กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ศึกษาพื้นผิวดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะโดยตรงเป็นครั้งแรก

วันที่ 4 พฤษภาคมที่ผ่านมา กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (James Webb Space Telescope - JWST) ได้ทำการวิเคราะห์พื้นผิวของดาวเคราะห์ที่อยู่นอกระบบสุริยะของเราได้โดยตรงเป็นครั้งแรก

การค้นพบครั้งนี้ได้รับการยกย่องว่าเป็นการก้าวสู่อีกขั้นของการถอดรหัสคุณสมบัติทางธรณีวิทยา เพื่อเปิดเผยธรรมชาติที่แท้จริงของดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์ห่างไกล 

ดาวเคราะห์ซึ่งเป็นเป้าหมายของการสำรวจในครั้งนี้มีชื่อว่า LHS 3844 b เป็นดาวเคราะห์หินประเภทซูเปอร์เอิร์ธ (Super-Earth) ที่มีขนาดใหญ่กว่าโลกของเราประมาณ 30% และตั้งอยู่ห่างออกไปเกือบ 50 ปีแสง

ดาวดวงนี้ถูกค้นพบครั้งแรกในปี 2019 โดยมันโคจรรอบดาวฤกษ์แม่ซึ่งเป็นดาวแคระแดงด้วยเวลาเพียง 11 ชั่วโมงเท่านั้น
 
นอกจากนี้ ดาว LHS 3844 b ยังอยู่ในสภาวะที่ถูกล็อกด้วยแรงไทดีล (Tidally locked) หรือปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ที่ทำให้วัตถุหนึ่งในอวกาศ หันหน้าเดิมเข้าหาอีกวัตถุหนึ่งตลอดเวลา เนื่องจากแรงโน้มถ่วงระหว่างกัน ทำให้ ดาว LHS 3844 b หันหน้าเพียงด้านเดียวเข้าหาดาวฤกษ์อยู่เสมอ ส่งผลให้ซีกดาวฝั่งกลางวันมีอุณหภูมิพุ่งสูงถึงประมาณ 725 องศาเซลเซียส หรือ 1,340 องศาฟาเรนไฮต์

ต่างจากการศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบส่วนใหญ่ในอดีตที่มักพุ่งเป้าไปที่การสำรวจชั้นบรรยากาศ ในงานวิจัยชิ้นนี้ นักดาราศาสตร์ได้วิเคราะห์ความร้อนที่แผ่ออกมาจากพื้นผิวของดาวโดยตรง
 
โดยอาศัยจังหวะที่ดาวเคราะห์เคลื่อนตัวไปซ่อนอยู่ด้านหลังดาวฤกษ์ (Secondary eclipses) จำนวน 3 ครั้งในช่วงปี 2023 และ 2024 ผ่านเครื่องมือ Mid-Infrared Instrument (MIRI) ของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์

ลอรา ไครด์เบิร์ก (Laura Kreidberg) จากสถาบันดาราศาสตร์มักซ์พลังค์ (Max Planck Institute for Astronomy) ในประเทศเยอรมนี ซึ่งเป็นหัวหน้าคณะผู้วิจัยของการสังเกตการณ์ด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ในครั้งนี้ กล่าวว่า "ด้วยความไวแสงอันน่าทึ่งของ JWST ทำให้เราสามารถตรวจจับแสงที่เดินทางมาจากพื้นผิวของดาวเคราะห์หินอันห่างไกลดวงนี้ได้โดยตรง สิ่งที่เรามองเห็นคือหินที่มืดมิด ร้อนระอุ แห้งแล้ง และปราศจากชั้นบรรยากาศ"

ข้อมูลจากการสำรวจชี้ให้เห็นว่าดาว LHS 3844 b เป็นโลกที่มืดและไร้อากาศ ซึ่งมีสภาพพื้นผิวคล้ายคลึงกับดาวพุธ เมื่อทีมวิจัยนำสัญญาณอินฟราเรดที่ได้ไปเปรียบเทียบกับข้อมูลของหินและแร่ธาตุที่พบบนโลก ดวงจันทร์ และดาวอังคาร พวกเขาได้ตัดความเป็นไปได้ที่ดาวดวงนี้จะมีเปลือกดาวแบบโลกซึ่งอุดมไปด้วยซิลิกาและแกรนิต (เนื่องจากหินเหล่านั้นต้องอาศัยน้ำและกระบวนการแปรสัณฐานแผ่นธรณีภาคในการก่อตัว)

 เซบาสเตียน ซีบา (Sebastian Zieba) ผู้นำการวิจัยจากศูนย์ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ฮาร์วาร์ดและสมิธโซเนียน ระบุว่า "ดาวเคราะห์ดวงนี้น่าจะมีน้ำเป็นส่วนประกอบอยู่น้อยมาก" แต่ข้อมูลกลับบ่งชี้ว่าพื้นผิวของดาวส่วนใหญ่ปกคลุมไปด้วยหินบะซอลต์ ซึ่งเป็นหินภูเขาไฟสีเข้มที่อุดมไปด้วยเหล็กและแมกนีเซียมแบบเดียวกับที่พบได้ทั่วไปบนดวงจันทร์และดาวพุธ 

ทีมวิจัยได้ตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับลักษณะทางธรณีวิทยาของดาวดวงนี้ไว้ 2 ทางหลัก ได้แก่ 

1. พื้นผิวที่เพิ่งเกิดจากภูเขาไฟ ดาวอาจมีกิจกรรมภูเขาไฟเมื่อไม่นานมานี้ ทำให้มีลาวาใหม่ที่ยังไม่ถูกทำลายจากการพุ่งชนของอุกกาบาตขนาดเล็ก

อย่างไรก็ตาม หากมีภูเขาไฟจริง เครื่องมือ MIRI ก็ควรจะตรวจจับก๊าซอย่างคาร์บอนไดออกไซด์หรือซัลเฟอร์ไดออกไซด์ได้ แต่ผลการสำรวจกลับไม่พบก๊าซเหล่านั้นเลย

2. การผุกร่อนจากสภาพอวกาศ (Space Weathering) ดาวเคราะห์ดวงนี้อาจหลับใหลทางธรณีวิทยามาอย่างยาวนาน และถูกปกคลุมไปด้วยวัสดุเม็ดละเอียดสีเข้มที่เกิดจากการถูกรังสีและอุกกาบาตพุ่งชนอย่างต่อเนื่องบนพื้นผิวที่ไม่มีชั้นบรรยากาศคอยปกป้อง

ผลการศึกษานี้เพิ่งได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature Astronomy เมื่อวันจันทร์ที่ 4 พฤษภาคมที่ผ่านมา โดยในอนาคต ทีมงานมีแผนที่จะสังเกตการณ์ด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ เพิ่มเติมเพื่อตรวจสอบให้แน่ชัดว่าพื้นผิวของดาว LHS 3844 b เป็นหินแข็ง หรือเป็นเศษหินและฝุ่นผงที่ผุกร่อนกันแน่ ซึ่งอาจเปิดประตูสู่การไขความลับเกี่ยวกับธรรมชาติของเปลือกดาวเคราะห์หินนอกระบบดวงอื่นๆ ได้อีกมากมายในอนาคต