สดร.เผย“เจมส์ เว็บบ์”พบดาวเคราะห์ที่ไม่ได้โคจรรอบดาวฤกษ์

เพจสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ โพสต์ระบุว่า กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ หรือ James Webb Space Telescope (JWST) ได้ถ่ายภาพ “ดาวเคราะห์ล่องลอยอิสระ” จำนวน 6 ดวงที่กำลังโคจรอยู่อย่างโดดเดี่ยวในแถบเมฆโมเลกุลเพอร์เซอุส และยังพบว่ามีหนึ่งดวงที่กำลังถูกล้อมรอบด้วยจานแก๊สและฝุ่นที่กำลังก่อตัวเป็นดวงจันทร์หรือบางทีอาจกลายเป็น “ดาวเคราะห์ขนาดเล็ก” เพิ่มขึ้นอีกดวงก็ได้

แถบเมฆโมเลกุลเพอร์เซอุส เนบิวลาประเภทสะท้อนแสงที่มีกระจุกดาวเปิดอยู่ภายใน เรียกว่า NGC1333 เป็นบริเวณที่กล้องเจมส์ เว็บบ์ ค้นพบ “ดาวเคราะห์ล่องลอยอิสระ” ในครั้งนี้

“ดาวเคราะห์ล่องลอยอิสระ” หรือ free-floating planets เป็นประเภทของดาวเคราะห์ที่ไม่ได้โคจรรอบดาวฤกษ์ดวงใด มีมวลระหว่าง 5 ถึง 10 เท่าของมวลดาวพฤหัสบดี นักดาราศาสตร์คาดว่าดาวเคราะห์ประเภทนี้มีการก่อตัวขึ้นจากกลุ่มแก๊สและฝุ่นระหว่างดวงดาวเฉกเช่นดาวฤกษ์ แต่อาจมีมวลไม่มากพอที่จะก่อตัวเป็นดาวฤกษ์ได้

ในปี ค.ศ.2023 กล้องเจมส์ เว็บบ์ ได้ค้นพบดาวเคราะห์ลักษณะนี้มาก่อนแล้วเป็น “ดาวเคราะห์ล่องลอยอิสระ” ที่อยู่กันเป็นคู่ประมาณ 40 คู่ ในเนบิวลานายพราน แต่การค้นพบล่าสุดจากแถบเมฆโมเลกุลเพอร์เซอุส ช่วยให้นักดาราศาสตร์ทำความเข้าใจวัตถุประเภทนี้ได้มากขึ้น

ดาวเคราะห์ในระบบสุริยะของเรามีการกำเนิดแบบ bottom-up หมายความว่าดาวเคราะห์จะค่อย ๆ ก่อตัวจากแก๊สและฝุ่นที่หลงเหลือจากการเกิดดวงอาทิตย์ที่ได้มาจากการยุบตัวของเนบิวลา แต่ดาวเคราะห์ที่ล่องลอยอิสระเช่นนี้มีลักษณะการเกิดแบบ top-down หรือจากการยุบตัวลงของแก๊สและฝุ่นที่อยู่ในเนบิวลาโดยตรงเหมือนกับการเกิดดาวฤกษ์

แก๊สและฝุ่นในเนบิวลาจะค่อย ๆ ยุบตัวลง กลายเป็นก้อนแก๊สร้อนขนาดใหญ่ที่มีอุณหภูมิสูงมากขึ้นเรื่อย ๆ จนกระทั่งสามารถสร้างปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันหลอมรวมไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมจนเกิดพลังงานมหาศาลออกมา เรียกวัตถุประเภทนี้ว่า “ดาวฤกษ์” ซึ่งดาวฤกษ์จะมีมวลขั้นต่ำประมาณ 93 เท่าของมวลดาวพฤหัสบดี หรืออย่างน้อยประมาณ 9% ของมวลดวงอาทิตย์ขึ้นไป หากมีมวลไม่ถึงเกณฑ์นี้ ก็จะไม่สามารถก่อตัวเป็นดาวฤกษ์ได้สำเร็จ

สำหรับวัตถุที่ก่อตัวไปจนเกือบถึงเกณฑ์ข้างต้น แม้จะไม่สามารถก่อตัวเป็นดาวฤกษ์ได้สำเร็จ แต่มวลก็ยังมากเกินไปที่จะถูกเรียกว่าเป็นดาวเคราะห์ได้ ที่สำคัญยังสามารถเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันของดิวทีเรียมในระยะเวลาหนึ่งได้อีกด้วย เรียกดาวลักษณะนี้ว่า “ดาวแคระน้ำตาล” หรือ Brown dwarfs อย่างไรก็ตามหากว่าดาวแคระน้ำตาลนั้นมีมวลน้อยกว่า 13 เท่าของมวลดาวพฤหัสบดี ก็จะไม่สามารถสร้างปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันของดิวทีเรียมได้ และอาจจะกลายเป็นดาวเคราะห์แก๊สยักษ์ทั่ว ๆ ไป

Adam Langeveld นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ จากมหาวิทยาลัย Johns Hopkins หัวหน้าทีมการค้นพบครั้งนี้กล่าวว่า เป็นเรื่องที่ต้องทำความเข้าใจให้แน่ชัดสำหรับขอบเขตของกระบวนการก่อตัวเป็นดาวฤกษ์ เพราะจะเป็นไปได้หรือไม่ว่า วัตถุที่มีลักษณะเหมือนกับดาวพฤหัสบดีอายุน้อย อนาคตอาจจะกลายเป็นดาวฤกษ์ต่อไปภายใต้สภาวะที่เหมาะสมก็เป็นได้ สิ่งนี้เป็นเรื่องสำคัญมากต่อการศึกษา

เรื่องที่ซับซ้อนกว่านั้นคือ “ดาวเคราะห์ล่องลอยอิสระ” ทั้ง 6 ดวงนี้ มี 1 ดวงที่มีมวลน้อยที่สุด และพบว่ามีสิ่งที่ดูเหมือนจานแก๊สและฝุ่น (protoplanetary disk) หมุนวนอยู่รอบ ๆ ด้วย ซึ่งเมื่อเวลาผ่านไปสสารรอบ ๆ ดาวเคราะห์อาจค่อย ๆ รวมตัวกันและให้กำเนิดดาวบริวารขึ้น นั่นแสดงให้เห็นว่าตัวมันเองอาจกลายเป็นดาวแม่ที่มีบริวารโคจรอยู่โดยรอบ แต่จะใช่หรือไม่คงต้องหาข้อสรุปกันต่อไป

นอกจากนี้ ทีมนักวิจัยยังค้นพบดาวแคระน้ำตาลที่มีดาวเคราะห์โคจรอยู่รอบ ๆ อีกด้วย ซึ่งเป็นการค้นพบที่ยากมาก ๆ สำหรับดาวที่ไม่มีแสงสว่างในตัวเองเช่นนี้ และกระบวนการเกิดของมันอาจคล้ายกับการเกิดระบบดาวคู่ แต่ว่าไม่สามารถพัฒนาต่อจนกระทั่งกลายเป็นดาวฤกษ์ได้ นักดาราศาสตร์จึงจำเป็นต้องปรับปรุงแบบจำลองการเกิดดาวฤกษ์และดาวเคราะห์กันต่อไปเพื่อให้ได้มาซึ่งข้อมูลที่ถูกต้องที่สุด

ท้ายที่สุดนี้ทีมวิจัยก็ยังคงต้องใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ ศึกษา “ดาวเคราะห์ล่องลอยอิสระ” ทั้ง 6 ดวงนี้กันต่อไป เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับลักษณะของชั้นบรรยากาศ และองค์ประกอบอื่นๆ เพื่อหาข้อสรุปและข้อเปรียบเทียบให้แน่ชัดว่า ระหว่างดาวแคระน้ำตาลกับดาวฤกษ์ปกติมันมีกระบวนการที่เกิดแตกต่างกันอย่างไรกันแน่

งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิชาการ The Astronomical Journal เมื่อวันที่ 12 สิงหาคม ค.ศ. 2024