วิธีที่ดาวเคราะห์ก่อตัวในระบบเลขฐานสองโดยไม่ถูกบดขยี้

นักดาราศาสตร์ได้พัฒนาแบบจำลองที่เหมือนจริงที่สุดจนถึงวันที่ก่อตัวดาวเคราะห์ในระบบดาวคู่

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์และสถาบัน Max Planck สำหรับฟิสิกส์นอกโลก ได้แสดงให้เห็นว่าดาวเคราะห์นอกระบบในระบบดาวคู่ เช่น ดาวเคราะห์ ‘Tatooine’ ที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศเคปเลอร์ของ NASA ค้นพบนั้นเกิดขึ้นได้อย่างไรโดยไม่ถูกทำลาย สภาพแวดล้อมการเกิดที่วุ่นวาย

พวกเขาศึกษาระบบดาวคู่ประเภทหนึ่งที่ดาวข้างเคียงที่เล็กกว่าโคจรรอบดาวฤกษ์แม่ที่ใหญ่กว่าประมาณทุกๆ 100 ปี – อัลฟา เซ็นทอรี เพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุดของเราเป็นตัวอย่างของระบบดังกล่าว

ดร.โรมัน ราฟิคอฟ ผู้เขียนร่วมจาก Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics ของเคมบริดจ์ กล่าวว่า “ระบบเช่นนี้จะเทียบเท่ากับดวงอาทิตย์ดวงที่สองที่ดาวยูเรนัสอยู่ ซึ่งจะทำให้ระบบสุริยะของเราดูแตกต่างออกไปมาก”

Rafikov และผู้เขียนร่วม Dr Kedron Silsbee จากสถาบัน Max Planck สำหรับฟิสิกส์นอกโลก พบว่าสำหรับดาวเคราะห์ที่จะก่อตัวในระบบเหล่านี้ Planetesimals ซึ่งเป็นกลุ่มอาคารของดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์อายุน้อยต้องเริ่มต้นอย่างน้อย 10 กิโลเมตร เส้นผ่านศูนย์กลาง และจานฝุ่น น้ำแข็ง และก๊าซรอบดาวฤกษ์ที่ดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นจะต้องค่อนข้างกลม

งาน วิจัยซึ่งตีพิมพ์ใน Astronomy and Astrophysicsนำการศึกษาการก่อตัวดาวเคราะห์ในระบบไบนารีไปสู่ระดับใหม่ของความสมจริง และอธิบายว่าดาวเคราะห์ดังกล่าวสามารถก่อตัวขึ้นได้จำนวนหนึ่งซึ่งตรวจพบได้อย่างไร

เชื่อกันว่าการก่อตัวของดาวเคราะห์เริ่มต้นในจานก่อกำเนิดดาวเคราะห์ ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยไฮโดรเจน ฮีเลียม และอนุภาคเล็กๆ ของน้ำแข็งและฝุ่น ซึ่งโคจรรอบดาวฤกษ์อายุน้อย ตามทฤษฎีชั้นนำในปัจจุบันว่าดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นอย่างไร หรือที่เรียกว่าการรวมตัวของแกนกลาง อนุภาคฝุ่นเกาะติดกันจนก่อตัวเป็นวัตถุแข็งที่ใหญ่ขึ้นและใหญ่ขึ้นในที่สุด หากกระบวนการหยุดลงก่อนเวลา ผลลัพธ์อาจเป็นดาวเคราะห์คล้ายโลกที่เป็นหิน หากดาวเคราะห์ดวงนี้มีขนาดใหญ่กว่าโลก แรงโน้มถ่วงของมันก็เพียงพอที่จะดักจับก๊าซปริมาณมากจากจาน ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของก๊าซยักษ์อย่างดาวพฤหัสบดี

“ทฤษฎีนี้สมเหตุสมผลสำหรับระบบดาวเคราะห์ที่ก่อตัวรอบดาวฤกษ์ดวงเดียว แต่การก่อตัวของดาวเคราะห์ในระบบดาวคู่นั้นซับซ้อนกว่า เพราะดาวข้างเคียงทำตัวเหมือนเครื่องตีไข่ยักษ์ ซึ่งทำให้จานกำเนิดดาวเคราะห์ตื่นเต้นแบบไดนามิก” Rafikov กล่าว

“ในระบบที่มีดาวดวงเดียว อนุภาคในจานเคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่ำ ดังนั้นพวกมันจึงเกาะติดกันได้ง่ายเมื่อชนกัน ทำให้พวกมันเติบโตได้” ซิลส์บีกล่าว “แต่เนื่องจากผลกระทบของ ‘เครื่อง ตีไข่’ ของดาวข้างเคียงในระบบดาวคู่ อนุภาคของแข็งที่นั่นชนกันด้วยความเร็วที่สูงกว่ามาก ดังนั้นเมื่อชนกันก็จะทำลายซึ่งกันและกัน”

ดาวเคราะห์นอกระบบจำนวนมากถูกพบในระบบเลขฐานสอง ดังนั้นคำถามก็คือว่าพวกมันไปถึงที่นั่นได้อย่างไร นักดาราศาสตร์บางคนถึงกับแนะนำว่าบางทีดาวเคราะห์เหล่านี้อาจลอยอยู่ในอวกาศระหว่างดวงดาวและถูกดูดเข้าไปโดยแรงโน้มถ่วงของดาวคู่ เป็นต้น

Rafikov และ Silsbee ได้ทำการจำลองสถานการณ์เพื่อช่วยไขปริศนานี้ พวกเขาพัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์โดยละเอียดของการเติบโตของดาวเคราะห์ในระบบเลขฐานสองที่ใช้อินพุตทางกายภาพที่เหมือนจริงและอธิบายกระบวนการที่มักถูกมองข้าม เช่น ผลกระทบจากจานก๊าซที่มีต่อการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ภายใน

“จานนี้ทราบกันดีว่าส่งผลกระทบโดยตรงต่อดาวเคราะห์ผ่านการลากของก๊าซ ซึ่งทำหน้าที่เหมือนลม” ซิลส์บีกล่าว “ไม่กี่ปีที่ผ่านมา เราตระหนักว่านอกจากแรงต้านของก๊าซแล้ว แรงโน้มถ่วงของจานเองยังเปลี่ยนแปลงพลวัตของดาวเคราะห์ไปอย่างมาก ในบางกรณีทำให้ดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นได้แม้ว่าจะมีการรบกวนแรงโน้มถ่วงอันเนื่องมาจากดาวข้างเคียงก็ตาม”

Rafikov กล่าวว่า” แบบจำลอง ที่เรา สร้างขึ้นได้ดึงเอางานนี้ เช่นเดียวกับงานก่อนหน้าอื่นๆ เพื่อทดสอบทฤษฎีการก่อตัวดาวเคราะห์”

แบบจำลองของพวกเขาพบว่าดาวเคราะห์สามารถก่อตัวในระบบดาวคู่ เช่น Alpha Centauri โดยมีเงื่อนไขว่าดาวเคราะห์เริ่มจากขนาดอย่างน้อย 10 กิโลเมตร และจานก่อกำเนิดดาวเคราะห์เองก็ใกล้เคียงกับวงกลม โดยไม่มีสิ่งผิดปกติสำคัญใดๆ เมื่อเป็นไปตามเงื่อนไขเหล่านี้ ดาวเคราะห์ในบางส่วนของจานจะเคลื่อนที่ช้าพอที่จะสัมพันธ์กันจนเกาะติดกันแทนที่จะทำลายกันและกัน

การค้นพบนี้สนับสนุนกลไกเฉพาะของการก่อตัวดาวเคราะห์ที่เรียกว่าความไม่แน่นอนของการสตรีม ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของกระบวนการก่อตัวดาวเคราะห์ ความไม่เสถียรนี้เป็นผลกระทบโดยรวม ซึ่งเกี่ยวข้องกับอนุภาคของแข็งจำนวนมากในที่ที่มีก๊าซ ซึ่งสามารถรวมเม็ดฝุ่นขนาดกรวดถึงก้อนหินเพื่อสร้างดาวเคราะห์ขนาดใหญ่สองสามดวง ซึ่งจะอยู่รอดได้จากการชนส่วนใหญ่

ผลงานชิ้นนี้ให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญสำหรับทฤษฎีการก่อตัวดาวเคราะห์รอบดาวคู่และดาวเดี่ยว ตลอดจนการจำลองอุทกพลศาสตร์ของจานก่อกำเนิดดาวเคราะห์ในระบบไบนารี ในอนาคต แบบจำลองนี้ยังสามารถใช้เพื่ออธิบายที่มาของ ดาวเคราะห์ ‘ Tatoine ‘ ซึ่งเป็น ดาวเคราะห์นอกระบบที่โคจรรอบส่วนประกอบทั้งสองของดาวคู่ ประมาณโหลซึ่งได้รับการระบุโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเคปเลอร์ของNASA

อ้างอิง:
Kedron Silsbee และ Roman R. Rafikov ‘ การก่อตัวของดาวเคราะห์ในไบนารีดาวฤกษ์: การจำลองทั่วโลกของการเติบโตของดาวเคราะห์ ‘ ดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์ (2021). ดอย:10.1051/0004-6361/20214113

หน้าแรก