ดาวเคราะห์ที่มีดวงอาทิตย์สองดวงยังคงหาได้ยากในจักรวาลเนื่องจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

ดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดวงอาทิตย์สองดวงในเวลาเดียวกันมักปรากฏในนิยายวิทยาศาสตร์ ในจักรวาลที่แท้จริงพวกมันหายาก

ในบรรดาดาวเคราะห์นอกระบบมากกว่า 6,000 ดวงที่ได้รับการยืนยันแล้ว มีเพียง 14 ระบบวงโคจรที่เกิดจากดาวสองดวงเท่านั้น ตัวเลขนี้ต่ำกว่าที่นักดาราศาสตร์คาดว่าจะพบเมื่อพิจารณาว่ามีดาวฤกษ์กี่ดวงเป็นคู่ๆ

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ ในสหรัฐอเมริกา และมหาวิทยาลัยอเมริกันแห่งเบรุต ในประเทศเลบานอน ตีพิมพ์ผลการศึกษาในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2568 ในวารสาร The Astrophysical Journal Letters พวกเขาได้ตรวจสอบสิ่งที่อาจทำให้เกิดปัญหาการขาดแคลนนี้ การคำนวณบ่งชี้ว่าผลกระทบที่ทำนายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ มีส่วนทำให้วงโคจรของดาวเคราะห์เหล่านี้ไม่เสถียรเมื่อเวลาผ่านไป

การเคลื่อนตัวของวงโคจรส่งผลต่อเสถียรภาพของโลกรอบโลก

ในระบบดาวคู่ ดาวสองดวงโคจรรอบกันและกัน ดาวเคราะห์ที่โคจรรอบทั้งสองดวงต้องทนทุกข์ทรมานจากอิทธิพลแรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์ทั้งสองดวง แรงนี้ทำให้การวางแนววงโคจรของดาวเคราะห์เปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ ปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการเคลื่อนตัวของวงโคจร

กระบวนการเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับดวงดาวด้วยเช่นกัน ส่วนหนึ่งของการเปลี่ยนแปลงการวางแนวนี้มาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป เมื่อเวลาผ่านไปหลายล้านปี ปฏิสัมพันธ์ระหว่างดวงดาวทำให้ระยะห่างระหว่างดวงดาวค่อยๆ ลดลง

วิธีการนี้จะเปลี่ยนความเร็วที่ดวงดาวหมุนรอบกันและกัน แบบจำลองทางคณิตศาสตร์และคอมพิวเตอร์แสดงให้เห็นว่า precession ที่เกิดจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปมีความเข้มแข็งมากขึ้นในสถานการณ์นี้

ผลลัพธ์ที่ได้คือเสียงสะท้อนที่เพิ่มความเยื้องศูนย์ของวงโคจรของดาวเคราะห์ วิถีจะยาวขึ้นเรื่อยๆ

• ดาวเคราะห์อาจถูกขับออกจากระบบโดยสิ้นเชิง
• มันสามารถเข้าใกล้ดาวฤกษ์ดวงใดดวงหนึ่งมากเกินไปและถูกคลื่นรบกวนได้
• ในหลายกรณี ดาวเคราะห์ดวงหนึ่งก็ถูกกลืนหายไปโดยดาวดวงหนึ่ง

นักวิจัยประเมินว่าผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพทำให้ดาวเคราะห์แปดในสิบดวงในระบบคู่แคบไม่เสถียร ในจำนวนนี้ ประมาณ 75% จะถูกทำลายในกระบวนการนี้

ระบบไบนารี่ที่แน่นหนาทำให้เกิดโซนความไม่แน่นอนที่ชัดเจน

ไบนารีที่มีคาบการโคจรเจ็ดวันหรือน้อยกว่านั้นจะมีสมาธิกับระบบสุริยุปราคาส่วนใหญ่ที่สังเกตได้ ในกรณีเหล่านี้เองที่ความขาดแคลนของดาวเคราะห์รอบวงโคจรปรากฏชัดเจนยิ่งขึ้น นักดาราศาสตร์เรียกภูมิภาคนี้ว่าทะเลทรายของดาวเคราะห์

ดาวเคราะห์ 12 ดวงจากทั้งหมด 14 ดวงที่รู้จักโคจรอยู่นอกเขตความไม่เสถียรนี้ นี่แสดงให้เห็นว่าพวกมันจำนวนมากก่อตัวขึ้นไกลออกไปและอพยพเข้าไปข้างในในภายหลัง การสร้างดาวเคราะห์ใกล้กับขอบเขตที่ไม่เสถียรนั้นเป็นเรื่องยากมาก

แบบจำลองแสดงให้เห็นว่าการรวมกันของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและการหดตัวของวงโคจรของคลื่นทำให้บริเวณใกล้กับระบบไบนารีแน่น ดาวเคราะห์ที่สามารถเอาชีวิตรอดได้นั้นอยู่ในวงโคจรที่กว้างขึ้น ซึ่งผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพมีความเข้มข้นน้อยกว่า

การค้นพบตอกย้ำความเข้าใจเรื่องการกำเนิดดาวเคราะห์ในหลายระบบ

ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่รู้จักส่วนใหญ่ถูกตรวจพบโดยการผ่านหน้าหรือความเร็วในแนวรัศมี ทั้งสองวิธีทำงานได้ดีที่สุดเมื่อดาวเคราะห์โคจรรอบดาวฤกษ์ดวงเดียว ระบบไบนารี่ทำให้การสังเกตมีความซับซ้อนเนื่องจากดาวทั้งสองดวงสร้างสัญญาณที่ซับซ้อนมากขึ้น

ถึงกระนั้นก็ตาม จำนวนดาวเคราะห์ในวงโคจรที่ต่ำได้ดึงดูดความสนใจนับตั้งแต่ปีแรกของการดำเนินงานของกล้องโทรทรรศน์เคปเลอร์ นักดาราศาสตร์คาดว่าจะมีกรณีหลายร้อยกรณี กลับพบว่ามีเศษเพียงเล็กน้อย

การศึกษานี้ให้คำอธิบายทางทฤษฎีที่สอดคล้องกับข้อมูลเชิงสังเกต เขาไม่ได้ตัดทอนปัจจัยอื่นๆ เช่น ความยากในการตรวจจับหรือกระบวนการก่อตัวต่างๆ แต่มันบ่งชี้ว่าพลวัตของวงโคจรที่ได้รับอิทธิพลจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปมีบทบาทสำคัญในสิ่งที่หายากของโลกเหล่านี้

การเปรียบเทียบกับนิยายวิทยาศาสตร์เน้นความแตกต่างกับความเป็นจริงที่สังเกตได้

โลกเช่น Tatooine ของ Star Wars ได้สร้างแรงบันดาลใจให้กับผู้ชมหลายรุ่นด้วยแนวคิดเกี่ยวกับดาวเคราะห์ที่ส่องสว่างด้วยดวงอาทิตย์สองดวง ในทางปฏิบัติ จักรวาลแสดงให้เห็นว่าสภาวะคงที่สำหรับโครงร่างประเภทนี้ไม่ใช่เรื่องปกติ

กรณีที่ได้รับการยืนยัน 14 รายถือเป็นข้อยกเว้นอันมีค่า ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ทดสอบแบบจำลองการกำเนิดและวิวัฒนาการของดาวเคราะห์ในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน การสังเกตการณ์ในอนาคตด้วยกล้องโทรทรรศน์ที่มีความไวมากขึ้นอาจเผยให้เห็นว่ามีดาวเคราะห์โคจรอยู่เป็นจำนวนมากในบริเวณที่ห่างไกลจากระบบดาวคู่หรือไม่

งานนี้ช่วยปรับความคาดหวังเกี่ยวกับจำนวนดาวเคราะห์ที่น่าอยู่อาศัยหรือน่าสนใจที่อาจมีอยู่ในระบบต่างๆ นอกจากนี้ยังตอกย้ำว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปซึ่งเป็นทฤษฎีปี 1915 ยังคงเกี่ยวข้องกับการตีความปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ในปัจจุบันอย่างไร

ตัวเลขเปิดเผยอะไรเกี่ยวกับดาวเคราะห์นอกระบบในระบบไบนารี

• มีดาวเคราะห์นอกระบบที่ยืนยันแล้วมากกว่า 6,000 ดวง
• มีเพียง 14 ดวงเท่านั้นที่โคจรรอบดาวสองดวงพร้อมกัน
• 14 ตัวที่รู้จักส่วนใหญ่อยู่นอกโซนความไม่แน่นอนของไบนารี่ที่แน่นหนา
• แบบจำลองระบุว่า 80% ของดาวเคราะห์ใกล้เคียงจะถูกทำลายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป
• ดาวเคราะห์ที่ไม่เสถียรประมาณ 75% จะถูกทำลาย

ข้อมูลนี้มาจากการสังเกตการณ์ที่สะสมโดยภารกิจต่างๆ เช่น เคปเลอร์และเทสส์ ผสมกับการจำลองทางทฤษฎีล่าสุด

ขั้นตอนต่อไปในการค้นหาดาวเคราะห์ในระบบไบนารี

นักดาราศาสตร์วางแผนที่จะติดตามระบบไบนารีที่รู้จักต่อไปด้วยเครื่องมือที่มีความแม่นยำสูง เป้าหมายคือการตรวจจับผู้สมัครมากขึ้นและยืนยันวงโคจรที่มั่นคงในระยะทางที่ไกลขึ้น

การศึกษาเช่นนี้ยังเป็นแนวทางในการตีความข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศในอนาคตอีกด้วย การทำความเข้าใจกลไกความไม่เสถียรช่วยแยกแยะระหว่างการไม่มีดาวเคราะห์จริงและข้อจำกัดในการตรวจจับ

งานวิจัยที่ตีพิมพ์ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2568 ปูทางไปสู่แบบจำลองวิวัฒนาการของระบบดาวเคราะห์หลายระบบที่แม่นยำยิ่งขึ้น มันแสดงให้เห็นว่าพลังอันละเอียดอ่อนซึ่งทำนายไว้เมื่อกว่าศตวรรษก่อนนั้นมีอิทธิพลต่อสิ่งที่เราสังเกตเห็นในจักรวาลทุกวันนี้อย่างไร