กล้องโทรทรรศน์โรมันช่วยไขปริศนาดาวเคราะห์พเนจรในทางช้างเผือก

ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา นักดาราศาสตร์ได้คาดการณ์ถึงลักษณะของดาวเคราะห์พเนจร (Rogue Planets) ในกาแล็กซีทางช้างเผือก ดาวเคราะห์เหล่านี้ซึ่งถูกเรียกว่า “ดาวเคราะห์ล่องลอยอิสระ” (free-floating planets) ไม่ได้โคจรรอบดาวฤกษ์ แต่กลับท่องไปในห้วงอวกาศ ด้วยเทคโนโลยีปัจจุบัน การตรวจจับพวกมันเป็นเรื่องยาก แต่กล้องโทรทรรศน์อวกาศแนนซี เกรซ โรมัน (Nancy Grace Roman Space Telescope) หรือ “โรมัน” (Roman) ที่กำลังจะมาถึง จะเป็นเครื่องมือที่เหมาะสมอย่างยิ่งในการค้นหาดาวเคราะห์เหล่านี้ และให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับประวัติและความคล้ายคลึงที่พวกมันอาจมีกับดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ

งานวิจัยล่าสุดชิ้นหนึ่งได้มุ่งเน้นไปที่ดาวเคราะห์พเนจรระหว่างดวงดาว และศึกษาว่ากล้องโทรทรรศน์โรมันจะพัฒนาความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับวิธีการก่อตัว, การดำรงอยู่ และประเภทของดาวเคราะห์เหล่านี้ได้อย่างไร โดยเฉพาะอย่างยิ่ง งานวิจัยนี้ได้พิจารณาถึงสิ่งที่เรียกว่า “ฟังก์ชันมวลอิสระ” (free-floating mass function) ซึ่งเป็นวิธีทำความเข้าใจต้นกำเนิดของดาวเคราะห์พเนจร ฟังก์ชันมวลดาวเคราะห์อธิบายถึงการกระจายตัวของมวลดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์ ในขณะที่ฟังก์ชันมวลดาวเคราะห์ล่องลอยอิสระอธิบายถึงสิ่งเดียวกันสำหรับดาวเคราะห์พเนจรที่ท่องไปในกาแล็กซี

ผู้เขียนงานวิจัยเสนอว่า กล้องโทรทรรศน์โรมันจะสามารถปรับปรุงการวัดปริมาณของดาวเคราะห์ประเภทนี้ที่มีขนาดเล็กกว่าโลกได้อย่างมาก นอกจากนี้ ยังสามารถช่วยอธิบายลักษณะเฉพาะของจำนวนดาวเคราะห์พเนจรที่มีมวลสูงกว่า และการกระจายตัวของพวกมันทั่วทั้งอวกาศ สุดท้าย ข้อมูลที่ได้จากกล้องโทรทรรศน์โรมันจะช่วยเพิ่มพูนความเข้าใจของนักดาราศาสตร์เกี่ยวกับกระบวนการที่สร้างและเหวี่ยงดาวเคราะห์เหล่านี้ออกจากแหล่งกำเนิดของพวกมัน

ดาวเคราะห์พเนจรคืออะไร?

คำว่า “ดาวเคราะห์พเนจร” (rogue planet) ชวนให้นึกถึงสถานที่ต่างๆ เช่น ฮอธ (Hoth), อัลเดอราน (Alderaan) และ เอนดอร์ (Endor) (จากจักรวาลสตาร์ วอร์ส) สถานที่เหล่านั้นโคจรรอบดาวฤกษ์ ในขณะที่ดาวเคราะห์ล่องลอยอิสระไม่ได้ทำเช่นนั้นอีกต่อไป ระบบดาวเคราะห์ที่กำลังก่อตัวใหม่เป็นสถานที่ที่วุ่นวาย ชิ้นส่วนของดาวเคราะห์ (โดยพื้นฐานคือดาวเคราะห์ก่อนเกิด) เคลื่อนที่ไปรอบๆ และได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงของชิ้นส่วนอื่นๆ ในที่สุด พวกมันก็รวมตัวกันเป็นดาวเคราะห์ พลวัตของการก่อตัวมีพลังงานมากพอที่ดาวเคราะห์ที่เพิ่งก่อตัวบางดวงจะถูกเหวี่ยงออกไปในอวกาศ และไม่มีวันได้กลับคืนสู่ระบบดาวแม่ของพวกมันอีกเลย

นักดาราศาสตร์ประเมินว่า ทางช้างเผือกอาจมีดาวเคราะห์พเนจรอยู่หลายล้านหรือหลายพันล้านดวง หากเป็นจริง แสดงว่าอาจมีดาวเคราะห์พเนจรมากกว่าดาวเคราะห์ที่ถูกผูกไว้กับดาวฤกษ์แม่ของพวกมัน ดาวเคราะห์พเนจรไม่ได้รับความอบอุ่นจากดาวฤกษ์ใกล้เคียง ดังนั้น นักดาราศาสตร์จึงสงสัยว่าดาวเคราะห์เหล่านี้ส่วนใหญ่ (ถ้าไม่ใช่ทั้งหมด) เป็นน้ำแข็ง, เย็นยะเยือก, ว่างเปล่า และไม่เหมาะแก่การอยู่อาศัย การตรวจจับดาวเคราะห์พเนจรไม่ใช่เรื่องง่าย เนื่องจากพวกมันกำลังเดินทาง “ในความมืด” ในขณะนี้ หนึ่งในวิธีที่ดีที่สุดในการตรวจจับพวกมันคือการใช้ปรากฏการณ์ไมโครเลนซิง (microlensing) ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อดาวเคราะห์เคลื่อนผ่านหน้าดาวฤกษ์จากมุมมองของเราบนโลก แรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์พเนจร “บิดเบน” แสงของดาวฤกษ์เบื้องหลัง ทำให้เกิด “การส่าย” เล็กน้อยในมุมมองที่เรามีต่อดาวฤกษ์ และบอกเราว่ามีบางอย่างเพิ่งเคลื่อนผ่านเข้ามาในขอบเขตการมองเห็น

กล้องโทรทรรศน์โรมันช่วยค้นหาดาวเคราะห์ล่องลอยอิสระได้อย่างไร?

กล้องโทรทรรศน์อวกาศแนนซี เกรซ โรมัน จะพัฒนาต่อยอดการค้นพบดาวเคราะห์พเนจรจากเครื่องมือต่างๆ เช่น กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (James Webb Space Telescope) หรือ JWST ซึ่งได้ค้นพบดาวเคราะห์พเนจรอื่นๆ มาแล้ว กล้องโทรทรรศน์โรมันจะทำการสำรวจที่เรียกว่า การสำรวจโดเมนเวลาดาราศาสตร์โป่งดาราจักร (Galactic Bulge Time Domain Survey) ซึ่งจะช่วยให้นักดาราศาสตร์ตรวจจับดาวเคราะห์ “พเนจร” ล่องลอยอิสระได้หลายร้อยถึงหลายพันดวง ข้อมูลนี้จะช่วยให้นักวิจัยมีกลุ่มประชากรดาวเคราะห์เพียงพอต่อการศึกษา เพื่อทำความเข้าใจมวลและการกระจายตัวของพวกมันทั่วทั้งกาแล็กซี ซึ่งจะนำไปสู่ความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับวิธีการและสถานที่เกิดของดาวเคราะห์พเนจร กล่าวโดยสรุป ข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์โรมันจะเติมเต็ม “ข้อมูลประชากร” ของดาวเคราะห์เหล่านี้

แม้ว่าดาวเคราะห์พเนจรทั้งหมดจะตรวจจับได้ยาก แต่ดาวเคราะห์มวลน้อยจะเป็นสิ่งที่ท้าทายอย่างยิ่งในการค้นหา ดาวเคราะห์เหล่านี้มีขนาดเล็กและมีมวลน้อยกว่าโลก พวกมันอาจก่อตัวในจานดาวเคราะห์ก่อนเกิด เช่นเดียวกับดาวเคราะห์ขนาดใหญ่กว่า แต่มีขนาดเล็กพอที่การดีดตัวเพียงเล็กน้อยก็สามารถเหวี่ยงพวกมันออกไปในอวกาศได้ ดาวเคราะห์ขนาดใหญ่และมีมวลมากกว่ามีโอกาสน้อยที่จะถูกเหวี่ยงออกไปในช่วงแรกของกระบวนการ การมีอยู่ของดาวเคราะห์พเนจรที่เป็น “พี่ใหญ่” บ่งบอกถึงกระบวนการที่ต้องใช้ในการเหวี่ยงพวกมันออกไปในอวกาศ เนื่องจากพวกมันมีมวลมากกว่า และตามทฤษฎีแล้วต้องใช้ “แรงผลัก” ที่มีพลังงานมากกว่าในการส่งพวกมันไปยังอวกาศระหว่างดวงดาว

การค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบของกล้องโทรทรรศน์โรมันจะใช้วิธีการโคจรผ่านหน้า (transit method) ควบคู่ไปกับไมโครเลนซิง วิธีการโคจรผ่านหน้าเป็นวิธีที่อธิบายถึงสิ่งที่เราเห็นเมื่อวัตถุหนึ่งในอวกาศเคลื่อนผ่านหน้าอีกวัตถุหนึ่ง สิ่งที่เราเห็นคือ ‘แสงสลัวลง’ ของแสงจากวัตถุเบื้องหลัง ระยะเวลาที่แสงสลัวลง รวมถึงความลึกของแสงที่ถูกบดบัง ให้เบาะแสเกี่ยวกับลักษณะของวัตถุเบื้องหน้า ไมโครเลนซิงเกี่ยวข้องกับการ “บดบัง” ของวัตถุหนึ่งโดยอีกวัตถุหนึ่งเช่นกัน แต่นักดาราศาสตร์จะตรวจจับการบิดเบนของแสงจากวัตถุเบื้องหลังเนื่องจากแรงโน้มถ่วง

กล้องโทรทรรศน์โรมันใกล้จะสร้างเสร็จสมบูรณ์แล้ว แต่จะยังไม่ถูกส่งขึ้นสู่อวกาศจนกว่าจะถึงอีกสองปีข้างหน้า ถึงกระนั้น นักดาราศาสตร์ก็คาดการณ์แล้วว่า การสังเกตการณ์ดาวเคราะห์พเนจร รวมถึงวัตถุที่ไม่เปล่งแสงอื่นๆ (เช่น หลุมดำยุคแรกเริ่ม) จะปฏิวัติความเข้าใจของเราเกี่ยวกับวัตถุที่อยู่ในกาแล็กซีของเรา

ข้อมูลอ้างอิง: Universe Today

• How Many Rogue Planets are in the Milky Way? The Roman Space Telescope Will Give Us an Answer