ในช่วง 25 ปีที่ผ่านมา นักดาราศาสตร์ได้ค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบหลายพันดวงรอบๆ ดาวฤกษ์ในกาแลคซีของเรา แต่มากกว่า 99% ของพวกมันโคจรรอบดาวฤกษ์ที่เล็กกว่า — ตั้งแต่ดาวแคระแดงไปจนถึงดาวที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์เล็กน้อย ซึ่งถือว่าเป็นดาวขนาดเฉลี่ย
มีการค้นพบดาวฤกษ์มวลมากเพียงไม่กี่ดวง เช่น ดาวฤกษ์ประเภท A ซึ่งเป็นดาวสีฟ้าสว่างซึ่งมีขนาดใหญ่เป็นสองเท่าของดวงอาทิตย์ และดาวเคราะห์นอกระบบส่วนใหญ่ที่สังเกตพบจะมีขนาดเท่ากับดาวพฤหัสบดีหรือใหญ่กว่า ดาวฤกษ์ที่สว่างที่สุดในท้องฟ้ายามค่ำคืน เช่น Sirius และ Vega เป็นดาวประเภท A
มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ นักดาราศาสตร์ได้รายงานดาวเคราะห์ดวงใหม่ที่มีขนาดเท่าเนปจูน ซึ่งเรียกว่า HD 56414 b ซึ่งอยู่รอบดาวฤกษ์ประเภท A ที่เผาไหม้ด้วยความร้อนแต่มีอายุสั้น และให้คำใบ้ว่าเหตุใดดาวก๊าซขนาดยักษ์จึงมีขนาดเล็กกว่า กว่าดาวพฤหัสบดีที่มองเห็นได้รอบดาว 1% ที่สว่างที่สุดในดาราจักรของเรา
วิธีการตรวจหาดาวเคราะห์นอกระบบในปัจจุบันหาดาวเคราะห์ที่มีคาบการโคจรรอบดาวฤกษ์สั้นและเร็วได้ง่ายที่สุด แต่ดาวเคราะห์ที่เพิ่งค้นพบนี้มีคาบการโคจรที่ยาวกว่าที่ค้นพบมากที่สุดในปัจจุบัน นักวิจัยแนะนำว่าดาวเคราะห์ขนาดเท่าเนปจูนที่หาง่ายกว่าซึ่งอยู่ใกล้กับดาวฤกษ์ประเภท A ที่สว่างจะถูกกำจัดก๊าซอย่างรวดเร็วจากการแผ่รังสีของดาวฤกษ์ที่รุนแรงและลดลงเป็นแกนกลางที่ตรวจไม่พบ
ในขณะที่ทฤษฎีนี้ได้รับการเสนอเพื่ออธิบายสิ่งที่เรียกว่าทะเลทรายเนปจูนร้อนรอบดาวสีแดงหรือไม่ แม้จะขยายไปถึงดาวที่ร้อนกว่าหรือไม่ก็ตาม ดาวประเภท A นั้นร้อนกว่าดวงอาทิตย์ประมาณ 1.5 ถึง 2 เท่า ไม่ทราบเพราะขาดแคลนดาวเคราะห์ที่รู้จัก ดวงดาวที่สว่างที่สุดของกาแล็กซี่บางดวง
“มันเป็นหนึ่งในดาวเคราะห์ที่เล็กที่สุดที่เรารู้จักรอบๆ ดาวมวลมากจริงๆ เหล่านี้” สตีเวน จิอาโคโลน นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ UC Berkeley กล่าว “อันที่จริง นี่คือดาวฤกษ์ที่ร้อนแรงที่สุดที่เรารู้จักโดยมีดาวเคราะห์ที่เล็กกว่าดาวพฤหัสบดี ดาวเคราะห์ดวงนี้น่าสนใจเป็นอย่างแรกและสำคัญที่สุด เพราะดาวเคราะห์ประเภทนี้หายากจริงๆ และเราอาจไม่พบดาวเคราะห์ประเภทนี้อีกมากในอนาคตอันใกล้”
ทะเลทรายเนปจูนร้อน
การค้นพบสิ่งที่นักวิจัยเรียกว่า “ดาวเนปจูนอุ่น” นอกเขตที่ดาวเคราะห์จะถูกปลดออกจากก๊าซของมัน บ่งชี้ว่าดาวฤกษ์ประเภท A ที่สว่างอาจมีแกนที่มองไม่เห็นจำนวนมากภายในโซนดาวเนปจูนร้อนที่กำลังรอการค้นพบ ด้วยเทคนิคที่ละเอียดอ่อนมากขึ้น
นักวิจัยสรุปว่า “เราอาจคาดว่าจะเห็นแกนเนปจูนที่เหลือจำนวนมากในช่วงเวลาการโคจรสั้น” รอบดาวฤกษ์ดังกล่าว นักวิจัยสรุปในบทความ
การค้นพบนี้ยังช่วยเพิ่มความเข้าใจของเราเกี่ยวกับวิวัฒนาการของชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์อีกด้วย Courtney Dressingผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ของ UC Berkeley กล่าว
“มีคำถามใหญ่เกี่ยวกับวิธีการที่ดาวเคราะห์ยังคงรักษาชั้นบรรยากาศเมื่อเวลาผ่านไป” เดรสซิ่งกล่าว “เมื่อเราดูดาวเคราะห์ดวงเล็ก เรากำลังดูบรรยากาศที่มันก่อตัวขึ้นตอนที่มันก่อตัวขึ้นจากจานสะสมมวลหรือไม่? เรากำลังดูบรรยากาศที่ถูกขับออกจากดาวเคราะห์เมื่อเวลาผ่านไปหรือไม่? หากเราสามารถมองดูดาวเคราะห์ที่ได้รับแสงในปริมาณที่ต่างกันจากดาวของพวกมัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งความยาวคลื่นของแสงที่ต่างกัน ซึ่งเป็นสิ่งที่ดาว A อนุญาตให้เราทำได้ มันทำให้เราเปลี่ยนอัตราส่วนของรังสีเอกซ์ต่อแสงอัลตราไวโอเลตได้ — จากนั้นเราสามารถลองดูว่าดาวเคราะห์ยังคงรักษาชั้นบรรยากาศไว้ตลอดเวลาได้อย่างไร”
Giacalone และ Dressing รายงานการค้นพบของพวกเขาในบทความที่ได้รับการยอมรับจาก The Astrophysical Journal Letters และโพสต์ออนไลน์
จากข้อมูลของ Dressing เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าดาวเคราะห์ขนาดเท่าเนปจูนที่มีการฉายรังสีสูงซึ่งโคจรรอบดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ที่มีมวลน้อยกว่านั้นหายากกว่าที่คาดไว้ แต่สิ่งนี้ไม่เป็นที่รู้จักสำหรับดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์ประเภท A หรือไม่เพราะดาวเคราะห์เหล่านั้นยากที่จะตรวจจับ
และดาวประเภท A ก็เป็นสัตว์ที่แตกต่างจากดาวแคระ F, G, K และ M ที่เล็กกว่า ดาวเคราะห์ระยะใกล้ที่โคจรรอบดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์จะได้รับรังสีเอกซ์และรังสีอัลตราไวโอเลตในปริมาณสูง แต่ดาวเคราะห์ระยะใกล้ที่โคจรรอบดาวฤกษ์ประเภท A จะได้รับรังสีใกล้อัลตราไวโอเลตมากกว่ารังสีเอกซ์หรือรังสีอัลตราไวโอเลตสุดขั้ว
“การพิจารณาว่าทะเลทรายเนปจูนร้อนนั้นขยายไปถึงดาวประเภท A หรือไม่ จะช่วยให้เข้าใจถึงความสำคัญของการแผ่รังสีใกล้อัลตราไวโอเลตในการควบคุมการหลบหนีของชั้นบรรยากาศ” เธอกล่าว “ผลลัพธ์นี้มีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจฟิสิกส์ของการสูญเสียมวลบรรยากาศและการตรวจสอบการก่อตัวและวิวัฒนาการของดาวเคราะห์ขนาดเล็ก”
ดาวเคราะห์ HD 56414 b ถูกตรวจพบโดยภารกิจ TESS ของ NASA ขณะเคลื่อนผ่านดาวฤกษ์ HD 56414 Giacalone และเพื่อนร่วมงานยืนยันว่า HD 56414 เป็นดาวฤกษ์ประเภท A โดยได้รับสเปกตรัมด้วยกล้องโทรทรรศน์ 1.5 เมตรที่ดำเนินการโดย Small and Consortium ระบบกล้องโทรทรรศน์วิจัยรูรับแสงปานกลาง (SMARTS) ที่ Cerro Tololo ในชิลี
ดาวเคราะห์มีรัศมี 3.7 เท่าของโลก และโคจรรอบดาวทุก 29 วันที่ระยะทางเท่ากับประมาณหนึ่งในสี่ของระยะห่างระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ ระบบนี้มีอายุประมาณ 420 ล้านปี ซึ่งอ่อนกว่าอายุ 4.5 พันล้านปีของดวงอาทิตย์ของเรามาก
นักวิจัยจำลองผลกระทบของการแผ่รังสีจากดาวฤกษ์ที่มีต่อดาวเคราะห์ และสรุปว่าในขณะที่ดาวฤกษ์อาจจะค่อยๆ กระเด็นออกไปในชั้นบรรยากาศของมัน แต่ก็มีแนวโน้มว่าจะมีชีวิตอยู่ได้นับพันล้านปี เกินกว่าจุดที่ดาวคาดไว้ เผาไหม้และยุบตัวทำให้เกิดซุปเปอร์โนวา
Giacalone กล่าวว่าดาวเคราะห์ขนาดเท่าดาวพฤหัสบดีมีความอ่อนไหวต่อการระเหยด้วยแสงน้อยกว่าเพราะแกนกลางของพวกมันมีขนาดใหญ่พอที่จะจับก๊าซไฮโดรเจนของพวกมันได้
“มีความสมดุลระหว่างมวลใจกลางโลกกับความอ้วนของชั้นบรรยากาศ” เขากล่าว “สำหรับดาวเคราะห์ที่มีขนาดเท่าดาวพฤหัสบดีหรือใหญ่กว่า ดาวเคราะห์ดวงนี้มีมวลมากพอที่จะยึดแรงโน้มถ่วงไว้กับชั้นบรรยากาศที่พองตัวของมันได้ เมื่อคุณเคลื่อนลงมายังดาวเคราะห์ที่มีขนาดเท่าดาวเนปจูน ชั้นบรรยากาศยังคงพองตัว แต่ดาวเคราะห์ไม่ใหญ่เท่า พวกมันจึงสูญเสียชั้นบรรยากาศได้ง่ายขึ้น”
Giacalone และ Dressing ยังคงค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบขนาดเท่าเนปจูนเพิ่มเติมรอบๆ ดาวฤกษ์ประเภท A โดยหวังว่าจะพบดาวเคราะห์ดวงอื่นในหรือใกล้ทะเลทรายเนปจูนร้อน เพื่อทำความเข้าใจว่าดาวเคราะห์เหล่านี้ก่อตัวที่ใดในจานมวลรวมระหว่างการก่อตัวดาวฤกษ์ ไม่ว่าจะเคลื่อนเข้าด้านในหรือ ภายนอกเมื่อเวลาผ่านไป และบรรยากาศของพวกมันมีวิวัฒนาการอย่างไร
งานนี้ได้รับการสนับสนุนโดยรางวัล FINESST จาก NASA (80NSSC20K1549) และมูลนิธิ David and Lucile Packard (2019-69648)
