ค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะดวงแรก นอกกาแล็กซีทางช้างเผือก

สถาบันวิจัยดาราศาสตร์ฯ รายงานการค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะดวงแรก นอกกาแล็กซีทางช้างเผือก

วันที่ 26 ตุลาคม 2564 สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ รายงานผ่านเพจเฟซบุ๊ก NARIT สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ เรื่อง การค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะดวงแรก ที่อยู่นอกกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา ! ความว่า

กล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทรา (Chandra X-ray Observatory) พบหลักฐานที่อาจบ่งชี้ถึงการค้นพบดาวเคราะห์ในระบบดาว M51-ULS-1 ในกาแล็กซี M51 นับเป็นการค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะดวงแรก ที่โคจรรอบวัตถุอื่น และอยู่นอกกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา

ปัจจุบัน (ณ​ วันที่ 26 ตุลาคม พ.ศ. 2564) มนุษย์ค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะแล้วทั้งสิ้นกว่า 4,538 ดวง แต่ดาวเคราะห์ทั้งหมดนั้นล้วนแต่เป็นดาวเคราะห์ที่อยู่ในกาแล็กซีทางช้างเผือกที่เราอาศัยอยู่ และอยู่ห่างออกไปไม่เกิน 3,000 ปีแสง

สาเหตุหนึ่งที่ทำให้การค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะเป็นเรื่องยาก เนื่องจากดาวเคราะห์ไม่มีแสงสว่างในตัวเอง บวกกับโคจรอยู่ใกล้ดาวฤกษ์มากเมื่อเทียบกับระยะห่างถึงระบบสุริยะ กล้องโทรทรรศน์ที่เรามีอยู่จึงไม่สามารถสังเกตดาวเคราะห์แยกออกมาจากดาวฤกษ์ที่สว่างได้

วิธีการค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะส่วนมาก จึงใช้วิธีทรานสิท (transit method) ที่อาศัยการรอจังหวะประจวบเหมาะที่ดาวเคราะห์โคจรผ่านหน้าดาวฤกษ์ และบดบังแสงบางส่วนจากดาวฤกษ์ไปพอดี การสังเกตแสงที่หรี่ลงไปนี้ จึงเป็นวิธีหนึ่งที่สามารถยืนยันการมีอยู่ของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะได้

Rosanne Di Stefano จากศูนย์ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ฮาร์วาร์ด & สมิธโซเนียน (CfA) ในรัฐแมสซาชูเซตส์ สหรัฐอเมริกา ได้ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทรา สังเกตการณ์รังสีเอกซ์จากวัตถุคู่ที่เปล่งรังสีเอกซ์ (X-ray bright binary) ซึ่งเกิดจากดาวนิวตรอนหรือหลุมดำที่ดึงดูดมวลจากดาวฤกษ์ข้างเคียงเข้าไป เมื่อสสารตกลงภายใต้แรงโน้มถ่วงและเกิดความร้อนสูง จึงปล่อยแสงออกมาในช่วงรังสีเอกซ์

ในกรณีดาวเคราะห์ผ่านหน้าดาวฤกษ์นั้น แสงอาจจะลดลงเพียงเศษเสี้ยวเดียวของแสงทั้งหมด เนื่องจากแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์มีขนาดเล็กมาก (ดาวนิวตรอนมีขนาดเพียง 14 กม. ในขณะที่หลุมดำอาจเล็กยิ่งกว่านั้นอีก) ทุกๆ ครั้งที่มีดาวเคราะห์โคจรผ่านหน้า จึงสามารถบดบังรังสีเอกซ์ที่ปลดปล่อยออกมาได้เกือบทั้งหมด ความแตกต่างอันสุดขั้วจากแสงที่สังเกตได้นี้จึงช่วยให้เราสามารถสังเกตดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่อยู่ห่างออกไปในระยะไกลมากได้

ทีมวิจัยใช้วิธีนี้สังเกตระบบดาวคู่ M51-ULS-1 ที่อยู่ในกาแล็กซี M51 ระบบดาวคู่ดังกล่าวมีหลุมดำหรือดาวนิวตรอนโคจรอยู่รอบ ๆ ดาวฤกษ์ข้างเคียงที่มีมวล 20 เท่าของดวงอาทิตย์ของเรา โดยพบว่าระหว่างที่เกิดการทรานสิทนั้น รังสีเอกซ์ที่ปล่อยออกมาถูกบดบังไปโดยสิ้นเชิงตลอดระยะเวลา 3 ชั่วโมง

ซึ่งหมายความว่าดาวเคราะห์ที่โคจรอยู่ในระบบ M51-ULS-1 นี้น่าจะมีขนาดใกล้เคียงกับดาวเสาร์ และโคจรรอบดาวนิวตรอนหรือหลุมดำที่ระยะห่างประมาณสองเท่าของระยะห่างระหว่างดาวเสาร์กับดวงอาทิตย์ของเรา

การค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะโดยทั่วไปแล้ว จะต้องยืนยันซ้ำด้วยการสังเกตการณ์ดาวเคราะห์เมื่อมันวนกลับมาบดบังดาวฤกษ์อีกครั้ง แต่เนื่องด้วยระยะห่างของวงโคจรทำให้ดาวเคราะห์ดวงนี้มีคาบโคจรที่ยาวถึง 70 ปี จึงเป็นเรื่องยากที่จะยืนยันการค้นพบนี้่ด้วยการสังเกตการณ์ซ้ำอีกครั้ง

นอกจากนี้ ยังมีอีกความเป็นไปได้หนึ่งคือ การบดบังแสงนี้อาจจะเกิดขึ้นจากวัตถุอื่น เช่น เมฆ หรือ ฝุ่น ที่มาบดบัง แต่ทีมนักวิจัยก็พบว่าเป็นไปได้ยากมาก เนื่องจากลักษณะที่ปรากฏไม่ได้สอดคล้องกับลักษณะการบดบังโดยเมฆหรือฝุ่น แต่สอดคล้องเป็นอย่างยิ่งกับวัตถุเช่นดาวเคราะห์

ด้วยเหตุนี้ จึงมีความเป็นไปได้สูงว่าวัตถุที่ค้นพบดังกล่าวอาจจะเป็นดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะดวงแรกที่อยู่นอกกาแล็กซีทางช้างเผือกตั้งแต่เคยมีการค้นพบมา ซึ่งหากนี่เป็นดาวเคราะห์จริง ดาวเคราะห์ดวงนี้จะต้องผ่านประสบการณ์อันแสนโชกโชนเป็นอย่างมาก นอกจากจะต้องรอดจากระเบิดซูเปอร์โนวาที่ให้กำเนิดดาวนิวตรอนหรือหลุมดำแล้ว

ในอนาคตอันใกล้ ดาวเคราะห์ดวงนี้อาจต้องเจอกับการระเบิดซ้ำอีกครั้งของดาวฤกษ์ข้างเคียงและรับรังสีจำนวนมหาศาลที่ปลดปล่อยออกมากระหน่ำซ้ำอีกก็เป็นได้

สำหรับการค้นพบครั้งนี้ เกิดจากการที่ Di Stefano และทีมวิจัยได้ติดตามหา X-ray transit ในกาแล็กซีถึงสามกาแล็กซี โดยใช้ทั้งกล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทรา และ XMM-Newton ของ ESA ติดตามระบบดาวคู่ในรังสีเอกซ์ในกาแล็กซี M51 กว่า 55 ระบบ ในกาแล็กซี M101 อีก 64 ระบบ และในกาแล็กซี M104 อีกกว่า 119 ระบบ

จากนี้ ทีมนักวิจัยจะลองสืบค้นจากฐานข้อมูลของกล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทรา และ XMM-Newton เพื่อค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบอื่น ๆ ที่อาจจะเคยบันทึกเอาไว้โดยบังเอิญก่อนหน้านี้ ซึ่งอาจนำไปสู่การค้นพบดาวเคราะห์นอกกาแล็กซีมากขึ้นในอนาคต นอกจากนี้ วิธีนี้ยังอาจนำไปสู่การค้นพบดาวเคราะห์ในระบบสุริยะที่อยู่ภายใต้สภาพแวดล้อมอันสุดขั้วเช่นการโคจรรอบ X-ray binary เช่นนี้ได้

เรียบเรียง : ดร. มติพล ตั้งมติธรรม – ผู้เชี่ยวชาญด้านดาราศาสตร์ สดร.