ระบบดาวเคราะห์ประหลาดที่อาจหักล้างทฤษฎีการก่อตัวของดาวเคราะห์

ดาวเคราะห์มีกระบวนการก่อตัวอย่างไร ถือเป็นหนึ่งในคำถามพื้นฐานที่สุดเกี่ยวกับเอกภพของเรา

เดิมทีนักวิทยาศาสตร์มีทฤษฎีที่สามารถอธิบายสิ่งที่เราเห็นในระบบสุริยะและส่วนอื่น ๆ ของจักรวาลได้

แต่ในปัจจุบันงานวิจัยที่ตีพิมพ์เมื่อไม่นานมานี้ในวารสารไซเอนซ์ (Science) ระบุว่ามีระบบดาวเคราะห์อันห่างไกลแห่งหนึ่งขัดแย้งกับทฤษฎีที่เคยมีมา

ทฤษฎีปัจจุบันระบุว่า ดาวเคราะห์ก่อกำเนิดจากจานก๊าซและฝุ่นที่ล้อมรอบดาวฤกษ์ดวงใหม่

"เราคิดว่าสิ่งที่เกิดขึ้นในตอนนั้นคือการที่ดาวเคราะห์ค่อย ๆ เติบโตจากการรวบรวมฝุ่นเหล่านี้เข้าด้วยกัน" ดร.โธมัส วิลสัน ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ มหาวิทยาลัยวอร์ริก สหราชอาณาจักร และหัวหน้าทีมวิจัยของการศึกษาครั้งนี้กล่าว

"พวกมันเริ่มรวมตัวกันเป็นเม็ดกรวด ก่อนจะชนกันจนเกิดเป็นวัตถุขนาดใหญ่ขึ้นที่เรียกว่า แพล็นติซิมอล (planetesimals) และท้ายที่สุดวัตถุเหล่านั้นก็ชนและรวมกันจนกลายเป็นดาวเคราะห์"

กระบวนการนี้นำไปสู่การเกิดดาวเคราะห์ที่ประกอบด้วยหินอย่างโลกของเรา รวมถึงแกนของดาวเคราะห์ก๊าซขนาดยักษ์ เช่น ดาวพฤหัสบดี

แต่องค์ประกอบภายนอกของดาวเคราะห์แต่ละดวงถูกกำหนดโดยปัจจัยต่าง ๆ เช่น อุณหภูมิ และความพร้อมของสสารบางชนิด ซึ่งแตกต่างกันตามระยะห่างจากดาวฤกษ์

"ในบริเวณชั้นนอกที่หนาวเย็นกว่ามาก ซึ่งอยู่เลยเส้นที่เรียกว่าวงแหวนน้ำแข็ง (ice line) จะมีก๊าซและน้ำแข็งปรากฏอยู่ได้ เพราะมีความหนาวเย็นมากพอให้พวกมันคงอยู่ได้" วิลสันกล่าว

และในบริเวณนี้เองซึ่งตามข้อมูลขององค์การอวกาศยุโรป (ESA) ระบุว่าบรรยากาศหนาทึบสามารถรวมตัวกันเป็นดาวเคราะห์ก๊าซได้โดยไม่ถูกการแผ่รังสีจากดาวฤกษ์กวาดหายไป ดาวเคราะห์ก๊าซอย่างดาวพฤหัสบดีมักก่อตัวในพื้นที่ลักษณะนี้

แต่เมื่ออยู่ใกล้ดาวฤกษ์มากขึ้น อุณหภูมิก็จะสูงมากขึ้น และมีปริมาณฝุ่นในชั้นบรรยากาศมากกว่าเมื่อเทียบกับก๊าซ ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของดาวเคราะห์หิน เช่น ดาวพุธ ดาวศุกร์ โลก และดาวอังคาร ในระบบสุริยะของเรา

จากปัจจัยด้านความแตกต่างของสภาพแวดล้อมข้างต้น ประกอบกับสมมติฐานที่ว่าดาวเคราะห์ทั้งหมดในระบบเดียวกันก่อตัวขึ้นในช่วงเวลาใกล้เคียงกัน นั่นหมายความว่าเราควรคาดการณ์ว่าลำดับของดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์เป็นแบบแผนเดียวกันนั่นคือดาวเคราะห์หินอยู่ใกล้ดาวฤกษ์ที่สุด และดาวเคราะห์ก๊าซอยู่ห่างออกไป

แต่ปรากฏว่าระบบดาวเคราะห์ที่อธิบายไว้ในงานวิจัยใหม่นั้นขัดแย้งกับภาพดังกล่าว

ลำดับผิดแผกไปจากปกติ

ดาวฤกษ์ที่ชื่อว่า LHS 1903 เป็นดาวแคระแดงชนิด M (M-dwarf) ที่มีขนาดเล็ก มันโคจรอยู่ห่างจากระบบสุริยะของเราราว 117 ปีแสง ดาวฤกษ์ดวงนี้มีอุณหภูมิต่ำกว่าและสว่างน้อยกว่าดวงอาทิตย์ และมีดาวเคราะห์ 4 ดวงโคจรอยู่รอบ ๆ

ในงานศึกษาครั้งใหม่ วิลสันและคณะนักวิจัยนานาชาติจากแทบทุกทวีปได้ตรวจสอบระบบของดาวดวงนี้ละเอียดขึ้น และพบว่าดาวเคราะห์ 3 ดวงด้านในมีลักษณะตรงตามแบบจำลองที่คาดไว้ คือ ดวงที่ใกล้ดาวฤกษ์ที่สุดเป็นดาวเคราะห์หิน ส่วนอีกสองดวงถัดมาเป็นดาวเคราะห์ก๊าซ

แต่เมื่อใช้ข้อมูลจากดาวเทียมเชออปส์ (Cheops) ขององค์การอวกาศยุโรป (ESA) พวกเขาพบว่าดาวเคราะห์ดวงที่ 4 ซึ่งอยู่ไกลที่สุดจากดาวฤกษ์ดวงแม่กลับเป็นดาวเคราะห์หิน

"เราคาดว่ามันน่าจะเป็นดาวเคราะห์ก๊าซ... แต่ทำไมมันถึงเป็นดาวหิน นั่นคือคำถามใหญ่" วิลสันกล่าว

เขาระบุว่า ทีมวิจัยได้สำรวจว่ามีทฤษฎีใดอธิบายลำดับของดาวเคราะห์เหล่านี้ได้บ้าง

ทฤษฎีที่ถูกนำมาพิจารณามีทั้งแนวคิดที่คาดการณ์ว่ารังสีจากดาวฤกษ์อาจผลักก๊าซออกไป หรือว่าดาวเคราะห์ชั้นนอกสุดอาจถูกวัตถุบางอย่างพุ่งชนจนชั้นบรรยากาศของมันหลุดหายไป

แต่ดาวฤกษ์ไม่สามารถผลักก๊าซออกจากดาวเคราะห์ดวงที่ 4 ได้ โดยไม่ผลักมันออกจากดวงที่ 2 และดวงที่ 3 ด้วย และแบบจำลองชี้ด้วยว่าแรงปะทะที่รุนแรงเพียงพอต่อการทำให้บรรยากาศหลุดออกไปนั้น จะต้องรุนแรงมากจนทำลายตัวดาวเคราะห์ไปด้วย

กระบวนการก่อตัวดาวเคราะห์จากด้านในสู่ด้านนอก

หลังจากตัดทฤษฎีเหล่านั้นทิ้งไป นักวิทยาศาสตร์จึงพิจารณาว่าองค์ประกอบที่ประหลาดนี้อาจเกิดจากการที่ดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นทีละดวงแทนที่จะเกิดขึ้นพร้อมกัน

"ถ้าดาวเคราะห์ชั้นนอกสุดก่อตัวขึ้นในสภาพแวดล้อมที่เราเรียกว่าสภาพแวดล้อมแบบพร่องหรือมีทรัพยากรลดลง ซึ่งมีวัตถุดิบหลงเหลือน้อยมาก ก็สามารถอธิบายคุณสมบัติของดาวดวงนี้ได้ไม่ยาก" วิลสันกล่าว

เขาเสนอว่า ก๊าซในระบบดาวอาจหมดลงไปแล้วในเวลาที่ดาวเคราะห์ชั้นนอกสุดก่อตัวขึ้น

"ดังนั้นข้อสรุปที่เราได้คือ อาจมีกลไกการก่อตัวแบบจากด้านในออกสู่ด้านนอก ซึ่งดาวเคราะห์ที่ใกล้ดาวฤกษ์ดวงแม่ที่สุดจะก่อตัวก่อน จากนั้นจึงเป็นดาวเคราะห์ดวงถัดไป และดวงถัดไป และสุดท้ายคือดาวเคราะห์ชั้นนอกสุด"

แนวคิดที่ว่าดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นตามลำดับจากดวงที่ใกล้ดาวฤกษ์ที่สุดไปจนถึงดวงที่ไกลที่สุด โดยมีทรัพยากรลดลงเรื่อย ๆ นั้น เรียกว่า "กระบวนการก่อตัวดาวเคราะห์จากด้านในสู่ด้านนอก" (Inside-Out Planet Formation) และถูกเสนอเป็นทฤษฎีมานานกว่าสิบปีแล้ว

แต่ตามข้อมูลขององค์การอวกาศยุโรป (ESA) นี่ถือเป็นหลักฐานที่น่าเชื่อถือที่สุดที่พบว่า กระบวนการดังกล่าวอาจเกิดขึ้นจริง

"ทุกขนาดและรูปร่าง"

วิลสันเห็นว่า เราอาจต้องทบทวนสมมติฐานที่ว่าดาวเคราะห์ทั้งหมดในระบบเดียวกันเริ่มเติบโตในช่วงเวลาใกล้เคียงกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากพบรูปแบบเช่นนี้ในส่วนอื่นของจักรวาลด้วย และการปรับทฤษฎีดังกล่าวอาจส่งผลต่อความเข้าใจของเราต่อระบบสุริยะของเราเองเช่นกัน

"ดาวพุธเกิดขึ้นก่อน จากนั้นเป็นดาวศุกร์ โลก และดาวอังคารหรือไม่ ? มันทำให้เกิดคำถามใหม่ว่าระบบสุริยะของเรามีลำดับเวลาเช่นใดด้วยเหมือนกัน"

เขายังกล่าวด้วยว่า เรื่องนี้ชี้ให้เห็นว่าเราไม่ควรสันนิษฐานว่าสิ่งที่เกิดขึ้นในระบบสุริยะของเราเป็นบรรทัดฐานเช่นเดียวกับระบบดาวอื่นเสมอไป

"มีดาวเคราะห์ประเภทที่เรียกว่า ซูเปอร์เอิร์ธ (super-Earths) และซับ–เนปจูน (sub-Neptunes) รวมถึงดาวเคราะห์ชนิดพิเศษอื่น ๆ ที่เราไม่มีในระบบสุริยะ"

"เราต้องมองว่าระบบดาวเคราะห์ต่างถิ่นเหล่านี้อาจมีรูปร่างและขนาดได้หลากหลายรูปแบบ"

"อาจมีบางสิ่งข้างนอกนั้นที่มีลักษณะเอื้อต่อการอยู่อาศัยยิ่งกว่าโลกที่เรายังไม่เคยนึกถึงเลย เพราะเรามัวแต่ใช้ระบบสุริยะเป็นศูนย์กลาง'