ดาวลาวาเปียก: มีชั้นบรรยากาศได้อย่างไร?

นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบหลักฐานที่แข็งแกร่งที่สุดของดาวเคราะห์หินที่มีชั้นบรรยากาศนอกระบบสุริยะ ซึ่งท้าทายความเชื่อเดิมที่ว่าดาวเคราะห์ขนาดเล็กที่โคจรรอบดาวฤกษ์ในระยะใกล้ไม่สามารถรักษาก๊าซที่หนาแน่นไว้ได้

TOI-561 b โคจรรอบดาวฤกษ์อายุ 1 หมื่นล้านปี ซึ่งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 280 ปีแสง และมีมหาสมุทรแมกมาอันกว้างใหญ่ ด้วยการใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ของ NASA ทีมวิจัยได้สำรวจดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะซูเปอร์เอิร์ทร้อนจัด และพบหลักฐานที่บ่งชี้ว่ามันถูกล้อมรอบด้วยชั้นบรรยากาศที่หนาแน่น การค้นพบใหม่นี้อธิบายถึงความหนาแน่นที่ต่ำผิดปกติของดาวเคราะห์ และช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจโลกหินที่อยู่ไกลเกินเอื้อมจากระบบสุริยะของเราได้ดีขึ้น

โลกที่แปลกประหลาดนี้ถูกค้นพบครั้งแรกในปี 2020 และเป็นดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้ที่สุดในบรรดาดาวเคราะห์อย่างน้อยสามดวงที่โคจรรอบดาวฤกษ์โบราณชนิด G แม้ว่าดาวฤกษ์จะมีขนาดเล็กกว่าและเย็นกว่าดวงอาทิตย์ของเราเล็กน้อย แต่ TOI-561 b โคจรรอบดาวฤกษ์ในระยะใกล้มาก (น้อยกว่าหนึ่งล้านไมล์) จนมีแนวโน้มว่าจะถูกล็อกด้วยแรงไทดัล เนื่องจากมันโคจรรอบดาวฤกษ์ครบใน 11 ชั่วโมง ด้านหนึ่งของดาวเคราะห์จึงหันหน้าเข้าหาดาวฤกษ์อย่างถาวร

“สิ่งที่ทำให้ดาวเคราะห์ดวงนี้แตกต่างอย่างแท้จริงคือความหนาแน่นที่ต่ำผิดปกติ” Johanna Teske นักวิทยาศาสตร์ประจำห้องปฏิบัติการ Carnegie Science Earth and Planets และผู้เขียนนำบทความที่ตีพิมพ์ใน The Astrophysical Journal Letters กล่าวในแถลงการณ์ “มันไม่ใช่ซุปเปอร์พัฟ แต่มีความหนาแน่นน้อยกว่าที่คุณคาดหวังหากมีองค์ประกอบคล้ายโลก”

ความใกล้ชิดกับดาวฤกษ์จะส่งผลให้อุณหภูมิสูงเกินไปจนไม่สามารถรักษาสภาพแวดล้อมให้มีชั้นบรรยากาศได้ รังสีจากดาวฤกษ์จะทำให้ก๊าซในชั้นบรรยากาศหลุดออกไปในอวกาศ อย่างไรก็ตาม ความหนาแน่นต่ำของดาวเคราะห์บ่งชี้ว่ามันไม่ใช่โลกหินอย่างแท้จริง

ทีมงานนักวิทยาศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลังการศึกษาใหม่นี้ตั้งเป้าที่จะทำความเข้าใจว่า TOI-561 b เป็นเพียงหินเปล่าหรือลาวา หรือมีอะไรอื่นอยู่หรือไม่ นักวิทยาศาสตร์ใช้ NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) ของ Webb เพื่อวัดอุณหภูมิด้านกลางวันของดาวเคราะห์ (ด้านของดาวเคราะห์ที่หันหน้าเข้าหาดาวฤกษ์) โดยพิจารณาจากความสว่างใกล้อินฟราเรด

หาก TOI-561 b ไม่มีชั้นบรรยากาศที่จะนำพาความร้อนจากด้านกลางวันไปยังด้านกลางคืน อุณหภูมิที่ด้านที่หันหน้าเข้าหาดาวฤกษ์ของดาวเคราะห์ควรจะเข้าใกล้ 4,900 องศาฟาเรนไฮต์ (2,700 องศาเซลเซียส) อย่างไรก็ตาม การสังเกตการณ์ของ Webb เล่าเรื่องราวที่แตกต่างออกไป โดยเผยให้เห็นว่าด้านกลางวันของดาวเคราะห์ดูเหมือนจะใกล้เคียงกับ 3,200 องศาฟาเรนไฮต์ (1,800 องศาเซลเซียส) นั่นยังคงร้อนมาก แต่ไม่เพียงพอที่จะชี้ให้เห็นถึงการขาดชั้นบรรยากาศ

ทีมงานได้สำรวจคำอธิบายอื่นๆ แต่ไม่มีคำอธิบายใดที่ดีพอ หากไม่มีชั้นบรรยากาศ ด้านกลางคืนของดาวเคราะห์อาจเป็นของแข็ง ซึ่งจะป้องกันการถ่ายเทความร้อนจากด้านกลางวัน มหาสมุทรแมกมาของดาวเคราะห์ก็อาจมีส่วนร่วมได้เช่นกัน หากมีชั้นของไอหินบางๆ บนพื้นผิว แต่ผลการระบายความร้อนจะน้อยมาก “เราต้องการชั้นบรรยากาศที่อุดมไปด้วยสารระเหยหนาๆ เพื่ออธิบายการสังเกตการณ์ทั้งหมด” Anjali Piette นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮม สหราชอาณาจักร และผู้เขียนร่วมของการศึกษา กล่าวในแถลงการณ์

แม้ว่าการมีอยู่ของชั้นบรรยากาศบน TOI-561 b อาจเป็นคำอธิบายที่เป็นไปได้เพียงอย่างเดียว แต่ก็ยังเป็นปริศนาว่าดาวเคราะห์ขนาดเล็กที่ได้รับรังสีจำนวนมากจากดาวฤกษ์สามารถยึดก๊าซที่หนาแน่นไว้ได้อย่างไร นักวิจัยเชื่อว่าคำตอบอาจอยู่ในมหาสมุทรแมกมาของดาวเคราะห์

“เราคิดว่ามีความสมดุลระหว่างมหาสมุทรแมกมาและชั้นบรรยากาศ” Tim Lichtenberg นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Groningen ในเนเธอร์แลนด์ และผู้เขียนร่วมของการศึกษา กล่าวในแถลงการณ์ “ในขณะเดียวกันกับที่ก๊าซกำลังออกมาจากดาวเคราะห์เพื่อป้อนชั้นบรรยากาศ มหาสมุทรแมกมากำลังดูดพวกมันกลับเข้าไปในภายใน”

“ดาวเคราะห์ดวงนี้ต้องอุดมไปด้วยสารระเหยมากกว่าโลกมาก เพื่ออธิบายการสังเกต” เขากล่าวเสริม “มันเหมือนกับดาวลาวาเปียกจริงๆ”

ดาวลาวาเปียก: ปริศนาแห่งชั้นบรรยากาศ

การค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบที่เรียกว่า TOI-561 b ซึ่งมีลักษณะคล้าย “ดาวลาวาเปียก” สร้างความประหลาดใจให้กับนักวิทยาศาสตร์เป็นอย่างมาก ดาวเคราะห์ดวงนี้โคจรรอบดาวฤกษ์ในระยะใกล้มากจนได้รับรังสีความร้อนสูง แต่กลับมีชั้นบรรยากาศที่หนาแน่น ซึ่งขัดแย้งกับความเข้าใจเดิมเกี่ยวกับดาวเคราะห์ประเภทนี้

ไขปริศนา: ดาวลาวาเปียกมีชั้นบรรยากาศได้อย่างไร?

คำถามสำคัญคือ ดาวลาวาเปียกอย่าง TOI-561 b สามารถรักษาสภาพแวดล้อมที่มีชั้นบรรยากาศได้อย่างไร? ทีมวิจัยเสนอว่าอาจมีความสมดุลระหว่างมหาสมุทรแมกมาภายในดาวเคราะห์กับชั้นบรรยากาศภายนอก ก๊าซที่ระเหยออกมาจากแมกมาอาจช่วยเติมเต็มชั้นบรรยากาศ ในขณะที่มหาสมุทรแมกมาเองก็ทำหน้าที่ดูดซับก๊าซบางส่วนกลับเข้าไปภายใน ทำให้เกิดสมดุลที่เอื้อต่อการคงอยู่ของชั้นบรรยากาศ

การค้นพบนี้เปิดมุมมองใหม่เกี่ยวกับการกำเนิดและวิวัฒนาการของดาวเคราะห์หินนอกระบบสุริยะ และชี้ให้เห็นว่าดาวเคราะห์ขนาดเล็กที่โคจรรอบดาวฤกษ์ในระยะใกล้ไม่จำเป็นต้องแห้งแล้งและไร้ชั้นบรรยากาศเสมอไป ดาวลาวาเปียกอาจเป็นตัวอย่างของดาวเคราะห์ที่สามารถคงอยู่ได้ในสภาวะแวดล้อมที่รุนแรง

ที่มา – This ‘Wet Lava Ball’ in Space Somehow Clings to an Atmosphere