พิสูจน์ดาวเคราะห์ยักษ์โคจรกลับด้าน

 

ดาวเคราะห์ประเภทพฤหัสร้อนโคจรสวนกับการหมุนรอบตัวเองของดาวฤกษ์ อาจเกิดจากแรงรบกวนจากดาวเคราะห์ดวงอื่นที่อยู่ห่างไกลออกไป (จาก Lynette Cook)

นักวิทยาศาสตร์เริ่มพบดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์ดวงอื่นเป็นครั้งแรกเมื่อปี 2538 จนถึงขณะนี้มีดาวเคราะห์ในระบบสุริยะอื่นที่พบแล้วกว่า 500 ดวง แต่เมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมานี้ นักดาราศาสตร์เริ่มพบว่าระบบสุริยะบางแห่งมีลักษณะบางอย่างที่แทบไม่น่าจะเป็นไม่ได้ นั่นคือ ทิศการหมุนของดาวฤกษ์กับทิศการโคจรของดาวเคราะห์บริวารประเภทพฤหัสร้อนสวนทางกัน

"นั่นเป็นเรื่องแปลกมาก ๆ โดยเฉพาะกับระบบที่ดาวเคราะห์โคจรรอบดาวฤกษ์ใกล้ขนาดนั้น" เฟเดอริก เอ. ราซิโอ จากมหาวิทยาลัยนอร์ทเวสเทิร์นในอีแวนสตัน อิลลินอยส์กล่าว "เป็นไปได้อย่างไรที่ดาวดวงหนึ่งหมุนไปทางนึง แล้วดาวเคราะห์กลับโคจรไปอีกทางหนึ่ง บ้าแท้ ๆ นั่นขัดกับหลักการกำเนิดดาวฤกษ์และดาวเคราะห์อย่างชัดเจน"

เพื่อค้นหาคำตอบนี้ ราซิโอ และคณะนักวิจัยได้สร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ คณะของราซิโอเป็นคณะแรกที่สร้างแบบจำลองเพื่อหาว่าดาวเคราะห์ประเภทพฤหัสร้อนกลับเส้นทางโคจรของตัวเองให้สวนทางกับทิศการหมุนของดาวฤกษ์ได้อย่างไร

"เราเคยคิดว่า ระบบสุริยะอื่น ก็คงมีลักษณะไม่ต่างไปจากระบบสุริยะของเรานัก นั่นคือมีดาวฤกษ์อยู่ตรงกลางหมุนรอบตัวเอง มีดาวเคราะห์โคจรรอบรอบในทิศทางเดียวกัน แต่ยิ่งศึกษามากขึ้นเท่าใด ก็ยิ่งพบว่าระบบสุริยะของเราช่างแปลกประหลาดต่างจากที่อื่นเสียจริง ๆ" ราซิโออธิบาย

ศาสตร์ที่นักวิทยาศาสตร์คณะนี้นำมาใช้แก้ปัญหานี้ไม่มีอะไรมากไปกว่ากลศาสตร์การโคจร ซึ่งเป็นศาสตร์ที่ใช้ในการส่งดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจรที่มีใช้กันมาอย่างยาวนานและได้รับการพิสูจน์แล้วว่าถูกต้อง เพียงแต่ไม่เคยมีใครนำศาสตร์นี้มาอธิบายปัญหาดาวเคราะห์พฤหัสร้อนโคจรกลับด้านมาก่อน

การจำลองของนักวิทยาศาสตร์คณะนี้ให้ผลที่น่าทึ่ง เพราะแบบจำลองแสดงว่าการรบกวนทางแรงโน้มถ่วงจากดาวเคราะห์ที่มีวงโคจรกว้างกว่ามากทำให้ดาวเคราะห์ยักษ์ขยับเข้าใกล้ดาวฤกษ์และเปลี่ยนแปลงทิศการโคจรได้จริง
"เมื่อมีดาวเคราะห์ในระบบมากขึ้น ดาวเคราะห์จะส่งแรงดึงดูดรบกวนกันเอง มันน่าสนใจตรงที่ ไม่ว่าดาวเคราะห์จะมีวงโคจรเริ่มต้นอย่างไร ก็อาจเปลี่ยนแปลงไปได้เสมอ"

ในแบบจำลองที่นักวิทยาศาสตร์คณะนี้ใช้ศึกษา ได้กำหนดให้มีดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ดวงหนึ่ง มีดาวเคราะห์สองดวง ดาวเคราะห์ดวงในเป็นดาวเคราะห์แก๊สยักษ์แบบดาวพฤหัสบดี มีวงโคจรเริ่มต้นอยู่ห่างจากดาวฤกษ์มาก ซึ่งเป็นระยะที่นักดาราศาสตร์เชื่อว่าน่าจะเป็นบริเวณที่ดาวเคราะห์ประเภทนี้กำเนิดขึ้น ดาวเคราะห์อีกดวงหนึ่งเล็กกว่าแต่ก็ถือว่าค่อนข้างใหญ่ โคจรอยู่ในระยะไกลกว่าดวงแรก

เมื่อเวลาผ่านไป แรงโน้มถ่วงอันน้อยนิดจากดาวเคราะห์ดวงนอกที่มีต่อดาวเคราะห์ดวงในเริ่มส่งผลต่อวงโคจร การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดจากการที่ดาวเคราะห์ทั้งสองแลกเปลี่ยนโมเมนตัมเชิงมุม มีผลให้วงโคจรของดาวเคราะห์วงในรีขึ้นทีละน้อยจนถึงกับเป็นรูปเรียวแหลม วงโคจรที่รีมากหมายความว่าดาวเคราะห์มีโอกาสเข้าใกล้ดาวฤกษ์มาก แรงน้ำขึ้นลงที่รุนแรงทำให้พลังงานของดาวเคราะห์สูญเสียไปจนวงโคจรหดเล็กลงเรื่อย ๆ จนในที่สุดก็กลายเป็นดาวเคราะห์ประเภทพฤหัสร้อนไป ในระหว่างกระบวนการนี้นี่เองที่ทิศทางโคจรอาจกลับด้านไปได้

จากการสำรวจจริง พบว่ามีดาวเคราะห์ประเภทพฤหัสร้อนเพียงประมาณหนึ่งในสี่ที่โคจรสวนทางกับการหมุนของดาวฤกษ์ ซึ่งแบบจำลองก็ได้แสดงว่ามีโอกาสที่ทิศการโคจรของดาวเคราะห์จะกลับหรือไม่กลับก็ได้

ที่มา : Flipping hot Jupiters: Research on extrasolar planets helps us better understand our solar system - astronomy.com

รายงานโดย : วิมุติ วสะหลาย