ดาวลาวาเปียก: ทรงตัวในอวกาศได้อย่างไร?

นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบหลักฐานที่แข็งแกร่งที่สุดของดาวเคราะห์หินที่มีชั้นบรรยากาศนอกระบบสุริยะ ซึ่งท้าทายความเชื่อเดิมๆ ที่ว่าดาวเคราะห์ขนาดเล็กที่โคจรรอบดาวฤกษ์อย่างใกล้ชิดไม่สามารถรักษาก๊าซหนาแน่นไว้ได้

TOI-561 b โคจรรอบดาวฤกษ์ที่มีอายุ 10,000 ล้านปี ซึ่งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 280 ปีแสง และมีมหาสมุทรแมกมาขนาดใหญ่ ทีมวิจัยใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ของ NASA ตรวจสอบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะซุปเปอร์เอิร์ธที่ร้อนจัด และพบหลักฐานที่บ่งชี้ว่าดาวเคราะห์ดวงนี้ถูกล้อมรอบด้วยชั้นบรรยากาศหนาทึบ การค้นพบใหม่นี้อธิบายถึงความหนาแน่นที่ต่ำผิดปกติของดาวเคราะห์ และช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจโลกหินที่อยู่ไกลเกินเอื้อมของระบบสุริยะของเราได้ดีขึ้น

โลกที่แปลกประหลาดนี้ถูกค้นพบครั้งแรกในปี 2020 และเป็นดาวเคราะห์วงในสุดจากดาวเคราะห์อย่างน้อยสามดวงที่โคจรรอบดาวฤกษ์ชนิด G โบราณ แม้ว่าดาวฤกษ์ของมันจะมีขนาดเล็กกว่าและเย็นกว่าดวงอาทิตย์ของเราเล็กน้อย แต่ TOI-561 b โคจรรอบดาวฤกษ์แม่ของมันอย่างใกล้ชิดมาก (น้อยกว่าหนึ่งล้านไมล์) จนน่าจะถูกล็อกด้วยกระแสคลื่น เมื่อโคจรครบรอบใน 11 ชั่วโมง ด้านหนึ่งของดาวเคราะห์จึงหันเข้าหาดาวฤกษ์แม่ตลอดเวลา

โจฮันนา เทสเก นักวิทยาศาสตร์ประจำห้องปฏิบัติการ Earth and Planets ของ Carnegie Science และผู้เขียนนำของบทความที่ตีพิมพ์ใน The Astrophysical Journal Letters กล่าวในแถลงการณ์ว่า “สิ่งที่ทำให้ดาวเคราะห์ดวงนี้แตกต่างออกไปอย่างแท้จริงคือความหนาแน่นที่ต่ำผิดปกติของมัน” “มันไม่ใช่ซุปเปอร์พัฟ แต่มีความหนาแน่นน้อยกว่าที่คุณคาดหวังหากมันมีองค์ประกอบเหมือนโลก”

การอยู่ใกล้กับดาวฤกษ์แม่ของมันจะส่งผลให้อุณหภูมิสูงมาก ร้อนเกินกว่าจะรักษาสภาพชั้นบรรยากาศไว้ได้ รังสีจากดาวฤกษ์จะทำให้ก๊าซในชั้นบรรยากาศหนีออกไปในอวกาศ อย่างไรก็ตาม ความหนาแน่นที่ต่ำของดาวเคราะห์บ่งชี้ว่ามันไม่ใช่โลกหินอย่างแท้จริง

ทีมงานนักวิทยาศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลังการศึกษาใหม่นี้ตั้งเป้าที่จะทำความเข้าใจว่า TOI-561 b เป็นเพียงหินเปล่าๆ หรือลาวา หรือมีสิ่งอื่นใดเกิดขึ้น นักวิทยาศาสตร์ใช้ NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) ของ Webb เพื่อวัดอุณหภูมิด้านกลางวันของดาวเคราะห์ (ด้านของดาวเคราะห์ที่หันเข้าหาดาวฤกษ์) โดยพิจารณาจากความสว่างใกล้อินฟราเรด

หาก TOI-561 b ไม่มีชั้นบรรยากาศในการนำความร้อนจากด้านกลางวันไปยังด้านกลางคืน อุณหภูมิบนด้านที่หันเข้าหาดาวฤกษ์ของดาวเคราะห์ควรเข้าใกล้ 4,900 องศาฟาเรนไฮต์ (2,700 องศาเซลเซียส) อย่างไรก็ตาม การสังเกตการณ์ของ Webb บอกเล่าเรื่องราวที่แตกต่างออกไป โดยเผยให้เห็นว่าด้านกลางวันของดาวเคราะห์ดูเหมือนจะใกล้เคียงกับ 3,200 องศาฟาเรนไฮต์ (1,800 องศาเซลเซียส) นั่นยังคงร้อนมาก แต่ไม่เพียงพอที่จะอธิบายถึงการขาดชั้นบรรยากาศ

ทีมสำรวจคำอธิบายอื่นๆ แต่ไม่มีคำอธิบายใดที่เข้าท่าได้ดีเท่านี้ หากไม่มีชั้นบรรยากาศ ด้านกลางคืนของดาวเคราะห์อาจจะเป็นของแข็ง ซึ่งขัดขวางการถ่ายเทความร้อนจากด้านกลางวัน มหาสมุทรแมกมาของดาวเคราะห์อาจมีส่วนร่วมด้วยหากมีชั้นไอบางๆ บนพื้นผิว แต่ผลกระทบจากการเย็นตัวจะน้อยที่สุด อันจาลี ปีเอตต์ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮม สหราชอาณาจักร และผู้เขียนร่วมของการศึกษากล่าวในแถลงการณ์ว่า “เราต้องการชั้นบรรยากาศที่อุดมด้วยสารระเหยหนาแน่นจริงๆ เพื่ออธิบายการสังเกตการณ์ทั้งหมด”

แม้ว่าการมีอยู่ของชั้นบรรยากาศบน TOI-561 b อาจเป็นคำอธิบายที่เป็นไปได้เพียงอย่างเดียว แต่ก็ยังก่อให้เกิดปริศนาว่าดาวเคราะห์ขนาดเล็กที่สัมผัสกับรังสีจำนวนมากจากดาวฤกษ์แม่ของมันสามารถรักษาก๊าซหนาแน่นไว้ได้อย่างไร นักวิจัยเชื่อว่าคำตอบอาจอยู่ในมหาสมุทรแมกมาของดาวเคราะห์

ทิม ลิคเทนเบิร์ก นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโกรนิงเงินในเนเธอร์แลนด์และผู้เขียนร่วมของการศึกษากล่าวในแถลงการณ์ว่า “เราคิดว่ามีความสมดุลระหว่างมหาสมุทรแมกมากับชั้นบรรยากาศ” “ในเวลาเดียวกันกับที่ก๊าซต่างๆ กำลังออกมาจากดาวเคราะห์เพื่อป้อนชั้นบรรยากาศ มหาสมุทรแมกมาก็กำลังดูดพวกมันกลับเข้าไปในภายใน”

ดาวลาวาเปียก TOI-561 b: ทำความเข้าใจปรากฏการณ์

ทำไมนักวิทยาศาสตร์ถึงเรียกว่า ดาวลาวาเปียก?

เขาเสริมว่า “ดาวเคราะห์ดวงนี้จะต้องอุดมไปด้วยสารระเหยมากกว่าโลกมากเพื่ออธิบายการสังเกตการณ์” “มันเหมือนกับดาวลาวาเปียกจริงๆ”