นักดาราศาสตร์พบดาวเคราะห์น้ำที่มีมหาสมุทรลึกในเขตที่อยู่อาศัย

เมื่อค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบ นักดาราศาสตร์และนักโหราศาสตร์มักปฏิบัติตามนโยบาย “ตามน้ำ” ทั้งนี้เนื่องมาจากการค้นหาดาวเคราะห์ที่โคจรรอบเขตเอื้ออาศัยได้ (circumsolar habitable zone – HZ) ของดาวฤกษ์ ซึ่งมีสภาวะอบอุ่นเพียงพอที่น้ำของเหลวจะไหลบนพื้นผิวของมัน เหตุผลง่ายๆ น้ำเป็นตัวทำละลายเพียงชนิดเดียวที่สามารถดำรงชีวิตได้และจำเป็นสำหรับทุกชีวิตบนโลก อย่างไรก็ตาม ตั้งแต่ปี 1970 นักวิทยาศาสตร์ได้คาดการณ์ว่าอาจมีดาวเคราะห์หินประเภทหนึ่งในจักรวาลของเราที่ปกคลุมด้วยน้ำทั้งหมด

ด้วยการระเบิดในดาวเคราะห์นอกระบบที่ได้รับการยืนยัน นักวิทยาศาสตร์ต้องการหาตัวอย่างของดาวเคราะห์ประเภทนี้ ดังนั้นพวกเขาจึงศึกษาพวกมันอย่างใกล้ชิดยิ่งขึ้น ต้องขอบคุณทีมนักวิจัยนานาชาติที่นำโดยสถาบันวิจัยดาวเคราะห์นอกระบบของ Université de Montréal (iREx) ดาวเคราะห์นอกระบบที่โคจรอยู่ใน HZ ของระบบเพิ่งถูกค้นพบ ซึ่งสามารถปกคลุมอย่างสมบูรณ์ในมหาสมุทรลึก “โลกมหาสมุทร” นี้ (หรือที่รู้จักว่า “โลกน้ำ”) สามารถเปิดเผยธรรมชาติของการอยู่อาศัยได้เมื่อเป็นเรื่องของการสังเกตที่สอดคล้องกันโดยใช้ กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (JWST).

ทีมงานระหว่างประเทศนำโดย Charles Cadier, Ph.D. นักศึกษาที่มหาวิทยาลัยมอนทรีออลและเป็นสมาชิกของ IREX เขาได้เข้าร่วมโดยทีมนักดาราศาสตร์และนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จำนวน 55 คนจากแคนาดา ฝรั่งเศส สหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น บราซิล ฮังการี สเปน สวิตเซอร์แลนด์ โปรตุเกส เยอรมนี และรัสเซีย ทีมงานเป็นตัวแทนของสถาบันต่างๆ เช่น Harvard และ Smithsonian Center for Astrophysics, กล้องโทรทรรศน์แคนาดา-ฝรั่งเศส-ฮาวาย, สถาบัน Max Planck สำหรับดาราศาสตร์, ศูนย์วิจัย NASA Ames, สถาบัน NASA Exoplanet Science Institute (NExScI) และมหาวิทยาลัยและสถาบันต่างๆ มากมาย

ลบโฆษณาทั้งหมดในจักรวาลวันนี้!

เข้าร่วม Patreon ของเราในราคาเพียง $3!

รับประสบการณ์โฆษณาฟรีตลอดชีวิต

ความประทับใจของศิลปินที่มีต่อ Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) เครดิต: NASA Goddard Space Flight Center

ตามที่พวกเขาอธิบายในเอกสารเผยแพร่เมื่อวันที่ 12 สิงหาคม วารสารดาราศาสตร์ฟิสิกส์ดาวเคราะห์นอกระบบ (TOI-1452 b) โคจรภายในระบบเลขฐานสองซึ่งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 100 ปีแสงในกลุ่มดาวเดรโก ระบบประกอบด้วยดาวแคระแดงประเภท M (ดาวแคระแดง) สองดวงโคจรใกล้กันมากที่ 97 หน่วยดาราศาสตร์ (AU) หรือประมาณสองเท่าครึ่งของระยะห่างระหว่างดวงอาทิตย์กับดาวพลูโต ความเป็นไปได้ของดาวเคราะห์นอกระบบที่โคจรรอบดาวฤกษ์ดวงใดดวงหนึ่งเหล่านี้ถูกค้นพบโดยอาศัยข้อมูลจากดาวฤกษ์ ดาวเทียมศึกษาการเคลื่อนตัวของดาวเคราะห์นอกระบบ (เทส)

จากข้อมูลของ TESS นักดาราศาสตร์ตั้งข้อสังเกตว่าดาวเคราะห์นอกระบบจะหรี่แสงลงเล็กน้อยทุกๆ 11 วัน ซึ่งพวกเขาประเมินว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของมันใหญ่กว่าโลกประมาณ 70% จากนั้น Cadieux และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ทำการติดตามผล (ฟังก์ชั่นที่ปกติดำเนินการโดย iREx) โดยใช้กล้อง Planètes Extrasolaires en Transition et en Occultation (PESTO) บนกล้องโทรทรรศน์ขนาด 1.6 เมตรที่ Observatoire du Mont-Mégantic (OMM) – ส่วนหนึ่ง : จากมหาวิทยาลัยมอนทรีออล

เนื่องจากความสว่างต่ำและระยะใกล้ ดาวสองดวงใน TOI-1452 จึงปรากฏเป็นจุดแสงเดียวเมื่อสังเกตโดย TESS อย่างไรก็ตาม ความละเอียดของ PESTO นั้นสูงพอที่จะแยกแยะระหว่างวัตถุทั้งสอง และภาพที่ได้รับยืนยันว่าดาวเคราะห์นอกระบบนั้นโคจรรอบ TOI-1452 การติดตามผลโดยทีมงานที่ National Observatory of Japan (NAOJ) โดยใช้กล้องโทรทรรศน์อินฟราเรดแบบออปติคัล Subaru ขนาด 8.2 เมตรในเมือง Maunakea รัฐฮาวาย ในฐานะผู้เขียนร่วมRené Doyon ศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยมอนทรีออลและผู้อำนวยการ iREx และ OMM อธิบายในการแถลงข่าวของ IREX:

“ฉันรู้สึกภาคภูมิใจอย่างยิ่งกับการค้นพบครั้งนี้ เพราะมันแสดงให้เห็นถึงความสามารถและเครื่องมือในระดับสูงของนักวิจัยของเรา ด้วยเครื่องมือพิเศษที่เรียกว่า SPIrou ในห้องปฏิบัติการของเรา OMM และวิธีการวิเคราะห์เชิงนวัตกรรมที่พัฒนาโดยทีมวิจัยของเรา เราจึงสามารถตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบที่ไม่เหมือนใครนี้ได้”

เครื่องมือ SPIRou ซึ่งออกแบบบางส่วนโดยทีมแคนาดา ทำให้สามารถกำหนดมวลของ TOI-1452 b ได้ เครดิต: S. Chastanet – CNRS/OMP

“OMM มีบทบาทสำคัญในการยืนยันธรรมชาติของสัญญาณนี้และการประเมินรัศมีของดาวเคราะห์” Cadier กล่าวเสริม “นี่ไม่ใช่การตรวจสอบธรรมดา “เราจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าสัญญาณที่ตรวจพบโดย TESS นั้นเกิดจากดาวเคราะห์นอกระบบที่โคจรรอบ TOI-1452 ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ที่มีขนาดใหญ่กว่าสองดวงในระบบดาวคู่”

หลังจากยืนยันการมีอยู่ของดาวเคราะห์นอกระบบและประเมินขนาดของดาวเคราะห์นอกระบบแล้ว ทีมงานได้หันไปใช้เครื่องมือ un SpectroPolarimètre Infra-Rouge (SPIRou) ซึ่งเป็นเครื่องวัดสเปกโตรโพลาริมิเตอร์ใกล้อินฟราเรดบนกล้องโทรทรรศน์แคนาดา-ฝรั่งเศส-ฮาวาย ได้รับการออกแบบในแคนาดาเป็นหลัก SPIrou เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการศึกษาดาวมวลต่ำ เช่น องค์ประกอบไบนารีของ TOI-1452 เนื่องจากสว่างที่สุดในช่วงความยาวคลื่นอินฟราเรด ถึงกระนั้นก็ยังต้องใช้เวลามากกว่า 50 ชั่วโมงในการสังเกตเพื่อประเมินมวลของดาวเคราะห์ (ประมาณห้าเท่าของโลก)

ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ต่อไปคือการวิเคราะห์ข้อมูล ซึ่งดำเนินการโดยใช้วิธีการวิเคราะห์แบบบรรทัดต่อบรรทัด (LBL) ที่พัฒนาโดยนักวิจัย Etienne Artigau และ Neil Cook (รวมถึง iREx ด้วย) สิ่งนี้ทำให้ทีมสามารถระบุสัญญาณจาง ๆ ที่เกิดจากดาวเคราะห์นอกระบบในข้อมูล SPIrou ในที่สุดปริญญาเอก นักศึกษาจากมหาวิทยาลัยมอนทรีออล Farbod Jahandar และ Thomas Vandal ได้วิเคราะห์ข้อมูล SPIrou เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับองค์ประกอบของดาวโฮสต์ ซึ่งมีประโยชน์ในการจำกัดโครงสร้างภายในของดาวเคราะห์ จากการประมาณการของการวัดรัศมี มวล และความหนาแน่น นักดาราศาสตร์ตั้งทฤษฎีว่า TOI 1452 b น่าจะเป็นดาวเคราะห์หิน

อย่างไรก็ตาม การประมาณการเดียวกันนี้ทำให้พวกเขาสรุปได้ว่า TOI 1452 b อาจถูกชั้นน้ำหนาทึบปกคลุม คล้ายกับดวงจันทร์ที่ใหญ่ที่สุดของดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ และวัตถุน้ำแข็งของระบบสุริยะชั้นนอก สิ่งนี้ได้รับการสนับสนุนโดยแบบจำลองภายในโดย Mykhailo Plotnikov และ Diana Valencia จากมหาวิทยาลัยโตรอนโต ซึ่งแสดงให้เห็นว่าน้ำอาจมีมากถึง 30% ของมวล TOI 1452 b ซึ่งคล้ายกับดวงจันทร์เช่นดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดี Europea, Ganymede และคัลลิสโต และดวงจันทร์ไททัน ไดโอนี และเอนเซลาดัสของดาวเสาร์

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักดาราศาสตร์ได้ค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบที่คล้ายกันหลายร้อยดวงที่มีรัศมีและมวลระหว่างโลกกับดาวเนปจูน แต่มีความหนาแน่นต่ำกว่าอย่างเห็นได้ชัด นี่แสดงให้เห็นว่ามวลส่วนใหญ่ของดาวเคราะห์นอกระบบเหล่านี้ประกอบด้วยสารระเหย เช่น น้ำ ซึ่งนำไปสู่ชื่อเล่นว่า “ดาวเคราะห์ในมหาสมุทร” ตามที่ Cadieux อธิบาย การค้นพบครั้งล่าสุดนี้อาจเป็นดาวเคราะห์ดวงแรกที่ถูกค้นพบ

“TOI-1452 b เป็นหนึ่งในดาวเคราะห์มหาสมุทรที่ดีที่สุดที่เราเคยพบมาจนถึงปัจจุบัน รัศมีและมวลของมันบ่งบอกว่ามีความหนาแน่นต่ำกว่าที่คาดไว้มากสำหรับดาวเคราะห์ที่ประกอบด้วยโลหะและหินส่วนใหญ่คล้ายโลก”

เนื่องจาก TOI-1452 b โคจรรอบ HZ ของดาวฤกษ์แม่ จึงไม่น่าจะมีพื้นผิวน้ำแข็ง ซึ่งหมายความว่าอาจมีมหาสมุทรลึกหลายกิโลเมตร สิ่งนี้ทำให้ TOI-1452 ba เป็นตัวเลือกที่สมบูรณ์แบบสำหรับการสังเกตการณ์เพิ่มเติมโดย JWST เนื่องจากเป็นหนึ่งในดาวเคราะห์เขตอบอุ่นเพียงไม่กี่แห่งที่รู้จักกันซึ่งยังแสดงลักษณะของดาวเคราะห์ในมหาสมุทรอีกด้วย ความใกล้ชิดกับโลกทำให้เป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับการกำหนดลักษณะบรรยากาศบางอย่าง เว็บ เก่งมาก – ดังที่แสดงโดยสเปกตรัมที่ได้รับสองครั้งจาก WASP-59 (ยืนยันการมีน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์)

เพื่อให้เรื่องดียิ่งขึ้นไปอีก TOI-1452 จะอยู่ในส่วนของท้องฟ้านั่นเอง เว็บ สามารถชมได้ตลอดทั้งปี ทำให้อยู่ในตำแหน่งที่สมบูรณ์แบบสำหรับการสังเกตการณ์เพิ่มเติม Doyon ซึ่งเป็นผู้ตรวจสอบหลักของ Near Infrared Imaging และ Slitless Spectrograph (NIRISS) ของ Canadian Space Agency ที่ให้การสนับสนุน JWST กล่าวว่า “การสังเกตการณ์ของเราด้วยกล้องโทรทรรศน์เวบบ์จะมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจ TOI-1452 b ให้ดีขึ้น “โดยเร็วที่สุดเราจะจองเวลาบนเว็บบ์เพื่อดูโลกที่แปลกประหลาดและมหัศจรรย์นี้”

อ่านเพิ่มเติม: เร็กซ์: