การตามล่าดาวเคราะห์ดวงอื่นในกาแลคซีของเราร้อนขึ้นในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมาโดยมีการตรวจพบดาวเคราะห์ 3869 ระบบในระบบ 2,886 ระบบและผู้สมัครอีก 2,898 รายที่รอการยืนยัน แม้ว่าการค้นพบดาวเคราะห์เหล่านี้ได้สอนนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับชนิดของดาวเคราะห์ที่มีอยู่ในกาแลคซีของเรา แต่ก็ยังมีสิ่งที่เราไม่รู้เกี่ยวกับกระบวนการก่อตัวของดาวเคราะห์
เพื่อตอบคำถามเหล่านี้เมื่อเร็ว ๆ นี้ทีมงานต่างประเทศได้ใช้ Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) เพื่อทำการสำรวจความละเอียดสูงครั้งแรกของดิสก์ก่อกำเนิดดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์ใกล้เคียง โปรแกรมนี้ให้ภาพความละเอียดสูงของระบบใกล้เคียง 20 ระบบที่มีฝุ่นและก๊าซอยู่ในกระบวนการสร้างดาวเคราะห์ดวงใหม่ที่รู้จักกันในชื่อโครงสร้างย่อยดิสก์ในโครงการ High Angular Resolution (DSHARP)
ผลลัพธ์ของพวกเขาถูกแบ่งปันในชุดเอกสารสิบฉบับที่กำหนดให้ปรากฏในฉบับพิเศษของ จดหมายวารสารทางฟิสิกส์. ทีมที่รับผิดชอบประกอบด้วยสมาชิกจากศูนย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ฮาร์วาร์ดสมิ ธ โซเนียน (CfA) หอดูดาว ALMA ร่วมและหอดูดาวหลายแห่งสถาบันวิจัยและมหาวิทยาลัย
ในแต่ละกรณีนักวิจัย DSHARP สังเกตว่ามีช่องว่างในดิสก์ซึ่งอยู่ไกลจากดาวฤกษ์ศูนย์กลางและดูเหมือนจะแบ่งเขตส่วนภายในและภายนอกของดิสก์ออก วงแหวนที่เกิดขึ้นนั้นถูกอัดแน่นหรือเกิดวงดนตรีที่บางขึ้นเช่นกันขึ้นอยู่กับระยะห่างจากดาว รูปแบบเหล่านี้บ่งชี้ว่าอาจเป็นผลมาจากสหายดาวเคราะห์ที่มองไม่เห็นซึ่งก่อกวนดิสก์
ความเป็นไปได้อีกอย่างก็คือโครงสร้างของดิสก์นั้นมีความไม่แน่นอนระดับโลกคล้ายกับที่พบในกาแลคซีกังหัน (เช่นทางช้างเผือก) ตามคำอธิบายของนักวิจัยคำอธิบายที่น่าสนใจที่สุดคือดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ (เช่นดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์) กำลังก่อตัวส่วนใหญ่ในด้านนอกถึงดิสก์ซึ่งจะบ่งชี้ว่าการก่อตัวของดาวเคราะห์เกิดขึ้นเร็วกว่าทฤษฎีในปัจจุบันเกี่ยวกับการก่อตัวของดาวเคราะห์
คำอธิบายที่เป็นไปได้นี้จะช่วยอธิบายว่าดาวเคราะห์บนพื้นโลก (เช่นหินและขนาดที่คล้ายกับโลก) ที่อยู่ใกล้กับดาวของพวกเขามากขึ้นจะสามารถอยู่รอดได้ในระยะแรกของการก่อตัว ฌอนแอนดรูนักดาราศาสตร์ที่ศูนย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ฮาร์วาร์ด - สมิ ธ โซเนียน (CfA) และหนึ่งในผู้นำ * ของการรณรงค์สังเกตการณ์ ALMA อธิบายถึงความสำคัญของการค้นพบนี้ในการแถลงข่าวของ NRAO:
“ เป้าหมายของการรณรงค์ในระยะเวลานานหลายเดือนนี้คือการค้นหาโครงสร้างที่เหมือนกันและความแตกต่างในดิสก์ก่อกำเนิดดาวเคราะห์ การมองเห็นที่คมชัดอย่างน่าทึ่งของ ALMA ได้เปิดเผยสิ่งก่อสร้างที่มองไม่เห็นและลวดลายที่ซับซ้อนโดยไม่คาดคิดมาก่อน เรากำลังเห็นรายละเอียดที่ชัดเจนเกี่ยวกับดาวฤกษ์อายุน้อยที่มีมวลหลากหลาย การตีความที่น่าสนใจที่สุดของคุณสมบัติที่หลากหลายและมีขนาดเล็กเหล่านี้คือมีดาวเคราะห์ที่มองไม่เห็นซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กับวัสดุดิสก์”
ตามแบบจำลองชั้นนำของการก่อตัวดาวเคราะห์ดาวเคราะห์เกิดจากการสะสมของฝุ่นและก๊าซอย่างค่อยเป็นค่อยไปในดิสก์ก่อกำเนิดดาวเคราะห์ สิ่งนี้เริ่มต้นด้วยเม็ดฝุ่นรวมตัวกันก่อตัวเป็นก้อนหินขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ จนกระทั่งดาวเคราะห์น้อยดาวเคราะห์และดาวเคราะห์โผล่ออกมา กระบวนการนี้ใช้เวลาหลายล้านปีซึ่งหมายความว่าดิสก์ก่อกำเนิดดาวเคราะห์ในระบบเก่าจะมีทัศนวิสัยที่ชัดเจนขึ้น
อย่างไรก็ตามการสำรวจในช่วงต้นของ ALMA ระบุว่าดิสก์ก่อกำเนิดดาวเคราะห์น้อยรุ่นใหม่มีโครงสร้างที่ชัดเจนเช่นวงแหวนและช่องว่าง โดยทั่วไปคุณสมบัติเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการมีอยู่ของดาวเคราะห์และพบได้ในระบบบางระบบที่มีอายุเพียงหนึ่งล้านปี ในฐานะที่เป็นเจนหวางนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาที่ CfA และสมาชิกของทีมวิจัยได้อธิบายว่า:
“ มันน่าประหลาดใจที่เห็นลายเซ็นที่เป็นไปได้ของการก่อตัวดาวเคราะห์ในภาพแรกที่มีความละเอียดสูงของดิสก์ขนาดเล็ก มันเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องทราบว่าสิ่งเหล่านี้เป็นความผิดปกติหรือลายเซ็นเหล่านั้นเป็นเรื่องปกติในดิสก์”
เนื่องจากชุดตัวอย่างเริ่มต้นมีขนาดเล็กมากแคมเปญ DSHARP จึงถูกนำไปติดตั้งเพื่อสังเกตดิสก์กำเนิดดาวเคราะห์ดวงอื่นเพื่อเปรียบเทียบ เนื่องจากอนุภาคฝุ่นเป็นที่รู้กันว่าเรืองแสงในช่วงมิลลิเมตรความยาวคลื่นทีมรณรงค์จึงสามารถใช้อาร์เรย์ ALMA เพื่อทำแผนที่การกระจายความหนาแน่นของเข็มขัดฝุ่นรอบ ๆ ระบบดาวฤกษ์อายุน้อยอย่างแม่นยำและ (ขึ้นอยู่กับระยะทางของดาว) เพื่อทำแผนที่คุณสมบัติต่างๆ มีขนาดเล็กเท่าหน่วยดาราศาสตร์
ในท้ายที่สุดทีมวิจัยพบว่าโครงสร้างย่อยจำนวนมาก (เช่นช่องว่างศูนย์กลางและวงแคบ) เป็นเรื่องธรรมดาสำหรับดิสก์เกือบทุกชนิดในขณะที่รูปแบบเกลียวขนาดใหญ่และลักษณะคล้ายอาร์คนั้นหายากกว่า พวกเขายังพบว่าดิสก์และช่องว่างนั้นอยู่ในระยะทางไกลจากดาวฤกษ์แม่ของพวกเขา - ตั้งแต่ AU เล็กน้อยไปจนถึงมากกว่าหนึ่งร้อย
การสังเกตเหล่านี้สามารถช่วยไขปริศนาที่ยืนยงเมื่อมันมาถึงทฤษฎีการก่อตัวดาวเคราะห์ โดยเฉพาะนักดาราศาสตร์สงสัยว่าดาวเคราะห์ก่อตัวอย่างไรเมื่อการเคลื่อนที่ของดิสก์ก่อกำเนิดดาวเคราะห์ที่ราบเรียบจะทำให้ร่างกายใด ๆ ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่าหนึ่งเซนติเมตรตกสู่ดาวฤกษ์แม่ของมัน ภายใต้สถานการณ์เหล่านี้ไม่ควรมีวัตถุหินขนาดใหญ่กว่าดาวเคราะห์น้อย
โดยพื้นฐานแล้ววงแหวนฝุ่นหนาแน่นที่ทีมสังเกตเห็นจะสร้างการก่อกวนในดิสก์ซึ่งสามารถสร้างโซนที่ดาวเคราะห์จะปลอดภัยและมีเวลาที่พวกเขาต้องเติบโตเป็นดาวเคราะห์ ในฐานะลอร่าเปเรซนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยชิลีและสมาชิกของทีมวิจัยระบุว่า:
“ เมื่อ ALMA เปิดเผยความสามารถอย่างแท้จริงด้วยภาพสัญลักษณ์ของ HL Tau เราต้องสงสัยว่าสิ่งนี้เป็นสิ่งที่ผิดปกติหรือไม่เนื่องจากดิสก์มีขนาดใหญ่และเล็ก การสำรวจล่าสุดเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าแม้จะโดดเด่น แต่ HL Tau นั้นห่างไกลจากความผิดปกติและอาจแสดงถึงการวิวัฒนาการตามปกติของดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์อายุน้อยได้”
การวิจัยครั้งนี้แสดงให้เห็นถึงพลังที่เครื่องมือที่ทันสมัยและความร่วมมือทางวิทยาศาสตร์มีอยู่ในปัจจุบัน ด้วยความสามารถในการมองเห็นที่ไกลขึ้นนักวิทยาศาสตร์สามารถทดสอบทฤษฎีทางดาราศาสตร์อย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน และในกระบวนการความคิดพื้นฐานที่สุดของเราเกี่ยวกับวิธีการที่จักรวาลได้รับการยืนยันและท้าทาย
อย่าลืมเพลิดเพลินไปกับอนิเมชั่นนี้ของดิสก์ก่อกำเนิดดาวเคราะห์ดูเหมือนว่าโปรแกรม NRAO Outreach ได้รับความอนุเคราะห์:
* ผู้นำคนอื่น ๆ ของการรณรงค์เฝ้าระวัง ALMA ได้แก่ Andrea Isella จากมหาวิทยาลัยไรซ์, Laura Pérezจากมหาวิทยาลัยชิลีและ Cornelis Dullemond แห่งมหาวิทยาลัยไฮเดลเบิร์ก
