สัมพัทธภาพเป็นเหตุให้ดาวเคราะห์ "ทาทูอีน" หาได้ยาก
นักดาราศาสตร์ได้พบดาวเคราะห์หลายพันดวงรอบดาวฤกษ์เดี่ยวอื่นๆ แต่มีเพียงไม่กี่ดวงที่พบรอบดาวฤกษ์คู่ แม้ว่าดาวฤกษ์ไม่ว่าเดี่ยวหรือคู่จะพบได้ค่อนข้างเป็นปกติ ขณะนี้ นักฟิสิกส์สามารถอธิบายความแตกต่างได้
ในบรรดาดาวมากกว่า 4500 ดวงที่ทราบว่ามีดาวเคราะห์ในวงโคจร มีข้อมูลทางสถิติที่น่าแปลกใจอยู่ แม้ว่าคาดว่าดาวเกือบทุกดวงจะมีดาวเคราะห์อยู่ และดาวฤกษ์เกือบทั้งหมดก็ก่อตัวเป็นคู่ แต่ดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์คู่กลับพบได้ยาก จากกว่า 6 พันดวงที่ยืนยันแล้ว ซึ่งเกือบทั้งหมดถูกพบโดยกล้องเคปเลอร์และ TESS(TESS) มีเพียง 14 ดวงเท่านั้นที่พบรอบดาวฤกษ์คู่ ซึ่งควรจะมีหลายร้อยดวง แล้วดาวเคราะห์ที่มีดวงอาทิตย์คู่ที่คล้ายทาทูอีน(Tatooine) ในสตาร์วอร์ส ไปอยู่ไหนหมด
นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยคาลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ และมหาวิทยาลัยอเมริกันในเบรุต ได้เสนอเหตุผลสำหรับการขาดแคลนดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์คู่
(circumbinary planets) และตัวการก็มาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์
-สไตน์
ในระบบดาวคู่เกือบทุกแห่ง ดาวมีมวลใกล้เคียงกันแต่ก็ไม่ได้เท่ากันพอดี และจะโคจรรอบกันและกันในวงโคจรรูปรีหรือรูปไข่ ถ้ามีดาวเคราะห์โคจรรอบดาวคู่ แรงโน้มถ่วงจากดาวก็ทำให้วงโคจรดาวเคราะห์ควงส่าย(precess) ซึ่งหมายความว่าแกนของการโคจรจะหมุนไปคล้ายกับที่แกนการหมุนรอบตัวของลูกข่างหมุนหรือส่ายในแรงโน้มถ่วงโลก
นักดาราศาสตร์สงสัยถึงการเกือบหายไปของดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์คู่(Tatooine-like) ที่อยู่ใกล้กันมาก งานทฤษฎีงานใหม่แสดงถึงผลกระทบจากสัมพัทธภาพเพียงเล็กน้อยก็ค่อยๆ ขับเคลื่อนดาวเคราะห์ที่มีเข้าสู่วงโคจรที่สุดขั้วและไม่เสถียร และเมื่อเวลาผ่านไป หลายดวงก็หายไป เหลือทิ้งไว้ประชากรส่วนน้อย
วงโคจรของดาวฤกษ์คู่ก็ควงส่ายด้วยเช่นกัน แต่หลักๆ ก็เพราะสัมพัทธภาพทั่วไป เมื่อเวลาผ่านไป ปฏิสัมพันธ์ผลต่างแรงโน้มถ่วง(tidal) ระหว่างดาวคู่จะทำให้วงโคจรหดลง ซึ่งจะส่งผล 2 อย่างคือ อัตราการควงส่ายของดาวเพิ่มขึ้น แต่อัตราการควงส่ายของดาวเคราะห์จะช้าลง เมื่ออัตราการควงส่ายทั้งสองค่าสอดคล้องกัน หรือเกิดกำทอน(resonate) วงโคจรดาวเคราะห์จะเรียวรีอย่างรุนแรง ทำให้มันไกลจากดาวฤกษ์ออกไป แต่ก็เข้าใกล้ดาวฤกษ์คู่มากขึ้นในจุดที่เข้าใกล้มากที่สุด
อาจเกิด 2 สิ่งขึ้นมา คือดาวเคราะห์เข้าใกล้ดาวฤกษ์คู่อย่างมาก ซึ่งจะพบกับการรบกวนจากความต่างของแรงโน้มถ่วง หรือถูกกลืนกินโดยหนึ่งในดาวฤกษ์ หรือวงโคจรของมันจะถูกรบกวนโดยดาวคู่อย่างมากจนสุดท้ายถูกผลักออกจากระบบไป Mohammed Farhat นักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ ยูซี เบิร์กลีย์ และผู้เขียนรายงานคนแรก กล่าว ในทั้งสองกรณี ก็กำจัดดาวเคราะห์ได้
นี่ไม่ได้หมายความว่าระบบดาวคู่จะไม่มีดาวเคราะห์ แต่ชนิดเดียวที่จะอยู่รอดได้ก็คือ ต้องอยู่ห่างจากดาวฤกษ์เกินกว่าที่เราจะตรวจจับได้ด้วยเทคนิคการผ่านหน้า(transit) โดยใช้เคปเลอร์และเทสส์ แน่นอนว่ามีดาวเคราะห์อยู่ข้างนอกนั่น แต่ก็แค่ยากที่จะตรวจจับด้วยเครื่องมือปัจจุบัน Jihad Touma ผู้เขียนร่วม ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยอเมริกันแห่งเบรุต กล่าว พวกเขาเผยแพร่การค้นพบใน Astrophysical Journal Letters วันที่ 8 ธันวาคม 2025
ทั้งเคปเลอร์และเทสส์หาดาวเคราะห์นอกระบบโดยมองหาแสงดาวที่มืดลงเล็กน้อยเมื่อมีดาวเคราะห์ดวงหนึ่งเคลื่อนที่ผ่านหน้ามัน แต่เคปเลอร์ก็ยังได้พบระบบดาวคู่คราส(eclipsing binary stars) ราวสามพันแห่ง ซึ่งดาวฤกษ์ดวงหนึ่งในคู่เคลื่อนผ่านหน้าอีกดวง
เนื่องจากมีดาวฤกษ์เดี่ยวที่คล้ายดวงอาทิตย์ราว 10% ที่มีดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ นักดาราศาสตร์ก็คาดว่าจะพบดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ที่ราว 10% เช่นกัน รอบดาวคู่ หรือราว 300 ดวง แต่กลับพบว่าที่ดาวเคราะห์เพียง 47 ดวงเท่านั้น และมีเพียง 14 ดวงที่ยืนยันได้ว่าเป็นดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์คู่แบบผ่านหน้า
ไม่มีดวงใดเลยใน 14 ดวงที่พบรอบระบบคู่ประชิดที่โคจรรอบกันและกันในเวลาไม่ถึง 7 วัน Farhat กล่าวว่า โดยรวมแล้วดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์คู่หายไปเยอะทีเดียว และคุณก็มีที่ว่าง “ทะเลทราย” ของจริงรอบดาวคู่ที่มีคาบการโคจร 7 วันหรือน้อยกว่านั้น และระบบคู่คราสส่วนใหญ่เลยที่เป็นคู่แบบประชิด และก็เป็นระบบที่เราหวังว่าจะพบดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์คู่ผ่านหน้ามากที่สุดด้วย
Farhat ชี้ว่าระบบคู่มีเขตที่ไร้เสถียรภาพรอบๆ ซึ่งไม่อาจมีดาวเคราะห์ใดอยู่รอดได้ ภายในเขตนี้ ปฏิสัมพันธ์ไตรวัตถุ(three-body interactions) ระหว่างดาวฤกษ์ 2 ดวงกับดาวเคราะห์ ถ้าไม่ผลักดาวเคราะห์ออกจากระบบไป ก็ดึงมันเข้ามาใกล้พอที่จะควบรวมหรือถูกฉีกโดยดาวฤกษ์ ที่น่าประหลาดก็คือ มีดาวเคราะห์ผ่านหน้ารอบดาวฤกษ์คู่ 12 จาก 14 ดวงที่อยู่นอกขอบเขตไร้เสถียรภาพนี้เล็กน้อย ซึ่งดูเหมือนพวกมันจะอพยพจากตำแหน่งที่ไกลกว่า
ดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นจากล่างขึ้นบน โดยการจับวัตถุดิบก่อตัวดาวเคราะห์(planetesimals) ขนาดเล็กมาจับไว้ด้วยกัน แต่การก่อตัวดาวเคราะห์ที่ขอบของเขตไร้เสถียรภาพน่าจะเหมือนกับการพยายามแปะเกล็ดหิมะเข้าด้วยกันในพายุเฮอริเคน Farhat กล่าว เขาเคยร่วมมือกับ Touma ในการก่อตัวและวิวัฒนาการวงโคจรดาวเคราะห์ในระบบดาวแบบต่างๆ ซึ่งรวมถึงระบบสุริยะของเรา แต่ Touma ก็มีความสนใจกับวงโคจรหลุมดำคู่และดาวฤกษ์คู่ ด้วย
เขาตระหนักเมื่อสิบปีก่อนว่าสัมพัทธภาพทั่วไปก็น่าจะเปลี่ยนแปลงเส้นทางที่ดาวเคราะห์เคลื่อนที่ไปรอบๆ ดาวฤกษ์คู่ด้วย แต่เขาไม่ทราบว่าผลกระทบนี้รุนแรงมากพอที่ต้องคำนึงหรือไม่ หลังจากหมกมุ่นกับดาวเคราะห์นอกระบบมากขึ้น ก็พบว่าการผลักและดึงเล็กน้อยจากสัมพัทธภาพ ร่วมกับดาวฤกษ์ที่ค่อยๆ หมุนวนเข้าหากันใกล้ขึ้นเรื่อยๆ ด้วย น่าจะอธิบายปริศนาดาวเคราะห์ที่หายไปรอบระบบดาวคู่ประชิดได้
ด้วยการใช้แบบจำลองคณิตศาสตร์และคอมพิวเตอร์ Farhat และ Touma พบว่าสัมพัทธภาพทั่วไปมีผลอย่างใหญ่หลวงต่อชะตากรรมของดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์คู่ ซึ่งกวาดล้างดาวเคราะห์ใดๆ ที่อยู่ใกล้หายไปจนเกือบหมด จากการคำนวณ ผลจากสัมพัทธภาพทั่วไปน่าจะรบกวนดาวเคราะห์ 8 จาก 10 ดวงที่พบรอบระบบคู่ประชิด และในจำนวนนี้ มี 75% ที่น่าจะถูกทำลายไปในกระบวนการนี้
อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ได้เสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในปี 1915 โดยบอกว่าแรงโน้มถ่วงเกิดขึ้นเมื่อมวลขนาดหนึ่งบิดผืนกาลอวกาศ คล้ายกับที่คนยืนบนแทรมโพลีนทำให้ผิวแทรมโพลีนย้วยและวัตถุอื่นๆ บนแทรมโพลีนก็ตกเข้ามา
วงโคจรของดาวพุธเองก็บังเอิญอยู่ใกล้ที่สุดกับแรงบิดโน้มถ่วงจากดวงอาทิตย์ และด้วยเหตุนี้จึงพบการควงส่ายของวงโคจรที่สูงกว่าที่ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอแซค นิวตัน ได้ทำนายไว้ คำอธิบายสัมพัทธภาพทั่วไปให้กับการควงส่ายส่วนเกินของดาวพุธเมื่อร้อยกว่าปีก่อน เป็นการยืนยันทฤษฎีของไอน์สไตน์ได้เป็นครั้งแรก และผลคล้ายๆ กันก็เกิดขึ้นเมื่อวัตถุใดๆ 2 ดวงเข้าใกล้กัน อย่างเช่นในระบบดาวคู่ที่โคจรใกล้กันมาก
ระบบดาวคู่น่าจะเริ่มต้นชีวิตโดยอยู่ห่างๆ กัน แต่เมื่อพวกมันมีปฏิสัมพันธ์กับก๊าซรอบๆ ในระหว่างก่อตัวระบบ ก็ทำนายได้ว่ามีหลายคู่ที่จะขยับเข้าใกล้กันและกันมากขึ้นด้วยเวลาหลายสิบล้านปี เมื่อขยับก็จะสร้างความต่างแรงโน้มถ่วง(tides) ขึ้นกับอีกดวงอย่างช้าๆ
เมื่อเวลาผ่านไปหลายพันล้านปี ก็จะทำให้วงโคจรหดลงเร็วขึ้นอีก จนสุดท้าย พวกมันจะมีคาบแค่ราว 1 สัปดาห์หรือน้อยกว่านั้น การควงส่ายสัมพัทธภาพทั่วไปก็จะมีความสำคัญมากขึ้น ทำให้วงโคจรควงส่ายซึ่งหมายความว่าจุดที่เข้าใกล้มากที่สุด(periastron) ก็หมุนไปด้วย เมื่อดาวเข้าใกล้กันมากขึ้นเรื่อยๆ อัตราการควงส่ายก็เพิ่มขึ้นด้วย
ดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์คู่ก็จะพบกับการควงส่ายแกนรีด้วย ในกรณีนี้ ก็เพราะแรงดึงโน้มถ่วงจากดาวทั้งสองเป็นผลจากกระบวนการของนิวตัน อย่างไรก็ตาม เมื่อระบบคู่ขยับเข้าใกล้กันมากขึ้น การรบกวนดาวเคราะห์ก็จะค่อยๆ อ่อนลงและการควงส่ายจะช้าลง แต่เมื่อการควงส่ายในวงโคจรดาวฤกษ์คู่เพิ่มขึ้น และของดาวเคราะห์ลดลง จนถึงจุดหนึ่งที่พ้องกันและเข้าสู่สถานะกำทอน
การคำนวณแสดงว่าวงโคจรดาวเคราะห์จะเริ่มยืดยาวออก นำมันไปไกลจากระบบมากขึ้นในจุดที่ไกลที่สุด แต่ก็เข้าใกล้กว่าในจุดที่ใกล้ที่สุด เมื่อจุดที่ใกล้ที่สุดในวงโคจรอยู่ในเขตไร้เสถียรภาพ ดาวเคราะห์อาจถูกขับออกไปไกลสุดกู่ของระบบ หรือเข้าใกล้มากเกินไปและถูกกัดกลืน เนื่องจากการรบกวนนี้เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วใช้เวลาเพียงไม่กี่สิบล้านปีเท่านั้นในช่วงชีวิตหลายพันล้านปีของดาวฤกษ์ดวงหนึ่ง ดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์คู่ประชิดจึงพบได้ยากมาก
ลำดับเหตุการณ์อธิบายว่าเพราะเหตุใด ดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์คู่ สุดท้ายจึงเข้าสู่วงโคจรที่ไม่เสถียรและหายไปจากระบบ
ดาวเคราะห์ที่พบในกำทอนจะพบว่าวงโคจรของมันแปรสภาพไปสู่ความรีที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ควงส่ายเร็วขึ้นเรื่อยๆ ในขณะที่ก็พ้องอยู่กับวงโคจรของระบบดาวคู่ที่กำลังหดตัวลงด้วย Touma กล่าว และด้วยวิถีนี้ มันจะเข้าสู่เขตไร้เสถียรภาพรอบดาวคู่ เมื่อผลกระทบจากไตรวัตถุเกิดขึ้นและถูกเคลียร์หายจากเขตนี้ไป
ก็เป็นแค่หนทางตามธรรมชาติที่จะก่อตัวระบบคู่ประชิดเหล่านี้ซึ่งมีคาบต่ำกว่า 7 วัน คุณก็ดีดดาวเคราะห์ออกไปโดยอย่างเนียนๆ โดยไม่ต้องเกี่ยวข้องกับการรบกวนจากดาวใกล้เคียงหรือกลไกอื่นๆ อีกเลย Farhat กล่าว Touma บอกว่ากระบวนการเดียวกันนี้ก็น่าจะกวาดล้างดาวเคราะห์ทั้งหลายออกจากระบบดาวคู่ โดยเฉพาะที่ใช้เคปเลอร์หรือเทสส์ตรวจจับได้
นักวิจัยกำลังใช้แบบจำลองเพื่อตรวจสอบว่าผลจากสัมพัทธภาพทั่วไปส่งผลกระทบต่อกระจุกของดาวรอบหลุมดำมวลมหาศษล(supermassive black hole) คู่อย่างไร และที่น่าสนใจมากขึ้นไปอีกคือ สัมพัทธภาพทั่วไอจะสามารถอธิบายการขาดแคลนดาวเคราะห์รอบพัลซาร์คู่ได้บ้างหรือไม่ พัลซาร์เป็นดาวนิวตรอนที่หมุนรอบตัวเร็วและเปล่งสัญญาณวิทยุที่เป็นเวลาอย่างแม่นยำ
งานนี้บรรยายถึงผลกระทบหลักจากทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ว่า แม้แต่ในระบบพื้นๆ ในส่วนที่คิดกันว่ากฎแรงโน้มถ่วงของนิวตันก็สามารถอธิบายทุกอย่างได้ ที่น่าสนใจก็คือ เกือบหนึ่งร้อยปีหลังจากการคำนวณของไอน์สไตน์ แบบจำลองเสมือนจริงคอมพิวเตอร์ก็แสดงว่าผลจากสัมพัทธภาพอาจจะรักษาดาวพุธจากสภาพเปราะบางที่จะถูกดีดออกจากระบบสุริยะได้อย่างไร ที่นี่เราได้เห็นผลเปรียบเทียบที่เกิดขึ้นที่กำลังรบกวนระบบ Touma กล่าว สัมพัทธภาพทั่วไปกำลังทำให้ระบบเกิดเสถียรขึ้นด้วยบางวิธีการและกำลังรบกวนพวกมันในหนทางอื่น
แหล่งข่าว phys.org : why are Tatooine planets rare? General relativity explains why binary star systems rarely host planets
scitechdaily.com : where are the planets with two suns? Einstein may have the answer
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2026 Blockdit
