ดิสก์ที่สร้างดาวเคราะห์มีวิวัฒนาการในลักษณะที่คล้ายคลึงกันอย่างน่าประหลาดใจ

ดิสก์ที่สร้างดาวเคราะห์มีวิวัฒนาการในลักษณะที่คล้ายคลึงกันอย่างน่าประหลาดใจ

ความประทับใจทางศิลปะนี้แสดงให้เห็นว่าจานที่สร้างดาวเคราะห์รอบดาวอายุน้อยมักมีหน้าตาเป็นอย่างไร ในขั้นต้นประกอบด้วยฝุ่นและก๊าซที่กำหนดค่าเป็นวงแหวนของวัสดุหนาแน่น เมื่อเวลาผ่านไป ส่วนประกอบที่เป็นของแข็งจะเติบโตเป็นก้อนกรวด ซึ่งในที่สุดสามารถพัฒนาเป็นดาวเคราะห์ได้ เนื่องจากการสังเกตการณ์ของ ALMA ที่ใช้ในการศึกษานี้มีความไวต่อเม็ดฝุ่นขนาดมิลลิเมตรเท่านั้น ดิสก์ที่วิวัฒนาการด้วยวัตถุขนาดใหญ่หรือแม้แต่ดาวเคราะห์ก็ผลิตสัญญาณที่ค่อนข้างจางจากวัสดุที่เหลือ ผลลัพธ์ใหม่ระบุว่าหากไม่มีการฉายรังสีจากภายนอก ดิสก์ดังกล่าวจะมีวิวัฒนาการในทำนองเดียวกัน หลังจากผ่านไปประมาณหนึ่งล้านปี พวกมันส่วนใหญ่มีมวลไม่เพียงพอที่จะสร้างดาวเคราะห์ขนาดใหญ่อย่างดาวพฤหัสบดี อย่างไรก็ตาม ดาวเคราะห์ดังกล่าวอาจก่อตัวขึ้นที่นั่นแล้ว เครดิต: แผนกกราฟิก MPIA

นักดาราศาสตร์กลุ่มหนึ่ง นำโดยเซียร์ก ฟาน เทอร์วิสกา จากสถาบันดาราศาสตร์มักซ์พลังค์ ได้วิเคราะห์การกระจายมวลของดิสก์ที่ก่อตัวเป็นดาวเคราะห์มากกว่า 870 ดวงในเมฆกลุ่มดาวนายพราน ด้วยการใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติทางสถิติของตัวอย่างดิสก์ขนาดใหญ่อย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน และพัฒนารูปแบบการประมวลผลข้อมูลที่เป็นนวัตกรรมใหม่ พวกเขาพบว่าห่างไกลจากสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น ดาวฤกษ์ที่ร้อนแรง การลดลงของมวลดิสก์ขึ้นอยู่กับอายุเท่านั้น ผลการวิจัยระบุว่า อย่างน้อยภายใน 1,000 ปีแสงของโลก ดิสก์ที่ก่อตัวดาวเคราะห์และระบบดาวเคราะห์มีวิวัฒนาการในลักษณะที่คล้ายคลึงกัน

คำถามที่น่าสนใจที่สุดในการวิจัยทางดาราศาสตร์ในปัจจุบันคือ “ระบบดาวเคราะห์ดวงอื่นมีลักษณะอย่างไร” และ “ระบบสุริยะเทียบเคียงกับระบบดาวเคราะห์ดวงอื่นได้อย่างไร” ทีมนักดาราศาสตร์ได้สนับสนุนเบาะแสสำคัญในการไขปริศนานี้

Sierk van Terwisga ซึ่งเป็นนักวิทยาศาสตร์จาก Max Planck Institute for Astronomy ในเมืองไฮเดลเบิร์ก ประเทศเยอรมนี กล่าวว่า “จนถึงตอนนี้ เราไม่ทราบแน่ชัดว่าคุณสมบัติใดครอบงำวิวัฒนาการของดิสก์ที่ก่อตัวดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์อายุน้อย” เขาเป็นผู้เขียนหลักของบทความวิจัยที่ตีพิมพ์ใน ดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์ วันนี้. “ผลการวิจัยใหม่ของเราในขณะนี้บ่งชี้ว่าในสภาพแวดล้อมที่ไม่มีอิทธิพลจากภายนอกใดๆ ที่เกี่ยวข้อง มวลดิสก์ที่สังเกตได้ซึ่งสร้างดาวเคราะห์ดวงใหม่ได้ขึ้นอยู่กับอายุของระบบจานดาวเท่านั้น” แวน เทอร์วิสกา กล่าวเสริม

มวลดิสก์เป็นคุณสมบัติหลักในการศึกษาวิวัฒนาการของดิสก์ที่ก่อตัวเป็นดาวเคราะห์ ปริมาณนี้กำหนดจำนวนวัสดุที่สามารถแปลงเป็นดาวเคราะห์ได้ มันอาจให้เบาะแสเกี่ยวกับดาวเคราะห์ที่มีอยู่แล้วทั้งนี้ขึ้นอยู่กับอายุดิสก์ ผลกระทบจากภายนอก เช่น การฉายรังสีและลมจากดาวมวลสูงใกล้เคียงส่งผลกระทบต่อการอยู่รอดของดิสก์อย่างเห็นได้ชัด อย่างไรก็ตาม สภาพแวดล้อมดังกล่าวหาได้ยาก และกระบวนการเหล่านั้นไม่ได้เปิดเผยเกี่ยวกับตัวดิสก์มากนัก นักดาราศาสตร์สนใจคุณสมบัติของดิสก์ภายในมากกว่า เช่น อายุ องค์ประกอบทางเคมี หรือไดนามิกของเมฆต้นกำเนิดซึ่งดาวอายุน้อยซึ่งมีดิสก์ของพวกมันเกิดขึ้น

เพื่อคลี่คลายการมีส่วนร่วมต่าง ๆ ทีมนักดาราศาสตร์ได้เลือกภูมิภาคดาวอายุน้อยที่มีขนาดใหญ่และเป็นที่รู้จักซึ่งมีดิสก์ นั่นคือ เมฆ Orion A อยู่ห่างจากโลกประมาณ 1,350 ปีแสง “กลุ่มดาวนายพราน A ให้ขนาดตัวอย่างขนาดใหญ่อย่างไม่เคยปรากฏมาก่อนของดิสก์มากกว่า 870 ชิ้นรอบๆ ดาวฤกษ์อายุน้อย สิ่งสำคัญคือต้องสามารถค้นหาความแปรผันเล็กน้อยในมวลดิสก์ขึ้นอยู่กับอายุและแม้กระทั่งในสภาพแวดล้อมภายในกลุ่มเมฆ” อัลวาโร Hacar ผู้เขียนร่วมและนักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยเวียนนา ประเทศออสเตรีย อธิบาย ตัวอย่างเกิดจากการสังเกตก่อนหน้านี้ด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเฮอร์เชล ซึ่งอนุญาตให้ระบุดิสก์ได้ การรวมความยาวคลื่นหลายช่วงเข้าด้วยกันเป็นเกณฑ์ในการประมาณอายุ เนื่องจากพวกมันทั้งหมดอยู่ในเมฆก้อนเดียวกัน นักดาราศาสตร์จึงคาดหวังอิทธิพลเพียงเล็กน้อยจากการเปลี่ยนแปลงทางเคมีและประวัติของเมฆ พวกเขายังหลีกเลี่ยงผลกระทบใดๆ จากดาวมวลมากในกระจุกเนบิวลานายพราน (ONC) ที่อยู่ใกล้เคียงด้วยการปฏิเสธดิสก์ที่อยู่ใกล้กว่า 13 ปีแสง

ในการวัดมวลดิสก์ ทีมงานได้ใช้ Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) ที่ตั้งอยู่บนที่ราบสูง Chajnantor ในทะเลทรายชิลี Atacama ALMA ประกอบด้วยเสาอากาศแบบพาราโบลา 66 เสา ซึ่งทำหน้าที่เป็นกล้องโทรทรรศน์ตัวเดียวที่มีความละเอียดเชิงมุมที่ปรับได้ นักวิทยาศาสตร์ใช้โหมดการสังเกตที่ช่วยให้พวกเขาสามารถกำหนดเป้าหมายแต่ละดิสก์ได้อย่างมีประสิทธิภาพที่ความยาวคลื่นประมาณ 1.2 มิลลิเมตร ดิสก์เย็นจะสว่างในช่วงสเปกตรัมนี้ ในทางกลับกัน การมีส่วนร่วมของดาราในดวงใจนั้นไม่มีนัยสำคัญ ด้วยวิธีการนี้ นักดาราศาสตร์จึงกำหนดมวลฝุ่นของดิสก์ อย่างไรก็ตาม การสังเกตการณ์นั้นไม่ไวต่อวัตถุที่มีขนาดใหญ่กว่าสองสามมิลลิเมตรมาก เช่น หินและดาวเคราะห์ ดังนั้น ทีมงานจึงวัดมวลของวัสดุดิสก์ที่สามารถสร้างดาวเคราะห์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ดิสก์ที่สร้างดาวเคราะห์มีวิวัฒนาการในลักษณะที่คล้ายคลึงกันอย่างน่าประหลาดใจ

ภาพนี้แสดงให้เห็นเมฆรูปดาว Orion ขนาดยักษ์ที่สังเกตโดยเครื่องมือ SPIRE (Spectral and Photometric Imaging Receiver) บนกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Herschel มันติดตามการกระจายฝุ่นเย็นในปริมาณมาก กลุ่มดาวนายพราน A อยู่ห่างออกไปประมาณ 1,350 ปีแสง และประกอบด้วยบริเวณก่อกำเนิดดาวแต่ละแห่งตามที่ระบุไว้ในฉลาก ตำแหน่งของดิสก์ก่อกำเนิดดาวเคราะห์ (+) ที่สังเกตได้ด้วย ALMA จะถูกระบุ ในขณะที่ดิสก์ที่มีมวลฝุ่นมากกว่ามวลโลก 100 เท่าจะปรากฏเป็นจุดสีน้ำเงิน เนบิวลานายพรานที่มีชื่อเสียง ซึ่งมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าบนท้องฟ้า เป็นที่ตั้งของกระจุกเนบิวลานายพราน (ONC) รวมถึงดาวมวลมากหลายดวงที่ปล่อยรังสีที่รุนแรง เครดิต: SE van Terwisga et al./MPIA

ก่อนที่จะคำนวณมวลดิสก์ นักดาราศาสตร์ได้รวมและสอบเทียบข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์ ALMA หลายสิบตัว งานนี้ค่อนข้างท้าทายเมื่อต้องรับมือกับชุดข้อมูลขนาดใหญ่ การใช้วิธีการมาตรฐานจะใช้เวลาหลายเดือนในการประมวลผลข้อมูลที่รวบรวม ทีมงานได้พัฒนาวิธีการใหม่โดยใช้คอมพิวเตอร์คู่ขนาน “แนวทางใหม่ของเราช่วยเพิ่มความเร็วในการประมวลผลได้ถึง 900 เท่า” Raymond Oonk ผู้เขียนร่วมจาก SURF ผู้ให้บริการด้านไอทีที่ร่วมมือกันชี้ให้เห็น ต้องใช้ CPU 3,000 ชั่วโมงเพื่อทำงานให้เสร็จและเตรียมข้อมูลสำหรับการวิเคราะห์ที่ตามมาในเวลาน้อยกว่าหนึ่งวัน

โดยรวมแล้ว Orion A มีดิสก์ที่ก่อตัวเป็นดาวเคราะห์ โดยแต่ละแผ่นมีฝุ่นจำนวนไม่เกินสองสามร้อยมวลโลก อย่างไรก็ตาม จากดิสก์ 870 แผ่น มีฝุ่นเพียง 20 แผ่น เทียบเท่ากับ 100 เอิร์ธหรือมากกว่า โดยทั่วไป จำนวนดิสก์จะลดลงอย่างรวดเร็วตามมวล โดยส่วนใหญ่มีฝุ่นน้อยกว่า 2.2 เท่าของมวลโลก “เพื่อที่จะมองหาความผันแปร เราได้ผ่ากลุ่มเมฆ Orion A และวิเคราะห์พื้นที่เหล่านี้แยกกัน ต้องขอบคุณดิสก์หลายร้อยแผ่น ตัวอย่างย่อยยังคงมีขนาดใหญ่พอที่จะให้ผลลัพธ์ที่มีนัยสำคัญทางสถิติ” Van Terwisga อธิบาย

อันที่จริง นักวิทยาศาสตร์พบความผันแปรเล็กน้อยในการกระจายมวลดิสก์ในระดับสิบปีแสงภายในกลุ่มดาวนายพราน เอ อย่างไรก็ตาม สิ่งเหล่านี้สามารถอธิบายได้ทั้งหมดว่าเป็นผลกระทบของอายุ ซึ่งหมายความว่าภายในไม่กี่ล้านปี มวลดิสก์มีแนวโน้มที่จะลดลง ประชากรสูงอายุ ภายในขอบของข้อผิดพลาด กระจุกของดิสก์ที่ก่อตัวเป็นดาวเคราะห์ในวัยเดียวกันมีการกระจายมวลเท่ากัน ไม่น่าแปลกใจเลยที่พบว่ามวลฝุ่นในดิสก์ที่ก่อตัวเป็นดาวเคราะห์ลดลงในเวลา ท้ายที่สุด ฝุ่นเป็นวัตถุดิบอย่างหนึ่งของดาวเคราะห์ ดังนั้นการก่อตัวของดาวเคราะห์จึงช่วยลดปริมาณฝุ่นอิสระได้อย่างแน่นอน กระบวนการอื่นๆ ที่รู้จักกันดี ได้แก่ การเคลื่อนตัวของฝุ่นไปยังศูนย์กลางดิสก์และการระเหยของฝุ่นโดยการฉายรังสีจากดาวฤกษ์ ยังคงเป็นที่น่าแปลกใจที่เห็นความสัมพันธ์ที่ชัดเจนระหว่างมวลดิสก์และอายุ

ดิสก์ทั้งหมดนั้นมาจากสภาพแวดล้อมเดียวกันกับที่ตอนนี้กลายเป็น Orion A cloud สิ่งนี้เปรียบเทียบกับประชากรสตาร์ดิสก์รุ่นเยาว์อื่น ๆ อย่างไร นักดาราศาสตร์ตอบคำถามนี้โดยเปรียบเทียบผลลัพธ์กับบริเวณที่ก่อตัวดาวฤกษ์ใกล้เคียงหลายแห่งกับจานที่สร้างดาวเคราะห์ ยกเว้นสองคน ทั้งหมดนั้นเหมาะสมอย่างยิ่งกับความสัมพันธ์ระหว่างอายุขัยที่พบในกลุ่มดาวนายพราน เอ “โดยรวมแล้ว เราคิดว่าการศึกษาของเราพิสูจน์ว่าอย่างน้อยภายใน 1,000 ปีแสง หรือมากกว่านั้น ประชากรทั้งหมดของดิสก์ที่ก่อตัวดาวเคราะห์ก็แสดงเช่นเดียวกัน การกระจายมวลในวัยที่กำหนดและดูเหมือนว่าจะมีการพัฒนาในลักษณะเดียวกันไม่มากก็น้อย” ฟาน เทอร์วิสกาสรุป ผลที่ได้อาจบ่งบอกถึงการก่อตัวของระบบดาวเคราะห์ที่คล้ายคลึงกันอย่างน่าทึ่ง

ในขั้นตอนต่อไป นักวิทยาศาสตร์จะพิจารณาผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นจากดาวฤกษ์ใกล้เคียงในระดับที่เล็กกว่าในช่วงไม่กี่ปีแสง แม้ว่าพวกมันจะหลีกเลี่ยงสนามการแผ่รังสีรุนแรงที่เกิดจากดาวมวลมากใน ONC แต่ก็มีดาวภาคสนามที่จางลงซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อฝุ่นในจานข้างเคียงและเปลี่ยนแปลงสถิติมวลดิสก์ การมีส่วนร่วมดังกล่าวอาจอธิบายความเบี่ยงเบนบางอย่างที่พบในมวลดิสก์กับความสัมพันธ์ระหว่างอายุ ผลลัพธ์ที่ได้สามารถช่วยเสริมสร้างภาพรวมของวิวัฒนาการดิสก์ที่ก่อตัวเป็นดาวเคราะห์ตามอายุ


ดาวเคราะห์นอกระบบในดิสก์เศษซาก


ข้อมูลมากกว่านี้:
SE van Terwisga et al, การสำรวจ Orion Disks ด้วย ALMA (SODA), ดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์ (2022). ดอย: 10.1051/0004-6361/202141913

ให้บริการโดย Max Planck Society

การอ้างอิง: ดิสก์ที่สร้างดาวเคราะห์มีวิวัฒนาการในลักษณะที่คล้ายคลึงกันอย่างน่าประหลาดใจ (2022, 6 พฤษภาคม) ดึงข้อมูลเมื่อ 6 พฤษภาคม พ.ศ. 2565 จาก https://phys.org/news/2022-05-planet-forming-disks-evolve-ภาวะแปลกใจ-similar.html

เอกสารนี้อยู่ภายใต้ลิขสิทธิ์ นอกเหนือจากข้อตกลงที่เป็นธรรมเพื่อการศึกษาหรือการวิจัยส่วนตัวแล้ว ห้ามทำซ้ำส่วนหนึ่งส่วนใดโดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร เนื้อหานี้จัดทำขึ้นเพื่อวัตถุประสงค์ในการให้ข้อมูลเท่านั้น

(Visited 1 times, 1 visits today)

Be the first to comment

Leave a comment

Your email address will not be published.


*