นอกจากนี้การสังเกตและการวัดทั้งหมด ก็สามารถสรุปผลได้ภายในเวลาเพียงไม่กี่สัปดาห์ แทนที่จะต้องใช้เวลานานถึง 12 ปี เหมือนดังที่ Walker ได้เคยคาดไว้
ในวารสาร Astronomy and Astrophysics ฉบับออนไลน์ วันที่ 20 มกราคม ปี 2023 นี้ Sasha Hinklry แห่งมหาวิทยาลัย Exeter ในอังกฤษ ได้รายงานว่า ยานอวกาศ Gaia ขององค์การอวกาศแห่งยุโรป (ESA) ได้เห็นดาวเคราะห์ดวงหนึ่ง กำลังโคจรอยู่รอบดาวฤกษ์ HD 206893 ที่ระยะห่าง 483 ล้านกิโลเมตร ดาวเคราะห์ดวงนี้จึงมีชื่อว่า HD 206893 c และมีขนาดใหญ่กว่าดาวพฤหัสบดีประมาณ 30% โดยดาวดวงนี้อยู่ห่างจากโลก 130 ปีแสง
การใช้กล้องโทรทรรศน์ Very Large Telescope ที่อยู่ ณ ทะเลทราย Atacama ใน Chile เพื่อดูดาว ได้พบความจริงว่า ดาวเคราะห์ดวงนี้มีความสว่างจ้ามากอย่างผิดปกติ นั่นแสดงว่า ภายในดาวเคราะห์ดวงนี้ มีเตาปฏิกรณ์แบบ fusion ที่กำลังทำงาน ดาวดวงนี้ จึงมีสมบัติอยู่ระหว่างการเป็นดาวเคราะห์ขนาดใหญ่กับดาวฤกษ์ขนาดเล็ก
บทเรียนที่เราได้รับจากเรื่องนี้ก็คือ นักทดลองจะต้องไม่เชื่อนักทฤษฎีอย่างหมดใจ เพราะธรรมชาติมีปรากฏการณ์และเหตุการณ์อีกหลายรูปแบบที่จินตนาการของมนุษย์ยังไปไม่ถึง ดังนั้นถ้ามีใครสามารถล้มทฤษฎีได้ ชื่อเสียงของเขาก็จะเป็นอมตนิรันดรกาล
อ่านเพิ่มเติมจาก “The Little Book of Exoplanets” โดย Joshua N. Winn จัดพิมพ์โดย sandman books ซึ่งจะวางตลาดในวันที่ 11 กรกฎาคม ปี 2023
ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน : ประวัติการทำงาน - ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ "โลกวิทยาการ" ได้ทุกวันศุกร์
