การก่อตัวดาวเคราะห์ต้องแข่งกับเวลา
ดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นจากดิสก์ก๊าซและฝุ่นที่อยู่รอบดาวฤกษ์อายุน้อย แต่ก๊าซที่ต้องใช้เพื่อการเจริญเติบโตก็ไม่ได้มีอยู่ไปตลอด การสำรวจใหม่จากกล้องเวบบ์ของนาซาได้ให้มุมมองใหม่ว่าก๊าซนี้จะหนีออกไปได้อย่างไร และกระบวนการมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อระบบดาวเคราะห์อายุน้อยพัฒนาขึ้น
งานวิจัยที่นำโดย Naman Bajaj จากมหาวิทยาลัยอริโซนา และเพื่อนร่วมงานจากสถาบันเซติ Uma Gorti ได้ตรวจสอบดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์อายุน้อย 72 ดวงและดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์(planetary disk) ของพวกมัน นี่เป็นหนึ่งในการศึกษาการก่อตัวดาวเคราะห์กลุ่มใหญ่ที่สุดที่เคยใช้เวบบ์มา การค้นพบได้พบว่ามีลมชนิดต่างๆ มีความสำคัญมากขึ้นในแต่ละขั้นตอนของชีวิตช่วงต้นของระบบดาวเคราะห์ ผลสรุปที่ได้เผยแพร่ใน Astronomical Journal
สิ่งที่น่าตื่นเต้นจากการศึกษานี้ก็คือขณะนี้เราได้เห็นว่า ในบรรดาระบบอายุน้อยกลุ่มใหญ่นี้ มีกลไกอะไรที่แตกต่างกันที่สามารถกำจัดก๊าซจากดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์แปรเปลี่ยนตามเวลา การสลายดิสก์จึงกลายเป็นนาฬิกานับเวลาถอยหลังให้กับการก่อตัวดาวเคราะห์ กล่าวคือ เมื่อก๊าซหายไปแล้ว โอกาสที่จะสร้างดาวเคราะห์ที่อุดมด้วยก๊าซก็หมดไปเลย Gorti กล่าว
มีหลักฐานเพิ่มขึ้นมากว่า สนามแม่เหล็กในดิสก์วัสดุสารรอบดาวฤกษ์อายุน้อย มีผลต่อการก่อตัวดาวเคราะห์
ในระบบอายุน้อย ดาวกำลังเติบโตโดยกลืนวัสดุสารจากดิสก์สะสมมวลสาร(accretion disk) แต่มันก็ไม่ใช่ตัวการรบกวนเพียงแห่งเดียวในดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์ การสะสมมวลสารทำให้เกิดไอพ่นจากดาวที่ก็ผลักวัสดุสารออกไปเป็นลมดวงดาว(stellar wind) ที่รุนแรงซึ่งขับเคลื่อนโดยสนามแม่เหล็กในดิสก์
ก๊าซสามารถเคลื่อนที่ตามเส้นแรงสนามแม่เหล็กเหล่านี้ได้ ดึงมวลและโมเมนตัมเชิงมุมจากดิสก์นี่ที่เรียกว่า ลมแม่เหล็ก(magnetic winds) ลมเหล่านี้อาจแรงได้ถึง 15 ถึง 150 กิโลเมตรต่อวินาที
หลังจากผ่านไปไม่กี่ล้านปี ลมแม่เหล็กก็จะอ่อนแรงลง ในจุดนี้ การแผ่รังสีอุลตราไวโอเลตและรังสีเอกซ์ที่แรงกล้าจากดาวฤกษ์อายุน้อยจะเริ่มกระตุ้นก๊าซ ผลักก๊าซออกจากระบบ ดาวเคราะห์จึงมีกรอบเวลาเพียงไม่นานที่จะก่อตัวขึ้นมาได้
ทุกวันนี้ ระบบสุริยะของเรามีอายุราว 4.5 พันล้านปีแล้ว และเป็นอวกาศว่างเปล่าเสียเกือบทั้งหมด อย่างไรก็ตามในช่วงไม่กี่ล้านปีแรก ดวงอาทิตย์ถูกล้อมด้วยดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์หนาทึบที่มีก๊าซมากกว่าฝุ่นราวร้อยเท่า ก๊าซเกือบทั้งหมดนั้นก็หายไปในที่สุด การระบุว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อใดและอย่างไรเป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากก๊าซในดิสก์เหล่านี้เป็นองค์ประกอบหลักสำหรับดาวเคราะห์ยักษ์อย่างดาวพฤหัสฯ และดาวเสาร์ ถ้าก๊าซหายไปเร็วเกินไป ดาวเคราะห์เหล่านั้นก็ไม่มีเวลาเพียงพอที่จะสะสมชั้นบรรยากาศหนาทึบของพวกมันไว้ได้
ภาพลมที่หอบไฮโดรเจนโมเลกุลออกมาด้วยจากดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์แห่งหนึ่ง เส้นสีขาวระบุระนาบดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์ สึชมพู, เหลือง, ส้ม และม่วง ระบุก๊าซที่ถูกผลักออกมา
เพื่อศึกษากระบวนการนี้ Bajaj และทีมใช้ข้อมูลในคลังจากเครื่องมืออินฟราเรดกลาง(MIRI) ของเวบบ์ ระบบทั้ง 72 แห่งที่สำรวจแต่ละแห่งก็อยู่ในขั้นตอนการก่อตัวระบบดาวเคราะห์ที่แตกต่างกันไป เมื่อมารวมกัน การสำรวจเหล่านี้จึงเหมือนแต่ละช๊อตในภาพยนตร์ ช่วยให้นักวิจัยได้ปะติดปะต่อว่าดิสก์สลายไปได้อย่างไร
ในปี 2020 ศ Ilaria Pascucci ผู้เขียนคนที่สองในรายงานและอาจารย์ที่ปรึกษาของ Bajaj ได้นำทีมที่ทำการศึกษาคล้ายๆ กันเพื่อให้เข้าใจว่าไอพ่นและลมพัฒนาได้อย่างไร ในเวลานั้น ก่อนการมีเวบบ์ พวกเขาไม่สามารถสำรวจโมเลกุลก๊าซไฮโดรเจนที่บอกถึงลมแม่เหล็กได้โดยตรง แต่ได้ทำนายการมีอยู่ของลมแม่เหล็กและลมเหล่านี้เองที่น่าจะมีขนาดใหญ่พอที่จะป้องกันโฟตอนรังสีเอกซ์ในช่วงต้นๆ ไว้ แต่ด้วยการศึกษาใหม่ เมื่อสามารถตามรอยโมเลกุลไฮโดรเจนได้โดยตรง ทีมก็ยังได้ยืนยันการทำนายเหล่านั้น
ทีมมุ่งเป้าไปที่สัญญาณการหนีของก๊าซ 2 อย่าง คือ โมเลกุลไฮโดรเจนซึ่งเป็นโมเลกุลที่สามัญที่สุดในดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์ และนีออนไอออน ต้องขอบคุณความไวและสายตาที่คมกริบของเวบบ์ นักวิจัยจึงสามารถบอกความแตกต่างระหว่างลมโมเลกุลไฮโดรเจนที่กว้าง กับไอพ่นและลมที่เกิดจากนีออนได้
ในระบบที่อายุน้อยที่ยังคงส่งวัสดุสารเข้าสู่ดาวฤกษ์ การสำรวจเผยให้เห็นไอพ่นที่รุนแรงและลมที่กว้างที่ประกอบด้วยก๊าซทั้งโมเลกุลและอะตอม กระแสที่ไหลทะลักออกเหล่านี้สอดคล้องกับสิ่งที่คาดไว้จากลมแม่เหล็กที่วิ่งไปทั่วดิสก์ ก๊าซเดินทางตามเส้นแรงสนามแม่เหล็กได้ เคลื่อนที่หนีจากดิสก์และได้มวลและโมเมนตัมเชิงมุมจากดิสก์
เมื่อระบบเหล่านี้มีอายุมากขึ้นและเหลือวัสดุสารตกลงสู่ดาวฤกษ์น้อยลง ไอพ่นก็อ่อนแรง ลมและลมก็เป็นอะตอมเกือบทั้งหมด ณ จุดนี้ การแผ่รังสีพลังงานสูงจากดาวฤกษ์วิ่งมาถึงวัสดุสารที่เบาบางลงและทำให้ก๊าซร้อนขึ้นจนหนีออกไป กระบวนการนี้เรียกว่า การระเหยด้วยแสง(photoevaporation)
Gorti ใช้เวลาหลายสิบปีเพื่อศึกษาว่าดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์พัฒนาและสลายไปอย่างไร ซึ่งรวมถึงว่าการแผ่รังสีอุลตราไวโอเลตและรังสีเอกซ์จากดาวฤกษ์อายุน้อยสามารถผลักดันลมที่สร้างการระเหยด้วยแสงได้อย่างไร การสำรวจใหม่จากเวบบ์เชื่อมต่องานทางทฤษฎีกับสิ่งที่นักดาราศาสตร์ได้เห็นในตอนนี้จากระบบดาวเคราะห์หลายสิบแห่ง แสดงว่ากระบวนการระเหยด้วยแสงมีความสำคัญเพิ่มขึ้นอย่างไร เมื่อดิสก์มีอายุมากขึ้นและไอพ่นและลมที่ผลักดันด้วยสนามแม่เหล็กมีกำลังอ่อนลง
ผลที่ได้แสดงว่าไม่ได้มีกระบวนเดี่ยวที่ควบคุมการหายไปของดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์ แต่ระบบดาวเคราะห์ดูเหมือนจะขยับจากขั้นต้นด้วยไอพ่นและลมแรงที่ผลักดันด้วยสนามแม่เหล็ก สู่ขั้นปลายที่ลมอะตอมซึ่งรวมถึงลมที่ระเหย มีบทบาทเพิ่มขึ้น การเปลี่ยนแปลงส่งผลโดยตรงว่าดาวเคราะห์จะก่อตัวอย่างไร
การก่อตัวดาวเคราะห์จึงเป็นเหมือนการแข่งกับเวลา Bajaj กล่าว ดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ที่คล้ายดาวพฤหัสฯ จะต้องรวบรวมชั้นบรรยากาศขนาดใหญ่ของพวกมันในขณะที่ดิสก์ยังคงป้อนวัตถุดิบให้อย่างเพียงพอ ก่อนที่ลมและไอพ่นจะพัดวัตถุดิบดังกล่าวออกสู่อวกาศ การศึกษายังได้พบการเปล่งคลื่นจากโมเลกุลไฮโดรเจนและนีออนไอออนใน 66 จาก 72 ดิสก์ นักวิจัยได้เห็นลมไฮโดรเจนรูปกรวยในระบบ 46 แห่งและไอพ่นนีออนเคลื่อนที่เร็ว 40 แห่ง ทุกๆ ระบบที่มีไอพ่นนีออนก็ยังมีสัญญาณของลมที่ตามรอยได้จากโมเลกุลไฮโดรเจนหรือออกซิเจน
นีออนไอออนเปลี่ยนแปลงบทบาทไปตามเวลา ในระบบอายุน้อยกว่าซึ่งมีการสะสมมวลสาร นีออนมักจะพบได้ในไอพ่นเร็ว ในระบบที่พัฒนากว่า Bajaj กล่าวว่า นีออนเริ่มด้วยตามรอยไอพ่นเคลื่อนที่เร็ว ในขณะที่โมเลกุลไฮโดรเจนเป็นไปลมที่กว้างกว่า ต่อมา เราก็ได้เห็นนีออนในลมที่ระเหย ซึ่งพัดช้ากว่าและกว้างกว่า เมื่อไอพ่นและลมแม่เหล็กอ่อนลง และโฟตอนรังสีเอกซ์ก็กระตุ้นนีออน
ภาพโมเสคจากกล้องเวบบ์ที่ใช้ในการศึกษานี้ แต่ละช่องมีขนาดกว้าง/ยาว 750 AU
ลมที่เปลี่ยนไปมีความสำคัญเนื่องจากดาวเคราะห์จะสามารถเจริญจากวัสดุสารที่หลงเหลือในดิสก์ หลังจากไม่กี่ล้านปีผ่านไป ไอพ่นจะหายไปและลมโมเลกุลก็แผ่ว เหลือทิ้งไว้แต่ลมอะตอมที่พัดพาเนิบช้าซึ่งจะค่อยๆ กัดกร่อนสิ่งที่เหลืออยู่อย่างช้าๆ Bajaj กล่าว นี่หมายความว่าระบบดาวเคราะห์ทุกแห่งที่มีดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์รวมถึงระบบของเราด้วย ก็น่าจะมีสถานะสูญเสียมวลอย่างรุนแรงที่ผลักดันโดยลมแม่เหล็กในช่วงต้นของความเป็นมา ก่อนที่จะเปลี่ยนไปสู่การสลายดิสก์ด้วยลมที่เอื่อยกว่า
การค้นพบนี้มีพื้นฐานจากงานก่อนหน้านี้โดยทีมเดียวกันในปี 2024 ซึ่งใช้เวบบ์เพื่อจับภาพก๊าซที่ถูกดึงออกจากดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์อายุน้อย T Cha การศึกษาดังกล่าวได้แสดงว่าเวบบ์สามารถศึกษาการสลายตัวของดิสก์ได้โดยตรง งานวิจัยจึงขยับไปสู่ดาวฤกษ์อายุน้อยหลายสิบดวง ได้แสดงว่าไอพ่น, ลมโมเลกุลและลมอะตอมรวมกันแล้วมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อระบบดาวเคราะห์มีอายุมากขึ้น
เป้าหมายต่อมาก็คือหาให้ได้ว่าลมเหล่านั้นกำจัดก๊าซออกไปได้มากแค่ไหน และที่ใดในดิสก์ที่เป็นจุดเริ่มของวัสดุสารที่หนี การตรวจสอบเหล่านี้น่าจะช่วยนักวิทยาศาสตร์ให้เรียนรู้ไม่เพียงแต่หน้าต่างการก่อตัวดาวเคราะห์ปิดเร็วแค่ไหน และยังบอกว่าดาวเคราะห์ชนิดต่างๆ สามารถในที่ใดก่อนที่ก๊าซจะหายไป
แหล่งข่าว seti.org : JWST reveals a race against time for forming planets
iflscience.com : planets must form quickly or not at all – JWST observations reveal the limited window of formation in 72 baby systems
thebrighterside.news : JWST reveals how young solar systems may lose the gas needed to build planets
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2026 Blockdit
