จากการประมาณการในปัจจุบันอาจมีดาวเคราะห์มากถึง 100 พันล้านดวงในกาแล็กซี่ทางช้างเผือก น่าเสียดายที่การหาหลักฐานของดาวเคราะห์เหล่านี้เป็นงานที่ยากใช้เวลานาน ส่วนใหญ่นักดาราศาสตร์จะต้องพึ่งพาวิธีการทางอ้อมที่วัดแสงในความสว่างของดาว (วิธีการเปลี่ยนผ่าน) ของการวัด Doppler ของการเคลื่อนที่ของดาวเอง (Radial Velocity Method)
การถ่ายภาพโดยตรงนั้นทำได้ยากมากเนื่องจากดาวฤกษ์เอฟเฟกต์ที่ถูกยกเลิกมีความสว่างของมันทำให้ยากต่อการตรวจจับดาวเคราะห์ที่โคจรรอบพวกเขา โชคดีที่การศึกษาใหม่นำโดยศูนย์ประมวลผลและวิเคราะห์อินฟราเรด (IPAC) ที่คาลเทคกำหนดว่าอาจมีทางลัดในการค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบที่ใช้การถ่ายภาพโดยตรง วิธีการแก้ปัญหาที่พวกเขาอ้างว่าคือการหาระบบที่มีดิสก์เศษดาวฤกษ์เพราะพวกเขามั่นใจว่าจะมีดาวเคราะห์ยักษ์อย่างน้อยหนึ่ง
การศึกษาเรื่อง“ การสำรวจการถ่ายภาพโดยตรงของดิสก์สปิตเซอร์ที่ตรวจพบเศษซาก: การเกิดขึ้นของดาวเคราะห์ยักษ์ในระบบฝุ่น” เมื่อไม่นานมานี้ วารสารดาราศาสตร์ Tiffany Meshkat ผู้ช่วยนักวิทยาศาสตร์วิจัยที่ IPAC / Caltech เป็นผู้เขียนหลักในการศึกษาซึ่งเธอทำงานในขณะที่ทำงานที่ Jet Propulsion Laboratory ของ NASA ในฐานะนักวิจัยหลังปริญญาเอก
เพื่อประโยชน์ในการศึกษานี้ดร. Meshkat และเพื่อนร่วมงานของเธอได้ตรวจสอบข้อมูลเกี่ยวกับระบบดาวเดี่ยว 130 ระบบที่มีดิสก์เศษซากซึ่งพวกเขาเปรียบเทียบกับดาว 277 ดวงที่ไม่ปรากฏเป็นดิสก์ ดาวเหล่านี้ทั้งหมดถูกสำรวจโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์ของนาซ่าและมีอายุค่อนข้างน้อย (น้อยกว่า 1 พันล้านปี) ในบรรดาระบบ 130 ระบบนั้นมีการศึกษาไปแล้ว 100 ระบบเพื่อหาดาวเคราะห์นอกระบบ
ดร. Meshkat และทีมของเธอได้ติดตามระบบที่เหลืออีก 30 ระบบโดยใช้ข้อมูลจาก W.M หอสังเกตการณ์ Keck ในฮาวายและหอดูดาวยุโรปใต้ (ESO) กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มาก (VLT) ในชิลี ในขณะที่พวกเขาไม่ได้ตรวจจับดาวเคราะห์ดวงใหม่ในระบบเหล่านี้การตรวจสอบของพวกเขาช่วยบอกลักษณะของดาวเคราะห์ในระบบที่มีดิสก์จำนวนมาก
สิ่งที่พวกเขาค้นพบคือดาวฤกษ์อายุน้อยที่มีดิสก์เศษมีแนวโน้มที่จะมีดาวเคราะห์นอกระบบขนาดยักษ์ที่มีวงโคจรกว้างกว่าดาวฤกษ์ที่ไม่มี ดาวเคราะห์เหล่านี้มีแนวโน้มที่จะมีมวลห้าเท่าของดาวพฤหัสบดีดังนั้นจึงทำให้พวกมันเป็น "ซุปเปอร์จูปิเตอร์" ดังที่ดร. Meshkat อธิบายในการแถลงข่าวขององค์การนาซ่าเมื่อเร็ว ๆ นี้การศึกษานี้จะเป็นประโยชน์เมื่อถึงเวลาสำหรับนักล่าดาวเคราะห์นอกระบบที่จะเลือกเป้าหมาย:
“ การวิจัยของเรามีความสำคัญต่อการปฏิบัติภารกิจในอนาคตว่าจะวางแผนดาวดวงไหนให้สังเกต ดาวเคราะห์จำนวนมากที่ถูกค้นพบผ่านการถ่ายภาพโดยตรงนั้นอยู่ในระบบที่มีดิสก์เศษเล็กเศษน้อยและตอนนี้เรารู้แล้วว่าฝุ่นอาจเป็นตัวบ่งชี้ของโลกที่ยังไม่ถูกค้นพบ”
การศึกษาครั้งนี้เป็นการตรวจสอบดาวฤกษ์ที่มีดิสก์ฝุ่นขนาดใหญ่ที่สุดซึ่งเป็นหลักฐานที่ดีที่สุดจนถึงปัจจุบันที่ดาวเคราะห์ยักษ์มีความรับผิดชอบในการเก็บรักษาเศษซากดิสก์ในการตรวจสอบ ในขณะที่การวิจัยไม่ได้แก้ปัญหาโดยตรงว่าทำไมการปรากฏตัวของดาวเคราะห์ยักษ์จะก่อให้เกิดดิสก์เศษเล็กเศษน้อยในรูปแบบผู้เขียนระบุว่าผลลัพธ์ของพวกเขาสอดคล้องกับการคาดการณ์ว่าดิสก์เศษเป็นผลิตภัณฑ์ของดาวเคราะห์ยักษ์กวนและก่อให้เกิดฝุ่น
กล่าวอีกนัยหนึ่งพวกเขาเชื่อว่าแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ยักษ์จะทำให้ดาวเคราะห์โคจรมาชนกันทำให้ไม่สามารถก่อตัวดาวเคราะห์เพิ่มเติมได้ ในฐานะผู้ร่วมศึกษา Dimitri Mawet ผู้ซึ่งเป็นนักวิทยาศาสตร์การวิจัยอาวุโสของ JPL ก็อธิบายว่า:
“ เป็นไปได้ว่าเราไม่พบดาวเคราะห์ขนาดเล็กในระบบเหล่านี้เพราะในช่วงแรกร่างยักษ์เหล่านี้ทำลายหน่วยการสร้าง ของดาวเคราะห์หินส่งพวกเขาพุ่งเข้าหากันด้วยความเร็วสูงแทนที่จะรวมกันเบา ๆ "
ภายในระบบสุริยะดาวเคราะห์ยักษ์สร้างเข็มขัดเศษเล็กเศษน้อย ตัวอย่างเช่นระหว่างดาวอังคารและดาวพฤหัสบดีคุณมีแถบดาวเคราะห์น้อยหลักในขณะที่เหนือกว่าดาวเนปจูนอยู่แถบไคเปอร์ ระบบจำนวนมากที่ตรวจสอบในการศึกษานี้ยังมีสายพานสองเส้นแม้ว่ามันจะมีอายุน้อยกว่าระบบสายพานของระบบสุริยะอย่างมีนัยสำคัญซึ่งมีอายุประมาณ 1 พันล้านปีเมื่อเปรียบเทียบกับ 4.5 พันล้านปี
หนึ่งในระบบที่ตรวจสอบในการศึกษาคือ Beta Pictoris ระบบที่มีดิสก์เศษดาวหางและดาวเคราะห์นอกระบบที่ได้รับการยืนยัน ดาวเคราะห์นี้ได้กำหนด Beta Pictoris b ซึ่งมีมวลของดาวพฤหัสบดี 7 ดวงและโคจรรอบดาวฤกษ์ในระยะทาง 9 AU - i.e. ระยะทางระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์เก้าเท่า ระบบนี้ถ่ายภาพโดยนักดาราศาสตร์โดยตรงในอดีตโดยใช้กล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดิน
น่าสนใจมากนักดาราศาสตร์ทำนายการมีอยู่ของดาวเคราะห์นอกระบบนี้ก่อนที่มันจะได้รับการยืนยันโดยขึ้นอยู่กับการมีอยู่และโครงสร้างของดิสก์เศษซากของระบบ อีกระบบที่ศึกษาคือ HR8799 ซึ่งเป็นระบบที่มีดิสก์ที่มีเศษฝุ่นสองอัน ในระบบต่าง ๆ เหล่านี้การมีดาวเคราะห์ยักษ์จำนวนมากถูกสรุปโดยขึ้นอยู่กับความจำเป็นในการดูแลรักษาสายพานฝุ่นเหล่านี้
สิ่งนี้เชื่อว่าเป็นระบบสุริยะของเราเองเมื่อ 4 พันล้านปีก่อนดาวเคราะห์ยักษ์หันเหดาวฤกษ์ผ่านดวงอาทิตย์ สิ่งนี้ส่งผลให้เกิดการโจมตีอย่างหนักครั้งล่าสุดซึ่งดาวเคราะห์ชั้นในอยู่ภายใต้ผลกระทบมากมายที่ยังคงปรากฏให้เห็น นักวิทยาศาสตร์ยังเชื่อด้วยว่าในช่วงเวลานี้การอพยพของดาวพฤหัสบดีดาวเสาร์ดาวยูเรนัสและดาวเนปจูนทำให้ฝุ่นละอองและวัตถุเล็ก ๆ ก่อตัวเป็นแถบไคเปอร์และแถบดาวเคราะห์น้อย
ดร. Meshkat และทีมของเธอยังตั้งข้อสังเกตอีกว่าระบบที่พวกเขาตรวจสอบนั้นมีฝุ่นมากกว่าระบบสุริยะของเราซึ่งอาจเป็นผลมาจากอายุที่แตกต่างกัน ในกรณีของระบบที่มีอายุประมาณ 1 พันล้านปีการปรากฏตัวของฝุ่นที่เพิ่มขึ้นอาจเป็นผลมาจากวัตถุขนาดเล็กที่ยังไม่ก่อตัวเป็นวัตถุขนาดใหญ่ จากนี้ก็สามารถอนุมานได้ว่าระบบสุริยะของเรานั้นก็มีฝุ่นมากเช่นกัน
อย่างไรก็ตามผู้เขียนทราบว่ายังเป็นไปได้ว่าระบบที่พวกเขาสังเกตเห็น - ซึ่งมีดาวเคราะห์ยักษ์ดวงหนึ่งและดิสก์เศษเล็กเศษน้อย - อาจมีดาวเคราะห์มากกว่าที่ยังไม่ได้ค้นพบ ในท้ายที่สุดพวกเขายอมรับว่าจำเป็นต้องใช้ข้อมูลมากขึ้นก่อนที่ผลลัพธ์เหล่านี้จะถือเป็นข้อสรุป แต่ในขณะเดียวกันการศึกษาครั้งนี้สามารถใช้เป็นแนวทางในการที่จะพบดาวเคราะห์นอกระบบ
ในฐานะที่เป็น Karl Stapelfeldt หัวหน้านักวิทยาศาสตร์ของสำนักงานโครงการสำรวจดาวเคราะห์นอกระบบของนาซ่าและผู้เขียนร่วมในการศึกษากล่าวว่า:
“ ด้วยการแสดงนักดาราศาสตร์ที่ภารกิจในอนาคตเช่นกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ของนาซ่ามีโอกาสที่ดีที่สุดในการค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบยักษ์งานวิจัยนี้ปูทางไปสู่การค้นพบในอนาคต”
นอกจากนี้การศึกษาครั้งนี้ยังช่วยแจ้งความเข้าใจของเราเองเกี่ยวกับการพัฒนาของระบบสุริยะในช่วงหลายพันล้านปี บางครั้งนักดาราศาสตร์กำลังถกเถียงกันว่าดาวเคราะห์อย่างดาวพฤหัสอพยพไปยังตำแหน่งปัจจุบันหรือไม่และสิ่งนี้ส่งผลต่อวิวัฒนาการของระบบสุริยะอย่างไร และยังคงมีการถกเถียงกันเกี่ยวกับวิธีการสร้างเข็มขัดหลัก (เช่นว่างเปล่าเต็ม)
สุดท้าย แต่ไม่ท้ายสุดมันสามารถแจ้งการสำรวจในอนาคตเพื่อให้นักดาราศาสตร์ทราบว่าระบบดาวใดที่กำลังพัฒนาตามแนวเดียวกับที่เราเคยทำเมื่อหลายพันล้านปีก่อน ไม่ว่าระบบดาวทุกแห่งจะมีดิสก์เศษเล็กเศษน้อยพวกมันก็อนุมานว่ามีดาวก๊าซยักษ์ขนาดมหึมาเป็นพิเศษ และที่ที่พวกเขามีแผ่นดิสก์ที่มีสายพานจับฝุ่นสองอันพวกเขาสามารถอนุมานได้ว่ามันจะกลายเป็นระบบที่มีดาวเคราะห์จำนวนมากและสองสาย
