กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ เผยข้อมูลดาวเคราะห์นอกระบบกำลังระเหยสูญเสียบรรยากาศ

วงการดาราศาสตร์ทั่วโลกต่างจับตามองการค้นพบครั้งสำคัญ เมื่อกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (James Webb Space Telescope - JWST) สุดยอดนวัตกรรมสำรวจอวกาศ ได้เปิดเผยภาพปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ที่หาชมได้ยากและมีความละเอียดสูงสุดเท่าที่เคยมีมา นั่นคือภาพของดาวเคราะห์นอกระบบที่กำลังปลดปล่อยชั้นบรรยากาศของตนเองออกสู่อวกาศ

การค้นพบครั้งนี้ไม่เพียงแต่ยืนยันทฤษฎีที่มีอยู่เดิม แต่ยังเผยให้เห็นรายละเอียดของก๊าซฮีเลียมที่กำลังระเหยออกจากดาวเคราะห์ยักษ์ที่ชื่อว่า WASP-107b ซึ่งถือเป็นหลักฐานเชิงประจักษ์ที่สมบูรณ์ที่สุดของการสูญเสียชั้นบรรยากาศในโลกต่างดาว

ดาวเคราะห์ WASP-107b คืออะไร ?

ดาวเคราะห์ WASP-107b ดวงนี้ ถูกจัดให้อยู่ในกลุ่มดาวเคราะห์ประเภทที่นักดาราศาสตร์ขนานนามว่าซูเปอร์พัฟฟ์ (Super-puff) โดยเป็นดาวที่มีรัศมีขนาดใหญ่เกือบเทียบเท่าดาวพฤหัสบดี แต่กลับมีมวลเพียงส่วนน้อยนิด ส่งผลให้มีความหนาแน่นต่ำมากคล้ายกับขนมสายไหม

อย่างไรก็ตาม ด้วยตำแหน่งที่ตั้งซึ่งโคจรอยู่ใกล้กับดาวฤกษ์ดวงแม่เป็นอย่างมาก โดยเทียบได้กับระยะห่างน้อยกว่าระยะระหว่างดาวพุธกับดวงอาทิตย์ถึง 7 เท่า ประกอบกับโครงสร้างที่เบาบาง ทำให้ดาวเคราะห์ WASP-107b ตกอยู่ในสภาวะสุ่มเสี่ยงอย่างยิ่งต่อการสูญเสียชั้นบรรยากาศจากการถูกแผดเผา

กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ค้นพบการระเหยของชั้นบรรยากาศ

สิ่งที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ตรวจจับได้และสร้างความตื่นเต้นให้กับทีมนักวิจัย คือ การก่อตัวของกลุ่มก๊าซที่หลุดรอดออกมาจนกลายเป็นเมฆก๊าซฮีเลียมขนาดมหึมา (Massive helium cloud) เมฆก๊าซนี้มีความยาวมหาศาล ทอดยาวออกไปในอวกาศเป็นระยะทางถึง 10 เท่าของรัศมีดาวเคราะห์ และที่น่าทึ่งคือกลุ่มก๊าซนี้ล่องลอยนำหน้าตัวดาวเคราะห์ไปตามวงโคจร เสมือนเป็นสัญญาณเตือนล่วงหน้าถึงการมาถึงของดาวเคราะห์ดวงนี้

แม้ว่าในอดีตจะเคยมีการสังเกตพบการหลุดรอดของฮีเลียมในดาวเคราะห์ดวงอื่นมาบ้าง แต่กรณีของ WASP-107b ถือเป็นครั้งแรกที่มนุษยชาติได้เฝ้าดูดาวเคราะห์ปลดปล่อยชั้นบรรยากาศด้วยรายละเอียดระดับสูงและต่อเนื่องเช่นนี้ ความสำเร็จนี้ต้องยกความดีความชอบให้กับเครื่องมือ Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) กล้องเจมส์ เวบบ์ ที่มีความแม่นยำสูง โดยสามารถตรวจจับชั้นบรรยากาศชั้นนอกของฮีเลียมที่ระเหยออกมาได้ล่วงหน้าถึง 1.5 ชั่วโมง ก่อนที่ตัวดาวเคราะห์ WASP-107b จะเริ่มเคลื่อนผ่านหน้าดาวฤกษ์ ปรากฏการณ์ดังกล่าวเรียกว่า การดูดกลืนฮีเลียมก่อนการเคลื่อนผ่าน (Pre-transit helium absorption) ซึ่งเมฆฮีเลียมที่ฟุ้งกระจายออกมาได้สร้างปรากฏการณ์การเคลื่อนผ่านขนาดเล็ก (Mini-transit) ทำให้ความสว่างของดาวฤกษ์ลดลงเล็กน้อยก่อนที่ดาวเคราะห์จริงจะปรากฏตัว

ข้อมูลที่ได้บอกเล่าประวัติของดาวเคราะห์ WASP-107b

นอกจากข้อมูลเรื่องการสูญเสียมวลชั้นบรรยากาศการค้นพบนี้ยังเปรียบเสมือนการขุดค้นประวัติศาสตร์การกำเนิดของดาวเคราะห์ WASP-107b นอกเหนือจากฮีเลียม เครื่องมือของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ยังตรวจพบไอน้ำในชั้นบรรยากาศระดับสูง แต่กลับไม่พบก๊าซมีเทน ซึ่งเป็นรูปแบบทางเคมีที่บ่งชี้ว่าบรรยากาศของดาวมีการผสมผสานและปั่นป่วนอย่างรุนแรง นำพาก๊าซที่ร้อนกว่าจากเบื้องล่างขึ้นสู่เบื้องบน

หลักฐานทางเคมีเหล่านี้ เมื่อนำมาวิเคราะห์ร่วมกับอัตราการหลุดรอดของชั้นบรรยากาศที่รุนแรง สนับสนุนสมมติฐานที่ว่าดาวเคราะห์ WASP-107b น่าจะถือกำเนิดขึ้นในตำแหน่งที่ห่างไกลจากดาวฤกษ์มากกว่าปัจจุบัน ก่อนที่จะเกิดการอพยพย้ายถิ่นฐาน (Planetary Migration) เข้ามาใกล้ดาวฤกษ์ในภายหลัง จนกระทั่งความร้อนมหาศาลเริ่มดึงทึ้งชั้นบรรยากาศออกไป

แคโรไลน์ เพียวเลต์-โกราเยบ (Caroline Piaulet-Ghorayeb) ผู้ร่วมวิจัยซึ่งเป็นผู้สร้างแบบจำลองสเปกตรัม อธิบายเสริมว่า "ปริมาณออกซิเจนที่เราพบในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ WASP-107b มีมากกว่าที่คาดการณ์ไว้ หากสมมติว่ามันก่อตัวขึ้นในวงโคจรปัจจุบันตั้งแต่แรก ข้อมูลนี้ชี้ชัดว่ามันต้องย้ายมาจากที่อื่น" เธอยังตั้งข้อสังเกตเพิ่มเติมว่า แรงโน้มถ่วงจากดาวเคราะห์เพื่อนบ้านอย่าง WASP-107c ซึ่งโคจรอยู่ไกลออกไป อาจเป็นตัวการสำคัญที่ผลักดันให้เกิดการอพยพครั้งใหญ่นี้

หากจะเปรียบเทียบให้เห็นภาพชัดเจน การค้นพบนี้คล้ายกับการที่เราสังเกตเห็นน้ำแข็งที่กำลังระเหยในแก้วกาแฟร้อน โดยที่ไอน้ำเปรียบเสมือนชั้นบรรยากาศ ไม่ได้หายวับไปในทันที แต่ค่อย ๆ ลอยฟุ้งเป็นกลุ่มควันขนาดใหญ่เหนือแก้วที่เปรียบเหมือนดาวเคราะห์ ซึ่งช่วยให้นักวิทยาศาสตร์คำนวณได้ว่ากระบวนการระเหยนั้นรวดเร็วขนาดไหน การเฝ้าดูดาวเคราะห์ที่กำลังเสียชั้นบรรยากาศออกไปเรื่อย ๆ ทำให้เกิดองค์ความรู้ใหม่ที่สำคัญเกี่ยวกับวิวัฒนาการของดาวเคราะห์ในอนาคต