JWST พบดาวเคราะห์ซอมบี้โคจรรอบดาวที่ตายแล้ว — อาจเป็นอนาคตของดาวพฤหัสบดี

ดาวเคราะห์ขนาดเท่าดาวพฤหัสบดีชื่อ WD 1856 b โคจรรอบดาวแคระขาวที่อยู่ห่างจากโลก 80 ปีแสง ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ที่ตายแล้วซึ่งหมดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ไปนานแล้ว นักดาราศาสตร์ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (JWST) ยืนยันว่าดาวเคราะห์นอกระบบนี้เป็นโลกที่เย็นที่สุดเท่าที่เคยตรวจพบโดยตรงจากการแผ่รังสีแสง โดยมีชั้นบรรยากาศที่อุดมไปด้วยมีเทนและปกคลุมด้วยหมอกหนา การดำรงอยู่ของมันให้ภาพที่หาได้ยากของอนาคตที่เป็นไปได้ของระบบสุริยะของเรา

ดาวเคราะห์นอกระบบที่เย็นที่สุดเท่าที่เคยตรวจพบโดยตรง

WD 1856 b ไม่ใช่ดาวเคราะห์ประเภทที่พาดหัวข่าวเพราะร้อนระอุ ด้วยอุณหภูมิ 186 เคลวิน (−87°C) มันเป็นดาวเคราะห์นอกระบบที่เย็นที่สุดซึ่งเคยตรวจพบแสงโดยตรง เครื่องมือ MIRI (Mid-Infrared Instrument) ของ JWST ตรวจจับการเรืองแสงจากความร้อนจางๆ ของดาวเคราะห์ ซึ่งยืนยันว่ามันเป็นดาวเคราะห์โคจรผ่านหน้าดาวฤกษ์ดวงแรกที่รู้จักซึ่งโคจรรอบดาวแคระขาว การตรวจจับนี้มีนัยสำคัญทางสถิติที่ 5.7 ซิกมา และยังจำกัดมวลของดาวเคราะห์ไว้ที่ไม่เกิน 6 เท่าของมวลดาวพฤหัสบดี

ก่อนการค้นพบนี้ ไม่มีดาวเคราะห์นอกระบบใดที่เย็นกว่า 275 เคลวินที่เคยถูกถ่ายภาพโดยตรงจากการแผ่รังสีแสง

ชั้นบรรยากาศคล้ายไททัน: มีเทนและหมอก

เมื่อนักดาราศาสตร์วิเคราะห์แสงที่ส่องผ่านชั้นบรรยากาศของ WD 1856 b ในขณะที่มันเคลื่อนที่ผ่านหน้าดาวฤกษ์ พวกเขาพบลายเซ็นที่ชัดเจนของมีเทน (CH₄) และละอองลอยหนา — หมอกที่กระจายแสงในช่วงคลื่นสั้น การรวมกันนี้ทำให้ดาวเคราะห์มีสีส้มอมน้ำตาลที่โดดเด่น คล้ายกับไททัน ดวงจันทร์ของดาวเสาร์

การปรากฏตัวของมีเทนมีความสำคัญ มีเทนเป็นโมเลกุลที่ถูกทำลายได้ค่อนข้างเร็วโดยรังสีจากดาวฤกษ์ ดังนั้นการตรวจจับมันบ่งบอกว่าชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์กำลังได้รับการเติมเต็มอย่างต่อเนื่อง หรือชั้นหมอกปกป้องมัน สเปกตรัมการส่งผ่านจากพื้นดินจากกล้องโทรทรรศน์ GTC และ Gemini ก่อนหน้านี้ไม่มีลักษณะพิเศษและเป็นสีเทา ซึ่งน่าจะเป็นเพราะหมอกเหล่านี้บดบังเส้นสเปกตรัม ความไวแสงอินฟราเรดของ JWST สามารถทะลุผ่านหมอกนั้นได้

โปรแกรม NIRSpec Prism ของ JWST ที่ได้รับการอนุมัติแล้ว (8 ชั่วโมง, 4 ครั้งของการเคลื่อนที่ผ่านหน้า) จะได้รับสเปกตรัมการส่งผ่านที่มีความแม่นยำสูงเป็นครั้งแรกของดาวเคราะห์ที่อยู่หลังยุคดาวฤกษ์หลักนี้ โดยกำหนดเป้าหมายไปที่มีเทน น้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ คาร์บอนมอนอกไซด์ และแอมโมเนียที่อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนสูง

ดาวเคราะห์รอดจากการตายของดาวฤกษ์ได้อย่างไร?

นี่คือส่วนที่น่าทึ่งที่สุดของเรื่องราว WD 1856 b โคจรรอบดาวแคระขาวทุกๆ 1.4 วัน — ซึ่งเป็นวงโคจรที่ใกล้อย่างไม่น่าเชื่อ แต่ดาวแคระขาวคือแกนกลางที่ collapsed ของดาวฤกษ์ที่ครั้งหนึ่งเคยเป็นดาวยักษ์แดง แล้วดาวเคราะห์ขนาดเท่าดาวพฤหัสบดีหลีกเลี่ยงการถูกกลืนเมื่อดาวฤกษ์ของมันพองตัวเป็นดาวยักษ์แดงได้อย่างไร?

คำตอบคือว่า โดยปกติแล้วดาวเคราะห์ดวงนี้โคจรห่างจากดาวฤกษ์ของมันมาก เมื่อดาวฤกษ์ขยายตัวเป็นดาวยักษ์แดง เปลือกนอกของมันไปไม่ถึงวงโคจรกว้างเดิมของดาวเคราะห์ หลังจากที่ดาวฤกษ์สลัดชั้นนอกและยุบตัวเป็นดาวแคระขาว แรงโน้มถ่วงจากวัตถุอื่นหรือแรงน้ำขึ้นน้ำลงก็ดึงดาวเคราะห์เข้ามาสู่วงโคจรที่แน่นหนาในปัจจุบัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง ดาวเคราะห์อพยพเข้ามาข้างในหลังจากที่อันตรายผ่านพ้นไปแล้ว

เหตุใดชั้นบรรยากาศจึง 'ร้อนอย่างไม่คาดคิด'

ที่ 186 K ดาวเคราะห์ไม่ได้ร้อนในความหมายที่แท้จริง ความประหลาดใจคือมันยังคงรักษาชั้นบรรยากาศขนาดใหญ่ไว้ได้เลย หลังจากวิวัฒนาการที่รุนแรงหลังยุคดาวฤกษ์หลัก ดาวแคระขาวที่สลัวแทบไม่ให้ความร้อนเลย ดังนั้นความอบอุ่นของดาวเคราะห์จึงมาจากความร้อนภายในที่เหลืออยู่จากการก่อตัวและความร้อนจากแรงน้ำขึ้นน้ำลง — เพียงพอที่จะทำให้ชั้นบรรยากาศไม่แข็งตัวจนหมด

ผลกระทบต่อชะตากรรมของดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์

การอยู่รอดของ WD 1856 b มีผลโดยตรงต่อระบบสุริยะของเรา หลายพันล้านปีต่อจากนี้ เมื่อดวงอาทิตย์กลายเป็นดาวยักษ์แดงและต่อมาเป็นดาวแคระขาว ดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ (โคจรที่ 5–10 หน่วยดาราศาสตร์) ก็อาจรอดจากช่วงการถูกกลืนได้เช่นกัน อพยพเข้ามาข้างใน และคงอยู่เป็น 'ดาวเคราะห์ซอมบี้' ที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ที่ตายแล้ว

โลกและดาวเคราะห์ชั้นในอื่นๆ จะถูกดวงอาทิตย์ที่กำลังขยายตัวกลืนกินอย่างแน่นอน มีเพียงดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์เท่านั้นที่มีโอกาสที่สมจริงที่จะคงอยู่เป็นโลกที่หลงเหลือ — ข้อมูลเชิงลึกที่ชวนให้คิดแต่ลึกซึ้งทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งเป็นไปได้ด้วยโลกที่เย็นเยือกนี้ที่อยู่ห่างออกไป 80 ปีแสง