ดาวเคราะห์หินอาจก่อตัวได้ตั้งแต่เอกภพมีอายุ 1 ร้อยล้านปี
ดาวเคราะห์หินอาจจะเริ่มต้นกำเนิดขึ้นได้เร็วกว่าที่ใครๆ เคยคาดคิดไว้อย่างมาก แทบจะทันทีหลังจากที่ดาวฤกษ์ดวงแรกสุดส่งวัตถุดิบการก่อตัวดาวเคราะห์ให้กับเอกภพ
แบบจำลองเสมือนจริงคอมพิวเตอร์งานใหม่ได้บอกว่า วัตถุดิบก่อตัวดาวเคราะห์(planetesimals) ซึ่งเป็นวัตถุแข็งที่ให้กำเนิดดาวเคราะห์อย่างโลก อาจจะมีได้ตั้งแต่ราว 1 ร้อยล้านปีแรกหลังจากบิ๊กแบง ณ เวลานั้น เอกภพยังมีอายุไม่ถึง 1% ของอายุปัจจุบัน และดาวรุ่นแรกสุดก็เพิ่งเริ่มหลอมธาตุเคมีให้กับอวกาศ
การค้นพบนี้ได้ผลักพรมแดนการเริ่มต้นการก่อตัวดาวเคราะห์หินไปเร็วกว่าที่เคยคิดไว้หลายพันล้านปี เปิดความเป็นไปได้ที่จะมีสภาพแวดล้อมที่เอื้ออาศัยได้เกิดขึ้นเร็วกว่าที่นักวิทยาศาสตร์เคยสันนิษฐานไว้
บิ๊กแบงทำให้อวกาศเต็มไปด้วยไฮโดรเจนและฮีเลียมเกือบทั้งหมด โดยมีธาตุเบาอื่นๆ อยู่อีกน้อยนิด ส่วนคาร์บอน, ออกซิเจน, เหล็ก, ซิลิกอน และองค์ประกอบอื่นที่ต้องการเพื่อสร้างดาวเคราะห์หินจะต้องถูกสร้างขึ้นในเวลาต่อมาในแกนกลางดาวฤกษ์ คิดกันว่าดาวฤกษ์ดวงแรกๆ สุดในเอกภพที่เรียกว่าประชากรดาวกลุ่ม 3(Population III stars) มีมวลสูงสุดขั้ว
ประชากรดาวกลุ่ม 3(population III Stars) เแ็นดาวฤกษ์ในทางทฤษฎีที่มีแต่ไฮโดรเจนและฮีเลียมล้วนๆ
เมื่อดาวกลุ่ม 3 ถึงจุดจบของชีวิต พวกมันจะระเบิดและสาดธาตุที่เพิ่งหลอมใหม่ออกสู่อวกาศ เปลี่ยนเมฆก๊าซองค์ประกอบดั้งเดิมให้เป็นวัสดุสารที่มีความซับซ้อนทางเคมีสูงขึ้น ซึ่งจะก่อตัวดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ขึ้นมา
แต่มีการระเบิดที่สุดขั้วเป็นพิเศษชนิดหนึ่งที่อาจจะเร่งกระบวนการการเติมธาตุได้อย่างพรวดพราด ซุปเปอร์โนวาจากประชากรกลุ่ม 3 ชนิดที่จำเพาะมากที่เรียกว่า ซุปเปอร์โนวาแบบคู่ไร้เสถียรภาพ(pair-instability supernova) นั้นเกิดขึ้นเฉพาะกับดาวที่มีมวลสูงมาก โดยแทนที่จะเหลือซากดาวทิ้งไว้ แต่การระเบิดนี้ทรงพลังอย่างมากรบกวนดาวทั้งหมดและสามารถระเบิดกระจายธาตุที่เพิ่งสร้างใหม่จำนวนมหาศาลออกมา
แบบจำลองบ่งชี้ว่าซุปเปอร์โนวาคู่ไร้เสถียรภาพประชากรกลุ่ม 3 อาจจะสาดธาตุหนักมวลรวมมากกว่า 100 เท่ามวลดวงอาทิตย์ออกไปในการระเบิดครั้งเดียว ธาตุเหล่านี้จะผสมกับก๊าซใกล้เคียงและเพิ่มความเป็นโลหะ(metallicity ซึ่งบอกถึงปริมาณของธาตุอื่นๆ ที่หนักกว่าไฮโดรเจนและฮีเลียม) ได้จนถึงระดับสูงพอที่จะสร้างเม็ดของแข็งและสุดท้าย ก็สร้างวัสดุดิบสำหรับดาวเคราะห์ขึ้นมาได้
นักวิจัยที่นำโดยนักวิทยาศาสตร์ซึ่งรวมถึง Daniel Whalen จากมหาวิทยาลัยพอร์ทสมัธ ได้ทำแบบจำลองสิ่งที่น่าจะเกิดขึ้นต่อไป รายงานใหม่ของเราซึ่งมีนักศึกษาปริญญาเอกของผม Chris Jessop ทำโซ่แบบจำลองเสมือนจริงส่วนแรก ได้แสดงว่าสารตั้งต้นสำหรับดาวเคราะห์หินสามารถก่อตัวขึ้นได้รอบดาวฤกษ์มวลต่ำ ซึ่งมีอายุยืนกว่า ในเศษซากของการระเบิดเหตุการณ์แรกๆ ตั้งแต่ 100 ล้านปีหลังบิ๊กแบง เพื่อเปรียบเทียบ ขณะนี้ เอกภพมีอายุ 1.38 หมื่นล้านปี ดังนั้นนี่จึงเป็นช่วงเริ่มแรกๆ ในความเป็นมาของเอกภพเลยทีเดียว Whalen กล่าว
ซุปเปอร์โนวาแบบพิเศษจากดาวมวลสูงมาก อุณหภูมิแกนกลางที่ร้อนสุดขั้วให้พลังงานแก่โฟตอนจนโฟตอนสามารถเปลี่ยนเป็นคู่อนุภาคและปฏิอนุภาค(antiparticle) อิเลคตรอน-โพสิตรอน ซึ่งทำให้แรงดันในแกนกลางลดลง แกนกลางยุบตัวลง และเกิดปฏิกิริยาแบบกู่ไม่กลับ ดาวทั้งดวงระเบิดจนไม่เหลืออะไรทิ้งไว้
แบบจำลองตามรอยการเติมก๊าซเมื่อมันยุบตัวต่อภายใต้แรงโน้มถ่วงและให้กำเนิดดาวฤกษ์ที่มีขนาดค่อนข้างเล็กดวงหนึ่ง ซึ่งล้อมรอบด้วยดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์(protoplanetary disk) นี่เป็นโครงสร้างเดียวกันกับที่ดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นมารอบดวงอาทิตย์อายุน้อย แต่ระบบนี้ปรากฏขึ้นตั้งแต่ช่วงอรุณรุ่งของเอกภพ
ในแบบจำลอง ดาวที่อุบัติขึ้นมามีมวลเพียง 70% ของดวงอาทิตย์ รอบๆ มัน ฝุ่นและวัสดุสารของแข็งอื่นๆ สะสมตัวในดิสก์และเริ่มสร้างวัตถุดิบก่อตัวดาวเคราะห์ วัตถุเหล่านี้เป็นขั้นตอนตรงกลางที่สำคัญในการก่อตัวดาวเคราะห์ เริ่มจาก เม็ดฝุ่นชนกันและเกาะเข้าด้วยกัน ต่อมาก็สร้างวัตถุที่มีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ จากนั้นเมื่อวัตถุดิบก่อตัวดาวเคราะห์เกิดขึ้นแล้ว ก็ยังคงเดินหน้าชนกันและปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงก็สร้างตัวอ่อนดาวเคราะห์ และสุดท้ายก็ได้ดาวเคราะห์เต็มขนาด ขึ้นมา
แบบจำลองได้สร้างวัตถุดิบก่อตัวดาวเคราะห์ที่มีมวลระดับหลายเท่ามวลโลกขึ้นมาที่ระยะทาง 0.5 ถึง 1 เท่าหน่วยดาราศาสตร์(astronomical unit or AU ระยะทางเฉลี่ยจากโลกถึงดวงอาทิตย์) จากดาวฤกษ์จำลอง Whalen กล่าวว่า ในแบบจำลองเสมือนจริงเอกภพยุคต้นของเรา เราได้พบดิสก์ลักษณะนี้รอบดาวอายุน้อยดวงหนึ่งที่มีมวล 70% ของดวงอาทิตย์ ภายในดิสก์ มีวัสดุสารของแข็งสะสมมากพอที่จะสร้างวัตถุดิบก่อตัวดาวเคราะห์มวลหลายเท่ามวลโลกได้ในระยะทางใกล้เคียงกับระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์
วัตถุดิบก่อตัวดาวเคราะห์เป็นเพียงวัสดุสารเริ่มต้นที่จะสามารถสร้างดาวเคราะห์หินขึ้นมาได้ และอาจมีหลายสิ่งที่รบกวนกระบวนการเหล่านั้น แต่กระนั้น การสร้างวัตถุดิบมวลหลายเท่ามวลโลกตั้งแต่เริ่มต้นความเป็นมาของเอกภพ ก็แสดงว่าการขาดแคลนวัตถุดิบสำหรับดาวเคราะห์ ไม่ได้ทำให้การก่อตัวดาวเคราะห์หินเกิดขึ้นช้าอย่างที่เคยสงสัย และยังมีรายละเอียดที่น่าสนใจจากดิสก์จำลองก็คือ องค์ประกอบน้ำของพวกมัน
งานวิจัยใหม่บอกว่าวัตถุดิบสำหรับดาวเคราะห์หิน และน้ำ อาจมีในเอกภพตั้งแต่ช่วงหนึ่งร้อยล้านปีแรกหลังจากบิ๊กแบง อาจมี "พิภพสีฟ้า" ที่มีอายุเก่าแก่กว่าโลกหลายพันล้านปี
งานก่อนหน้านี้โดย Whalen และเพื่อนร่วมงานได้พบว่าอาจมีน้ำก่อตัวในดิสก์หนาทึบที่ถูกเติมด้วยธาตุจากซุปเปอร์โนวาโบราณตั้งแต่เพียง 1 ถึง 2 ร้อยล้านปีแรกหลังจากบิ๊กแบง เมฆเหล่านั้นบางส่วนก็มีความเข้มข้นน้ำในระดับที่ต่ำกว่าที่พบในระบบสุริยะเพียงไม่กี่เท่าเท่านั้น แต่แบบจำลองใหม่ได้ผลักลำดับเหตุการณ์นี้ไปถึงระดับการก่อตัวดาวเคราะห์ สิ่งที่น่าประหลาดใจที่สุดก็คือ ดิสก์ก็มีน้ำอยู่พอสมควร น้อยกว่าที่มีในระบบสุริยะของเราเมื่อก่อตัวขึ้นมาเพียงไม่กี่เท่าเท่านั้น
นี่หมายความว่าดาวเคราะห์ใดๆ ที่ก่อตัวขึ้นที่นั่นก็อาจได้รับน้ำในแบบเดียวกับโลก ซึ่งคิดกันว่าได้รับน้ำจำนวนมากจากวัสดุสารที่หลงเหลืออยู่ในระหว่างกระบวนการก่อตัวดาวเคราะห์ Whalen กล่าว วัตถุดิบก่อตัวดาวเคราะห์ที่นักวิจัยทำแบบจำลองก่อตัวขึ้นภายในเส้นน้ำแข็งหิมะ(water snowline) ของระบบ ซึ่งเป็นพื้นที่ที่มีอุณหภูมิสูงเกินกว่าที่จะมีน้ำในสภาพน้ำแข็งอยู่ได้ ด้วยเหตุนี้ วัตถุดิบพิเศษเหล่านั้นจึงน่าจะค่อนข้างแห้ง แต่ก็ไม่จำเป็นที่จะจำกัดความเป็นไปได้ของดาวเคราะห์เปียกชื้น
นักวิจัยบอกว่าดาวเคราะห์ที่พัฒนาตัวอาจได้น้ำในเวลาต่อมา จากวัสดุสารที่มีกำเนิดอยู่ไกลจากดาวฤกษ์กว่า ซึ่งก็อาจจะเหมือนกับภาพการนำส่งน้ำสู่โลกในยุคต้น
สิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษก็คือดาวฤกษ์ในแบบจำลองเสมือนจริงงานนี้เป็นดาวฤกษ์มวลต่ำ ไม่ใช่พวกยักษ์อายุสั้นที่เป็นแหล่งสร้างธาตุ ดาวฤกษ์มวลต่ำอาจมีอายุที่ยาวนานอย่างสุดขั้ว นักวิจัยบอกว่าดาวที่มีมวลราว 40% ดวงอาทิตย์ที่ก่อตัวขึ้นในยุคเริ่มต้นของเอกภพ อาจจะยังคงฉายฉานจนถึงทุกวันนี้ นี่เพิ่มความน่าจะเป็นที่ซากการก่อตัวดาวเคราะห์ของยุคเริ่มแรกสุดของเอกภพอาจจะยังพบได้ในทางช้างเผือก(ในทางทฤษฎี) และอาจจะจำแนกได้ในการสำรวจหาดาวฤกษ์อายุเก่าแก่มากและขาดแคลนโลหะในอนาคต
การคำนวณยังบอกไปถึงว่าสภาพแวดล้อมอย่างนี้อาจจะช่วยให้มีดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์ที่อุดมด้วยน้ำปรากฏขึ้นตั้งแต่ราว 50 ถึง 100 ล้านปีหลังจากบิ๊กแบง ความเป็นไปได้เหล่านั้นได้เปลี่ยนแปลงไทม์ไลน์เอกภพที่เอื้อต่อวิวัฒนาการดาวเคราะห์ โลกก่อตัวขึ้นราว 4.5 พันล้านปีก่อน หรือ 9 พันล้านปีเศษหลังจากบิ๊กแบง พิภพหินที่ก่อตัวในช่วงอรุณรุ่งของเอกภพจะมีอายุเก่ากว่าโลกของเราหลายพันล้านปี
ไม่ว่าดาวเคราะห์เหล่านี้จะก่อตัวขึ้นได้, คงอยู่หรือแม้แต่พัฒนาจนมีสภาวะเอื้ออาศัยได้จริงหรือไม่ ก็ยังเป็นคำถาม การศึกษานี้เป็นการอ้างอิงจากแบบจำลองเสมือนจริงแทนที่จะเป็นการสำรวจระบบดาวเคราะห์เก่าแก่ และเอกภพยุคต้น ก็แตกต่างอย่างมากและมีสภาพแวดล้อมที่มักจะพบกับความรุนแรง งานนี้จึงแสดงถึงสิ่งที่เป็นพื้นฐานมากกว่า เช่น องค์ประกอบทางกายภาพและกระบวนการที่จำเป็นต่อการเริ่มต้นก่อร่างดาวเคราะห์หิน ว่าอาจจะปรากฏขึ้นไม่นานหลังจากที่ดาวฤกษ์ดวงแรกสุดเริ่มผลิตธาตุหนักขึ้นมา
แหล่งข่าว scitechdaily.com : earth-like worlds could have formed billions of years earlier than scientists thought
iflscience.com : rocky planets may have started forming just 100 million years after Big Bang
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2026 Blockdit
