ประเมินมวลดาวเคราะห์เกิดใหม่จากโครงสร้างวงแหวนในดิสก์
ทีมนักดาราศาสตร์ที่นำโดยมหาวิทยาลัยวอร์วิค ในความร่วมมือกับนักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลจีแห่งมาสซาชูเสตต์(MIT) และมหาวิทยาลัยแมกมาสเตอร์ ได้พัฒนาวิธีการล้ำหน้าในการใช้คุณสมบัติของวงแหวนฝุ่นรอบดาวฤกษ์อายุน้อย เพื่อประเมินมวลของดาวเคราะห์ที่เพิ่งเกิดใหม่
งานวิจัยที่เผยแพร่ใน Astrophysical Journal ได้ให้หนทางใหม่แก่นักดาราศาสตร์ในการค้นหาและแจกแจงคุณลักษณะดาวเคราะห์ที่ฝังตัวอยู่ลึกในสภาพแวดล้อมที่ให้กำเนิดมัน เกินกว่าจะมองเห็นได้โดยตรง ดิสก์ก๊าซและฝุ่นที่ล้อมรอบดาวฤกษ์อายุน้อยเป็นสภาพแวดล้อมที่ให้กำเนิดดาวเคราะห์ กล้องโทรทรรศน์รุ่นใหม่ที่ทรงพลังอย่าง ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ได้เผยให้เห็นดิสก์กำเนิดดาวเคราะห์(protoplanetary disks) ลักษณะนี้หลายแห่งที่มีโครงสร้างวงแหวนและช่องว่าง
เป็นที่สงสัยมานานแล้วว่าโครงสร้างคล้ายวงแหวนจะเป็นเงื่อนงำสู่ดาวเคราะห์ที่อาจจะกำลังโคจรอยู่ภายในดิสก์ แต่กระทั่งบัดนี้ก็ยังไม่มีวิธีการอันชาญฉลาดใดๆ ที่จะแปลผลจากวงแหวนได้ วงแหวนที่สว่างเหล่านี้ไม่เพียงแต่เป็นโครงสร้างที่สวยงาม พวกมันยังเป็นร่องรอยของดาวเคราะห์ด้วย Amena Faruqi ผู้เขียนนำ นักศึกษาปริญญาเอกกลุ่มดาราศาสตร์และดาราศาสตร์ฟิสิกส์ ที่วอร์วิค กล่าว
โครงการ DSHARP(Disk Substructures at High Angular Resolution Project) โครงการขนาดใหญ่ของ ALMA งานนี้ได้ให้ภาพดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์(protoplanetary disk) ที่อยู่ใกล้ๆ 20 แห่งด้วยความละเอียดสูงและช่วยให้นักดาราศาสตร์มีแง่มุมใหม่ๆ สู่รายละเอียดหลากหลายที่ดิสก์มีและความเร็วที่ดาวเคราะห์จะอุบัติขึ้นได้
เราเข้าใจมานานแล้วว่าวงแหวนอาจจะถูกสร้างจากฝุ่นที่เกาะกลุ่มกันที่สะสมมากขึ้นเลยจากวงโคจรของดาวเคราะห์อายุน้อยที่ยังฝังตัวอยู่ แต่โดยรวมแล้วเรายังไม่สามารถเชื่อมโยงรายละเอียดในวงแหวนเหล่านี้เข้ากับมวลดาวเคราะห์ได้
ทีมวิจัยใช้แบบจำลองเสมือนจริงคอมพิวเตอร์อุทกพลศาสตร์(hydrodynamical simulation) สองมิติ เพื่อตรวจสอบว่าดาวเคราะห์ที่มีมวลแตกต่างกันส่งผลต่อวงแหวนฝุ่นที่อยู่รอบๆ พวกมันอย่างไร แบบจำลองติดตามก๊าซและฝุ่น 5 ชนิดตลอด 1500 รอบวงโคจร ช่วยให้ทีมได้เฝ้าดูว่าวงแหวนเปลี่ยนแปลงเมื่อมวลดาวเคราะห์เปลี่ยนอย่างไร พวกเขาพบว่า ความกว้างของวงแหวน, ตำแหน่งจุดที่สว่างที่สุดของมัน และปริมาณฝุ่นที่มี ทั้งหมดเผยข้อมูลจากดาวเคราะห์ตัวการ
ที่สำคัญก็คือ ทีมจำแนกความสัมพันธ์เชิงคณิตศาสตร์ง่ายๆ ระหว่างตำแหน่งของจุดที่สว่างที่สุดในวงแหวน กับมวลของดาวเคราะห์ เป็นไปอย่างเข้มงวดไม่เกี่ยวกับช่วงความยาวคลื่นที่สำรวจ หรือขนาดของเม็ดฝุ่นที่ถูกถ่ายภาพไว้ในช่วงเสี้ยวมิลลิเมตรจนถึงมิลลิเมตร นี่บอกว่านักดาราศาสตร์สามารถปรับใช้วิธีการนี้กับการสำรวจที่มีอยู่แล้วโดยไม่จำเป็นต้องมีความรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับสภาวะของดิสก์เลย
แบบจำลองเสมือนจริงแสดงว่าดาวเคราะห์ที่มวลเพิ่มขึ้นสามเท่า เปลี่ยนแปลงตำแหน่งของวงแหวนฝุ่นได้อย่างไร ตำแหน่งของวงแหวนสามารถใช้เพื่อหามวลของดาวเคราะห์ที่สร้างมันได้
Ralph Pudritz ผู้เขียนร่วมอาวุโส ศาสตราจารย์กิตติคุณแผนกฟิสิกส์และดาราศาสตร์ มหาวิทยาลัยแมกมาสเตอร์ กล่าวว่า ผลที่น่าสนใจอีกอย่างจากแบบจำลองนี้ก็คือ ในดิสก์ทั่วไป ดาวเคราะห์มวลสูงที่กำลังก่อตัวอยู่อาจดักมวลฝุ่นได้มากถึง 20 เท่ามวลโลกภายในวงแหวนเหล่านี้ นี่ยืนยันการสำรวจจาก ALMA(แต่ก็สร้างคำถามว่าเพราะเหตุใด จึงไม่พบดาวเคราะห์ใหม่ๆ ในวงแหวนฝุ่นและกรวดที่ดักไว้)
ผลสรุปบอกว่าฝุ่นนั้นมีอยู่มากพอและหนาแน่นพอที่จะเริ่มต้นการก่อตัวดาวเคราะห์ นี่เป็นแง่มุมที่สำคัญที่จะช่วยเริ่มการสำรวจและทฤษฎีในอนาคต
เพื่อทดสอบ นักวิจัยปรับใช้วิธีนี้กับ PDS 70 หนึ่งในระบบดาวเคราะห์ไม่กี่แห่งที่ถ่ายภาพดาวเคราะห์ภายในดิสก์ได้โดยตรงด้วยการใช้ตำแหน่งรายละเอียดในวงแหวนที่เกี่ยวข้องกับ PDS 70c พวกเขาได้ค่ามวลที่สอดคล้องอย่างมากกับการประเมินจากวิธีอื่น
พวกเขายังปรับใช้เทคนิคนี้กับดิสก์อีก 5 แห่งจากการสำรวจ exoALMA ล่าสุด ทำนายมวลดาวเคราะห์ที่อาจมีอยู่ภายในดิสก์เหล่านั้น ดร Jessica Speedie ผู้เขียนร่วมจากเอ็มไอที กล่าวเสริมว่า หนึ่งในความแข็งแกร่งของงานนี้ก็คือมันไม่ได้อยู่ในขอบเขตแค่ทฤษฎี เราสามารถนำผลจากแบบจำลองเหล่านี้และปรับใช้มันโดยตรงกับระบบที่สำรวจจริง
ด้วยการใช้ระบบ PDS 70 เป็นห้องทดลองที่สำรวจได้ ช่วยให้ทดสอบความพยายามนี้ได้ ช่วยให้เรามั่นใจว่าวิธีการเหล่านี้มีความพร้อมจริงในการปรับใช้ได้ทันทีที่ทำได้ การค้นพบนี้ได้เปิดความเป็นไปได้ใหม่ๆ ในการสำรวจดิสก์ซึ่งจะช่วยยืนยันการมีอยู่ของดาวเคราะห์ต้องสงสัยที่ซ่อนอยู่ในดิสก์ เผยให้เห็นดาวเคราะห์ใหม่เอี่ยม และอาจจะเปิดช่องสู่กระบวนการที่อาจจะมีบทบาทต่อการก่อตัวของระบบสุริยะของเราเอง
ภาพพหุความยาวคลื่น(multiwavelength) จากเวบบ์และ ALMA แสดงดาวเคราะห์ที่กำลังก่อตัวในระบบ PDS 70 และปฏิสัมพันธ์ของพวกมันกับดิสก์รอบๆ
ดร Farzana Meru ผู้เขียนร่วมอาวุโส จากแผนกฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยวอร์วิค กล่าวสรุปว่า งานนี้ทำให้เกิดเครื่องมือใหม่ที่ใช้เพื่อทำงานในการเชื่อมโยงสิ่งที่เราได้เห็นในวงแหวนดิสก์เข้าโดยตรงกับมวลดาวเคราะห์ที่สร้างวงแหวนขึ้นมา สิ่งที่ทำให้น่าตื่นเต้นมากที่สุดก็คือช่วงเวลา ด้วย ALMA ส่งภาพดิสก์ที่มีรายละเอียดเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ และอุปกรณ์ในอนาคต นี่เป็นเวลาที่ดีที่สุดแล้วที่พัฒนาวิธีการเหล่านี้ขึ้นมา
เมื่อรวมการวินิจฉัยจากฝุ่น กับการสำรวจแรงดันก๊าซ จะเปิดหน้าต่างบานใหม่ที่ทรงพลังสู่ดาวเคราะห์ที่กำลังซ่อนอยู่ที่ตกแต่งดิสก์เหล่านี้และระบบดาวเคราะห์ที่แตกต่างที่กำลังจะก่อตัวขึ้นมา
แหล่งข่าว phys.org : astronomers discover how to estimate masses of newborn planets using dust rings
thebrighterside.news : astronomers can now measure newborn planet mass from dusty stellar rings
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2026 Blockdit
