มุมมองของวัตถุของวงบัฟฟี่และวงไคเปอร์อื่น ๆ เครดิตรูปภาพ: CFHT คลิกเพื่อขยาย
ทีมนักดาราศาสตร์ที่ทำงานในแคนาดาฝรั่งเศสและสหรัฐอเมริกาได้ค้นพบวัตถุขนาดเล็กที่ผิดปกติซึ่งโคจรรอบดวงอาทิตย์เกินเนปจูนนักดาราศาสตร์ในภูมิภาคเรียกแถบไคเปอร์ วัตถุใหม่นี้อยู่ห่างจากดวงอาทิตย์เป็นเนปจูนถึงสองเท่าและมีขนาดครึ่งหนึ่งของดาวพลูโต วงโคจรที่ผิดปกติอย่างมากของร่างกายนั้นยากที่จะอธิบายโดยใช้ทฤษฎีก่อนหน้านี้เกี่ยวกับการก่อตัวของระบบสุริยะรอบนอก
ปัจจุบันหน่วยดาราศาสตร์ 58 ดวงจากดวงอาทิตย์ (หน่วยดาราศาสตร์ 1 หน่วยหรือ AU คือระยะห่างระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์) วัตถุใหม่ไม่เคยเข้าใกล้กว่า 50 AU เนื่องจากวงโคจรอยู่ใกล้กับวงกลม วัตถุแถบไคเปอร์เกือบทั้งหมดที่ค้นพบนอกเหนือจากดาวเนปจูนอยู่ระหว่าง 30 AU ถึง 50 AU นอกเหนือจาก 50 AU แล้วแถบไคเปอร์หลักดูเหมือนว่าจะสิ้นสุดและมีวัตถุเพียงไม่กี่ชิ้นที่ถูกค้นพบหลังจากระยะไกลนี้ซึ่งมีวงโคจรที่สูงมาก (ไม่ใช่วงกลม) ส่วนใหญ่ของวงโคจรที่เยื้องศูนย์สูงเหล่านี้เป็นผลมาจากเนปจูน“ เหวี่ยง” วัตถุที่อยู่ภายนอกโดยหนังสติ๊กโน้มถ่วง อย่างไรก็ตามเนื่องจากวัตถุใหม่นี้ไม่ได้เข้าใกล้กว่า 50 AU จึงจำเป็นต้องมีทฤษฎีที่แตกต่างกันในการอธิบายวงโคจรของมัน วงโคจรของวัตถุนั้นมีความเอียงอย่างรุนแรงเอียงไปมา (เอียง) ที่ 47 องศากับส่วนที่เหลือของระบบสุริยะ
การค้นพบและการติดตาม
วัตถุซึ่งได้รับการแต่งตั้งอย่างเป็นทางการ 2004 XR 190 ในการประกาศอย่างเป็นทางการของ International Astronomical Union ได้ถูกค้นพบในระหว่างการดำเนินการตามปกติของการสำรวจ Ecliptic Plane Canada - France (CFEPS) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการสำรวจ Legacy Survey บนกล้องโทรทรรศน์ Canada France Hawaii สำหรับตอนนี้ผู้ค้นพบกำลังใช้ชื่อเล่นชั่วคราว“ บัฟฟี่” เพื่อระบุวัตถุใหม่แม้ว่าพวกเขาจะเสนอชื่อทางการที่แตกต่างกันเพื่อให้สอดคล้องกับขั้นตอนปกติสำหรับการตั้งชื่อวัตถุดังกล่าว
บัฟฟี่ถูกดึงออกมาจากภูเขาของข้อมูลการสำรวจมรดก (ประมาณ 50 กิกะไบต์ต่อชั่วโมงของการทำงาน) โดยคอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังรวมตัวกันผ่านภาพซ้อนและสร้างผู้สมัครหลายร้อยคน นักดาราศาสตร์ทำการกรองผู้สมัครเพื่อระบุดาวหางที่อยู่ไกลออกไป
นักดาราศาสตร์ Lynne Allen แห่งมหาวิทยาลัยบริติชโคลัมเบียเป็นคนแรกที่จับตาดูวัตถุใหม่ขณะที่เธอระบุตัวตนเริ่มต้นในกระบวนการประมวลผลข้อมูล CFEPS ตั้งแต่เดือนธันวาคม 2547“ มันค่อนข้างสดใสเมื่อเทียบกับวัตถุแถบไคเปอร์ทั่วไป หา” ดร. อัลเลนกล่าว“ แต่สิ่งที่น่าสนใจกว่านั้นคือมันอยู่ไกลแค่ไหน”
ความสว่างของวัตถุนั้นมีความหมายว่ามีเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 500 ถึง 1,000 กิโลเมตร (300 ถึง 600 ไมล์) บัฟฟี่จึงเป็นวัตถุแถบไคเปอร์ที่มีขนาดใหญ่มาก แต่ประมาณครึ่งโหลนั้นใหญ่กว่า
“ เราตระหนักได้ทันทีว่าวัตถุนั้นใกล้เคียงกับเนปจูนจากดวงอาทิตย์ประมาณสองเท่าและวงโคจรของมันเกือบจะเป็นวงกลม” ศาสตราจารย์เบ็ตต์เกลดแมนกล่าว UBC ซึ่งสังเกตเห็นลักษณะที่ผิดปกติของวัตถุเมื่อพิจารณาวงโคจรของมัน จำเป็นต้องใช้”
ใช้เวลาหนึ่งถึงสองปีในการสำรวจวัตถุแถบไคเปอร์ก่อนที่จะสามารถวัดวงโคจรได้อย่างแม่นยำ การสำรวจเพิ่มเติมครั้งแรกของบัฟฟี่มาในเดือนตุลาคม 2548 เมื่อแกลดแมนและฟิลนิโคลสันจากมหาวิทยาลัยคอร์เนลล์ใช้กล้องโทรทรรศน์ Hale 5 เมตรเพื่อสำรวจวัตถุอีกครั้ง
การตรวจสอบตำแหน่งใหม่ของบัฟฟี่พิสูจน์ว่าวงโคจรนั้นไม่เพียงเอียงมากเอียง (เอียง) ที่ 47 องศากับระนาบของระบบดาวเคราะห์ (โดยหลักแล้วผูกบันทึกสำหรับวัตถุแถบไคเปอร์) แต่ยืนยันว่าบัฟฟี่นั้นแตกต่างจากที่อื่นมาก่อน - วัตถุที่รู้จักเพราะอยู่ในวงโคจรเกือบเป็นวงกลมขณะอยู่ในระยะที่ไกลมาก
การตรวจสอบตำแหน่งของบัฟฟี่เพิ่มเติมในภาพจากกล้องโทรทรรศน์ที่หอดูดาวแห่งชาติ Kitt Peak ในรัฐแอริโซนาโดยสมาชิกในทีม Joel Parker (สถาบันวิจัยตะวันตกเฉียงใต้) รวมถึง JJ Kavelaars (สภาวิจัยแห่งชาติของแคนาดาสถาบันดาราศาสตร์ Astrophysics) และ Wes Fraser วิกตอเรีย) จนถึงเดือนพฤศจิกายน 2548 ได้ทำการประเมินการใกล้ดวงอาทิตย์ของบัฟฟี่ การสังเกตเพิ่มเติมเพื่อยืนยันวงโคจรเพิ่มเติมจากนั้นให้โครงการการสำรวจมรดก CFHT นักดาราศาสตร์จะต้องรอจนถึงเดือนกุมภาพันธ์ 2549 เพื่อวัดรายละเอียดวงโคจรของบัฟฟี่
ทีมได้รายงานการค้นพบของพวกเขาไปยัง Minor Planet Center ซึ่งเป็นที่ทำการตรวจวัดทางดาราศาสตร์ของดาวเคราะห์น้อยใหม่ “ การค้นหาวัตถุที่รู้จักครั้งแรกที่มีวงโคจรเกือบเกิน 50 AU นั้นน่าสนใจอย่างแน่นอน” Brian Marsden ผู้อำนวยการของ MPC กล่าว
ทฤษฎีที่ท้าทาย
แม้ว่ามันจะไม่ใช่วัตถุที่เล็กที่สุดใหญ่ที่สุดและไกลที่สุดเท่าที่ค้นพบในภูมิภาคนี้ แต่วัตถุแถบไคเปอร์ใหม่นั้นมีวงโคจรที่ผิดปกติอย่างมากซึ่งท้าทายทฤษฎีการวิวัฒนาการของระบบสุริยะ
เหตุใดวงโคจรของบัฟฟี่จึงถือว่าผิดปกติ เซดน่ามีวัตถุตรวจพบเพียงชิ้นเดียวเท่านั้นที่ยังคงอยู่ไกลเกินกว่า 50 หน่วยทางดาราศาสตร์ (AUs) จากดวงอาทิตย์ตลอดทั้งวงโคจร อย่างไรก็ตามเซดน่าอยู่ในวงโคจรวงรีมากโดยบินโฉบเข้าสู่ 76 AU ก่อนออกเดินทางไกลกว่า 900 AU ในทางตรงกันข้ามบัฟฟี่ใช้เวลาทั้งหมดในช่วงแคบ ๆ ระหว่าง 52 ถึง 62 AU จากดวงอาทิตย์ เมื่อรวมกับการเอียงในวงโคจรวัตถุใหม่นี้จะท้าทายทฤษฎีปัจจุบันเกี่ยวกับประวัติของระบบสุริยะยุคแรก
นักดาราศาสตร์ตรวจพบวัตถุแถบไคเปอร์อื่น ๆ ซึ่งใช้เวลาส่วนใหญ่เกินกว่า 50 AU พวกมันอยู่ในวงโคจรวงรีและเกือบจะเข้าใกล้ภายใน 38 AU ของดวงอาทิตย์ การเข้าใกล้นั้นทำให้วัตถุเหล่านั้นอยู่ใกล้กับอิทธิพลความโน้มถ่วงของเนปจูน โดยทั่วไปวัตถุเหล่านี้มักถูกกระจัดกระจายออกไปสู่วงโคจรปัจจุบันด้วยหนังสติ๊กโน้มถ่วงด้วยเนปจูน วัตถุกลุ่มนี้จึงถูกเรียกว่า "ดิสก์ที่กระจัดกระจาย"
ก่อนที่จะมีการค้นพบบัฟฟี่วัตถุแถบไคเปอร์อีกสองสามดวงถูกค้นพบซึ่งใช้เวลาส่วนใหญ่เกินกว่า 50 AU เช่นเดียวกับใน“ ดิสก์กระจัดกระจาย” แต่ก็ไม่ได้เข้าใกล้จุดศูนย์ถ่วงของเนปจูน กลุ่มนี้ได้รับการตั้งชื่อว่า“ Extended Scattered Disk” สมาชิกสองคนของมันคือ 1995 TL8 และ 2000 YW134 ซึ่งเข้าใกล้ 40 AU ของดวงอาทิตย์ แต่มีวงโคจรวงรีที่ค่อนข้างเป็นวงรี อีกสองตัวอย่างสุดยอดของ“ ดิสก์ที่ขยายเพิ่มมากขึ้น” คือ 2000 CR105 ซึ่งใกล้ถึง 44 AU และ Sedna ซึ่งไม่เคยเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากกว่า 76 AU
เนื่องจากวัตถุประหลาดขนาดใหญ่วัตถุเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะถูกรบกวนอย่างรุนแรงจากบางสิ่งบางอย่างแม้ว่ามันจะไม่ได้เป็นเนปจูนเพราะมันไม่ได้เข้าใกล้มากพอที่จะกระจัดกระจายโดยแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ดวงนั้น เนื่องจากเซดน่าและ 2000 CR105 ยังเดินทางไกลกว่า 500 AU จากดวงอาทิตย์ทฤษฎีหนึ่งก็คือหลังจากที่ดาวเนปจูนกระจัดกระจายไปดาวฤกษ์ที่ผ่านก็อาจดึงวิธีการที่อยู่ใกล้ที่สุดออกจากดวงอาทิตย์
Buffy นั้นเป็นสมาชิกของ“ Extended Scattered Disk” อย่างชัดเจน อย่างไรก็ตามวงโคจรเกือบกลมของบัฟฟี่ทำให้โดดเด่นจากสมาชิกคนอื่น ๆ นอกจากนี้การเอียงของวงโคจรขนาดใหญ่ของบัฟฟี่ไม่สามารถอธิบายได้อย่างง่ายดายโดยแนวคิดดาวดวงที่ผ่าน หากดาวฤกษ์อาจส่งผลกระทบต่อบัฟฟี่อย่างรุนแรงมันก็ควรจะรบกวนแถบไคเปอร์หลักเช่นกัน เนื่องจากนักดาราศาสตร์ไม่พบว่ามีการหยุดชะงักอย่างรุนแรงจึงจำเป็นต้องมีทฤษฎีที่ซับซ้อนกว่านี้เพื่ออธิบายวงโคจรของบัฟฟี่
คำอธิบายที่เข้าใจยากอาจอยู่ในผลข้างเคียงจากการจัดเรียงระบบสุริยะใหม่ในช่วงต้นของประวัติศาสตร์ ความเป็นไปได้อย่างหนึ่งคือเมื่อวงโคจรของเนปจูนขยายตัวช้าๆในระบบสุริยะอายุน้อยการมีปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงที่ซับซ้อนอาจทำให้แถบไคเปอร์บางวงโคจรเป็นวงกลมและเอียง ในขณะที่วงโคจรของบัฟฟี่สามารถสร้างขึ้นด้วยวิธีนี้ทฤษฎีนี้ดูเหมือนจะไม่อธิบาย 2000 CR105 และเซดน่า การค้นพบใหม่นี้น่าตื่นเต้นเพราะมันทำให้เราคิดใหม่เกี่ยวกับความเข้าใจของเราว่าแถบไคเปอร์เกิดขึ้นมาอย่างไร
อนาคต
ในช่วงครึ่งทศวรรษที่ผ่านมาทฤษฎีเกี่ยวกับการก่อตัวของระบบสุริยะรอบนอกของเราถูกผลักดันให้มีขีด จำกัด : วัตถุแถบไคเปอร์ที่ผิดปกติอย่างบัฟฟี่ซึ่งไม่เคยเข้าใกล้ดาวเนปจูน แต่จะต้องอธิบายความโน้มเอียงสูง
แม้ว่าทฤษฎีที่อธิบายวัตถุแต่ละชิ้นนั้นมีอยู่ แต่การทำซ้ำทั้งชุดของวัตถุที่รู้จักด้วยกระบวนการเดียวทำให้เกิดความท้าทายที่ยากต่อแบบจำลองระบบสุริยะในปัจจุบัน เนื่องจากวัตถุที่ผิดปกติเช่นบัฟฟี่นั้นหายากมากนักดาราศาสตร์ยังคงเกาพื้นผิวของมุมมืดของแถบไคเปอร์ การสำรวจขนาดใหญ่ในอนาคตที่สำรวจแถบไคเปอร์อย่างเป็นระบบเป็นวิธีเดียวที่จะไขความลึกลับของสิ่งที่เกิดขึ้นในช่วงต้นของประวัติศาสตร์ระบบสุริยะของเรา
แหล่งที่มาดั้งเดิม: กล้องโทรทรรศน์แคนาดา - ฝรั่งเศส - ฮาวาย
