การสังเกตการณ์จากกล้องโทรทรรศน์เจมส์ เวบบ์ให้รายละเอียดเกี่ยวกับต้นกำเนิดของวัตถุขนาดใหญ่ในระบบ 29 Cygni

กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ บันทึกข้อมูลที่ไม่เคยมีมาก่อนเกี่ยวกับองค์ประกอบและกำเนิดของวัตถุทางดาราศาสตร์ 29 Cygni b. เทห์ฟากฟ้ามีมวลประมาณ 15 เท่าของดาวพฤหัสบดี และโคจรรอบดาวฤกษ์ที่มีลักษณะคล้ายกับดวงอาทิตย์ ซึ่งอยู่ห่างจากโลก 133 ปีแสง ข้อมูลที่บันทึกโดยเครื่องมือที่มีความแม่นยำสูงชี้ไปที่กระบวนการก่อตัวโครงสร้างที่แตกต่างจากที่คาดไว้สำหรับวัตถุขนาดนี้ โดยให้เบาะแสเกี่ยวกับพลวัตของระบบดาวฤกษ์ที่อยู่ห่างไกล

การวิเคราะห์บรรยากาศโดยละเอียดเผยให้เห็นว่ามีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และคาร์บอนมอนอกไซด์อยู่อย่างเห็นได้ชัด ลักษณะทางเคมีนี้บ่งบอกว่าร่างกายก่อตัวขึ้นจากการเพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไปภายในดิสก์ก่อกำเนิดดาวเคราะห์ โดยสะสมวัสดุอย่างช้าๆ เมื่อเวลาผ่านไป การค้นพบนี้ท้าทายแบบจำลองก่อนหน้านี้ซึ่งบ่งชี้ว่าการล่มสลายของเมฆก๊าซโดยตรงเป็นหนทางเดียวในการสร้างวัตถุขนาดใหญ่เช่นนี้ ซึ่งช่วยกำหนดขอบเขตระหว่างดาวเคราะห์ยักษ์และดาวแคระน้ำตาลใหม่

ดูภาพนี้บน Instagram

โพสต์ที่แชร์โดย NASA Webb Telescope (@nasawebb)

การวิเคราะห์บรรยากาศและการตรวจจับองค์ประกอบหนัก

นักดาราศาสตร์มุ่งความสนใจไปที่สัดส่วนของก๊าซที่มีอยู่ในชั้นนอกของ 29 Cygni b การดูดซับที่แข็งแกร่งของโมเลกุลคาร์บอนบ่งชี้ถึงการเพิ่มธาตุหนักอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งจัดประเภทตามหลักฟิสิกส์ดาราศาสตร์โดยทั่วไปว่าเป็นโลหะ การคำนวณประมาณการว่าวัตถุนี้มีมวลประมาณ 150 เท่าของมวลโลกในวัสดุที่มีความหนาแน่นมากกว่าเหล่านี้เพียงอย่างเดียว ปริมาตรของธาตุหนักนี้เกินกว่าอัตราที่สังเกตได้ในกระบวนการก่อตัวดาวฤกษ์ที่รวดเร็วมาก

องค์ประกอบทางเคมีเป็นหลักฐานฟอสซิลเกี่ยวกับประวัติของระบบ เมื่อวัตถุก่อตัวขึ้นจากการยุบตัวอย่างรวดเร็วของเมฆก๊าซบริสุทธิ์ องค์ประกอบของมันก็มีแนวโน้มที่จะสะท้อนองค์ประกอบของดาวฤกษ์แม่อย่างแน่นอน อย่างไรก็ตาม สารประกอบคาร์บอนที่มีความเข้มข้นสูงใน 29 Cygni b แสดงให้เห็นถึงการสะสมของวัสดุแข็งที่อุดมด้วยโลหะก่อนที่จะจับตัวห่อหุ้มก๊าซ แกนแข็งขยายตัวอย่างต่อเนื่องจนกระทั่งถึงแรงโน้มถ่วงมากพอที่จะดึงดูดก๊าซที่อยู่รอบๆ

ดาวฤกษ์ใจกลางระบบที่เรียกว่า 29 ซิกนี มีองค์ประกอบทางเคมีคล้ายกับดวงอาทิตย์ของเรามาก และมีดิสก์เศษซากที่บันทึกไว้แล้วจากการสังเกตการณ์ครั้งก่อนๆ สภาพแวดล้อมที่เต็มไปด้วยฝุ่นและเศษหินนี้เป็นวัสดุที่จำเป็นสำหรับการเติบโตอย่างต่อเนื่องของสหายยักษ์ ระยะวงโคจรของวัตถุจากดาวฤกษ์อยู่ที่ประมาณ 2.4 พันล้านกิโลเมตร ซึ่งเป็นการวัดที่คล้ายกับตำแหน่งของดาวยูเรนัสในระบบสุริยะ

บทบาทของเทคโนโลยีในการสังเกตอวกาศ

การถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบโดยตรงต้องใช้อุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อนอย่างยิ่ง ทีมวิจัยใช้กล้อง NIRCam ของ James Webb ที่ทำงานในโหมดโคโรนากราฟิก เทคนิคนี้ใช้เกราะป้องกันทางกายภาพภายในเครื่องมือเพื่อกันแสงจ้าที่ทำให้ไม่เห็นของดาวฤกษ์หลัก การปิดกั้นแสงตรงกลางทำให้เซ็นเซอร์สามารถบันทึกความส่องสว่างที่ต่ำมากของวัตถุที่กำลังโคจรอยู่ ทำให้สามารถวิเคราะห์บรรยากาศของมันด้วยสเปกโทรสโกปีด้วยรายละเอียดในระดับที่เป็นไปไม่ได้สำหรับกล้องโทรทรรศน์รุ่นก่อนๆ

Leia Tambem

จอช จาคอบส์ รันนิ่งแบ็กของทีมกรีนเบย์ แพ็คเกอร์ส ถูกจับในรัฐวิสคอนซิน ฐานใช้ความรุนแรงในครอบครัว

กาเบรียล เฆซุส ปฏิเสธยักษ์ใหญ่ในยุโรป และตัดสินใจอยู่ที่อาร์เซนอลต่อไปเพื่อแสวงหาสถิติประวัติศาสตร์

โชคชะตาของคริสเตียโน โรนัลโด้และลิโอเนล เมสซีก้าวไปไกลกว่าสนามด้วยการลงทุนมูลค่านับพันล้านดอลลาร์

การใช้ตัวกรองเฉพาะในช่วงอินฟราเรดช่วยให้ตรวจวัดอัตราการดูดซับคาร์บอนและออกซิเจนได้อย่างแม่นยำ อุณหภูมิพื้นผิวของวัตถุเหล่านี้อยู่ระหว่าง 530 ถึง 1,000 องศาเซลเซียส ช่วงความร้อนนี้จะทำให้เคมีในบรรยากาศอยู่ในสถานะที่ทำให้เซ็นเซอร์ของกล้องโทรทรรศน์ระบุโมเลกุลได้ง่ายขึ้น เจมส์ เวบบ์รวมการสังเกตการณ์โดยตรงให้เป็นเครื่องมือสำคัญ โดยเสริมวิธีการเคลื่อนผ่านแบบดั้งเดิมและความเร็วแนวรัศมีที่ใช้ในการล่าดาวเคราะห์นอกระบบ

ความแตกต่างในกระบวนการสร้างจักรวาล

จักรวาลนำเสนอสองเส้นทางหลักสำหรับการสร้างเทห์ฟากฟ้าขนาดมหึมา ดาวเคราะห์หินและก๊าซยักษ์เช่นดาวพฤหัสบดีเติบโตจากล่างขึ้นบน เม็ดฝุ่นขนาดจิ๋วชนกันและเกาะติดกัน ก่อตัวเป็นบล็อกที่ใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ และในที่สุดจะสะสมก๊าซ ในทางกลับกัน ดาวฤกษ์และดาวแคระน้ำตาลปรากฏจากบนลงล่าง เมฆโมเลกุลขนาดมหึมาเผชิญกับความไม่แน่นอนของแรงโน้มถ่วงและยุบตัวลงอย่างรวดเร็วในตัวมันเอง ทำให้มวลรวมศูนย์ไว้ที่จุดศูนย์กลางจุดเดียว

วัตถุ 29 Cygni b มีมวลที่วางอยู่ในเขตเปลี่ยนผ่านระหว่างสองประเภทนี้พอดี เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่ชุมชนวิทยาศาสตร์ถกเถียงกันว่าวัตถุที่มีมวลดาวพฤหัสบดีมากกว่า 10 ถึง 13 มวลสามารถก่อตัวผ่านแบบจำลองการเพิ่มมวลของดาวเคราะห์ได้หรือไม่ ข้อมูลล่าสุดพิสูจน์ว่าดิสก์ก่อกำเนิดดาวเคราะห์มีความสามารถในการสร้างซุปเปอร์ดาวพฤหัสซึ่งมีมวลมากกว่าทฤษฎีดั้งเดิมที่กำหนดไว้มาก

• การระบุก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และคาร์บอนมอนอกไซด์ในบรรยากาศได้อย่างชัดเจน
• ความเข้มข้นของธาตุหนักเท่ากับ 150 มวลโลก
• การจัดตำแหน่งที่แม่นยำระหว่างวงโคจรของวัตถุกับแกนการหมุนของดาว
• ระยะทางวงโคจรเฉลี่ยอยู่ในช่วง 2.4 พันล้านกิโลเมตร
• อายุของระบบยังน้อยสะท้อนให้เห็นในอุณหภูมิสูงของเทห์ฟากฟ้า

คุณลักษณะที่ระบุไว้ข้างต้นก่อให้เกิดหลักฐานที่แข็งแกร่งซึ่งสนับสนุนแบบจำลองการเพิ่มปริมาณ การรวมกันของมวลสูงกับสารเคมีที่อุดมด้วยโลหะ ทำให้เกิดการแก้ไขพารามิเตอร์ที่ใช้ในการจำลองวิวัฒนาการของระบบดาวฤกษ์อายุน้อยด้วยคอมพิวเตอร์

การยืนยันวงโคจรและขั้นตอนการวิจัยต่อไป

การสังเกตการณ์เพิ่มเติมจากภาคพื้นดินช่วยเสริมการค้นพบที่เกิดขึ้นในอวกาศ อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ CHARA Array วัดการหมุนของดาวฤกษ์หลักและยืนยันการจัดตำแหน่งวงโคจรของ 29 Cygni b เรขาคณิตประเภทนี้เป็นจุดเด่นของวัตถุที่เกิดและเติบโตในระนาบเดียวกับจานกำเนิดดาวเคราะห์ดั้งเดิม วัตถุที่เกิดจากการกระจัดกระจายอย่างวุ่นวายของเมฆก๊าซหรือแรงโน้มถ่วงดึงดูดมีแนวโน้มที่จะมีวงโคจรเอียงหรือประหลาดมากเมื่อเทียบกับเส้นศูนย์สูตรของดาว

การศึกษา Cygni b ครั้งที่ 29 ถือเป็นระยะแรกของโครงการสังเกตการณ์ที่กว้างขึ้น ทีมวิทยาศาสตร์ได้เลือกเป้าหมายเฉพาะสี่ประการเพื่อการวิเคราะห์ วัตถุที่เลือกทั้งหมดมีมวลอยู่ระหว่าง 1 ถึง 15 เท่าของดาวพฤหัส และโคจรรอบดาวฤกษ์ตามลำดับในระยะทางไกลถึง 15 พันล้านกิโลเมตร การคัดเลือกอย่างรอบคอบทำให้สามารถเปรียบเทียบองค์ประกอบทางเคมีในช่วงมวลที่ต่างกันได้โดยตรงภายในสภาพแวดล้อมดวงดาวที่คล้ายคลึงกัน

นักวิจัยได้กำหนดการวิเคราะห์สเปกตรัมรอบใหม่สำหรับวัตถุอีกสามชิ้นในแค็ตตาล็อก วัตถุประสงค์หลักของโครงการนี้คือ การทำแผนที่อย่างแม่นยำว่าระบอบการก่อตัวของดาวเคราะห์สิ้นสุดการสะสมมวลสารที่ไหน และกระบวนการยุบตัวของดาวฤกษ์เริ่มต้นที่ใด ผลลัพธ์เบื้องต้นแสดงให้เห็นแล้วว่าขีดจำกัดมวลหนักที่ยอมรับก่อนหน้านี้จำเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยน การวัดในอนาคตจะยังคงปรับปรุงการประมาณองค์ประกอบ ซึ่งจะทำให้ได้ภาพที่ชัดเจนยิ่งขึ้นเกี่ยวกับความหลากหลายของโลกขนาดยักษ์ในจักรวาล