ไขปริศนา TRAPPIST-1e นักวิทยาศาสตร์เตือน! อย่าเพิ่งด่วนสรุป ‘โลกฝาแฝด’ ในเขตเอื้อชีวิต

นักดาราศาสตร์ได้จับตาดูดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะขนาดเท่าโลกที่มีชื่อว่า TRAPPIST-1e ซึ่งโคจรรอบดาวแคระแดง (red dwarf) ในระบบ TRAPPIST-1 โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เนื่องจากมันอยู่ในเขตเอื้อชีวิต (Habitable Zone) หรือที่รู้จักกันในชื่อ "เขตโกลดิล็อกส์" (Goldilocks zone) ซึ่งเป็นระยะทางที่น้ำในสถานะของเหลวสามารถอยู่บนพื้นผิวได้ ทว่าการจะมีน้ำอยู่ได้จริงนั้นขึ้นอยู่กับการมีชั้นบรรยากาศห่อหุ้มดาวดวงนี้อยู่หรือไม่

รายงานทางวิทยาศาสตร์สองฉบับที่เผยแพร่เมื่อเร็ว ๆ นี้ใน Astrophysical Journal Letters ได้เผยรายละเอียดการสังเกตการณ์เบื้องต้นของระบบ TRAPPIST-1 โดยใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (James Webb Space Telescope - JWST) ของ NASA ข้อมูลเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงความคืบหน้าในการจำแนกลักษณะของดาวเคราะห์ที่อาจคล้ายโลกซึ่งอยู่ใกล้เราที่สุด นักวิจัยได้นำเสนอสถานการณ์ที่เป็นไปได้หลายอย่างเกี่ยวกับบรรยากาศและพื้นผิวของดาวเคราะห์ดวงนี้

อย่างไรก็ตาม ศาสตราจารย์ สุกฤต รัญจัน (Sukrit Ranjan) จากห้องปฏิบัติการดวงจันทร์และดาวเคราะห์แห่งมหาวิทยาลัยแอริโซนา ซึ่งเป็นหนึ่งในผู้เขียนรายงาน ได้ออกโรงเตือนในบทความวิจัยฉบับที่สาม โดยชี้ว่าจำเป็นต้องมีการศึกษาที่เข้มงวดมากขึ้นเพื่อยืนยันว่า **TRAPPIST-1e มีบรรยากาศอยู่จริงหรือไม่ และสัญญาณเบื้องต้นของมีเทนที่ตรวจพบโดย เจมส์ เวบบ์ นั้นเป็นสัญญาณของบรรยากาศจริง ๆ หรือเป็นเพียง "สัญญาณรบกวน" ที่มาจากดาวฤกษ์แม่ของมันเอง

ระบบดาว TRAPPIST-1: ระบบสุริยะจิ๋วที่น่าจับตา

ระบบดาว TRAPPIST-1 ตั้งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 39 ปีแสง ได้ชื่อมาจากการสำรวจ Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope project ระบบนี้มีดาวเคราะห์ขนาดเท่าโลกโคจรอยู่ถึง 7 ดวงรอบดาวแคระแดง ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าดวงอาทิตย์ของเราประมาณ 10 เท่า และมีขนาดใหญ่กว่าดาวพฤหัสบดีเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ระบบนี้เปรียบเสมือนระบบสุริยะขนาดจิ๋วที่ดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ทั้งหมดสามารถบรรจุอยู่ภายในวงโคจรของดาวพุธในระบบสุริยะของเราได้อย่างสบาย และ "ปี" ของดาวเคราะห์ในระบบ TRAPPIST-1 กินเวลาเพียงไม่กี่วันตามมาตรฐานโลก

"สมมติฐานหลักสำหรับ TRAPPIST-1e คือ ถ้ามันมีบรรยากาศ มันก็เอื้อต่อการอยู่อาศัย" ศาสตราจารย์รัญจันกล่าว "แต่ตอนนี้ คำถามลำดับแรกสุดจะต้องเป็นบรรยากาศนั้นมีอยู่จริงหรือไม่?"

เพื่อตอบคำถามนี้ ทีมวิจัยได้ใช้เครื่องมือสเปกโทรกราฟใกล้อินฟราเรด (Near-Infrared Spectrograph - NIRSpec) อันทรงพลังของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ เล็งไปยังระบบ TRAPPIST-1 ในขณะที่ดาวเคราะห์ TRAPPIST-1e โคจรผ่านหน้าดาวฤกษ์แม่ (ปรากฏการณ์ Transit หรือการผ่านหน้า) ในช่วงการผ่านหน้านี้ แสงจากดาวฤกษ์จะกรองผ่านบรรยากาศของดาวเคราะห์ และถูกดูดซับไปบางส่วน ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถอนุมานได้ว่ามีสารเคมีใดบ้างอยู่ภายในบรรยากาศ การผ่านหน้าแต่ละครั้งที่เก็บข้อมูลเพิ่มเติมจะช่วยให้องค์ประกอบของบรรยากาศมีความชัดเจนยิ่งขึ้น

การผ่านหน้าของ TRAPPIST-1e ทั้งสี่ครั้งที่ทีมวิจัยศึกษานั้น ได้เผยให้เห็นถึงร่องรอยของมีเทน อย่างไรก็ตาม ศาสตราจารย์รัญจันย้ำว่าเนื่องจากดาวฤกษ์ TRAPPIST-1 เป็นดาวแคระแดงเย็นยิ่งยวด (ultracool red dwarf) ที่มีขนาดเล็กกว่า เย็นกว่า และสลัวกว่าดวงอาทิตย์ของเราอย่างมาก คุณสมบัติเฉพาะตัวนี้ทำให้ต้องเพิ่มความระมัดระวังเป็นพิเศษในการตีความข้อมูล

"ในขณะที่ดวงอาทิตย์ของเราเป็นดาวแคระเหลืองที่สว่างจ้า แต่ TRAPPIST-1 เป็นดาวแคระแดงเย็นยิ่งยวด ซึ่งหมายความว่ามันเล็กกว่า เย็นกว่า และสลัวกว่าดวงอาทิตย์ของเราอย่างมีนัยสำคัญ มันเย็นพอที่จะมีโมเลกุลของก๊าซในบรรยากาศของมันเองได้ เรารายงานร่องรอยของมีเทน แต่คำถามคือ 'มีเทนนั้นมาจากโมเลกุลในบรรยากาศของดาวเคราะห์ หรือมาจากดาวฤกษ์แม่?"

แนวทางแก้ไขและการมองไปข้างหน้า

ศาสตราจารย์รัญจันและเพื่อนร่วมงานได้จำลองสถานการณ์ที่ TRAPPIST-1e อาจมีบรรยากาศที่อุดมด้วยมีเทนและประเมินความเป็นไปได้ของแต่ละสถานการณ์ ในสถานการณ์ที่มีแนวโน้มมากที่สุดในบรรดาที่ทำการทดสอบ ดาวเคราะห์ดวงนี้คล้ายกับไททัน (Titan) ดวงจันทร์ของดาวเสาร์ที่มีมีเทนอยู่มาก อย่างไรก็ตาม งานวิจัยชี้ให้เห็นว่าแม้แต่สถานการณ์นั้นก็ยังมีความเป็นไปได้น้อยมาก

"จากงานล่าสุดของเรา เราแนะนำว่า ร่องรอยของบรรยากาศที่รายงานไปก่อนหน้านี้น่าจะเป็น 'สัญญาณรบกวน' จากดาวฤกษ์แม่ มากกว่า" ศาสตราจารย์รัญจันกล่าว "อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ได้หมายความว่า TRAPPIST-1e ไม่มีบรรยากาศเลย เพียงแต่เราต้องการข้อมูลเพิ่มเติม"

แม้ว่า เจมส์ เวบบ์ จะปฏิวัติวงการวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์นอกระบบ แต่เขาก็ชี้ให้เห็นว่ากล้องโทรทรรศน์นี้ไม่ได้ถูกออกแบบมาเพื่อศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบขนาดเล็กที่คล้ายโลกตั้งแต่แรก

คำตอบใหม่ ๆ อาจมาจากภารกิจแพนดอรา (Pandora) ของ NASA ซึ่งอยู่ระหว่างการพัฒนาและกำหนดปล่อยในช่วงต้นปี 2569 ภารกิจนี้จะนำโดย ศาสตราจารย์ แดเนียล อาปาย (Daniel Apai) และเป็นดาวเทียมขนาดเล็กที่ออกแบบมาเพื่อจำแนกลักษณะบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบและดาวฤกษ์แม่ของพวกมันโดยเฉพาะ

นอกจากนี้ ทีมนักวิจัยยังหวังว่าการสังเกตการณ์รอบใหญ่ที่กำลังดำเนินการอยู่และเทคนิคการวิเคราะห์ใหม่ ๆ จะสามารถให้คำตอบที่ชัดเจนได้ในที่สุด ขณะนี้พวกเขากำลังมุ่งเน้นไปที่เทคนิคที่เรียกว่า การผ่านหน้าคู่ (dual transit) โดยการสังเกตดาวฤกษ์ในขณะที่ทั้ง TRAPPIST-1e และ TRAPPIST-1b (ดาวเคราะห์ที่อยู่ด้านในสุดของระบบที่ไม่มีบรรยากาศ) โคจรผ่านหน้าดาวฤกษ์พร้อมกัน

"การสังเกตการณ์เหล่านี้จะช่วยให้เราสามารถแยกแยะได้ว่า สิ่งที่เกิดบนดาวฤกษ์แตกต่างจากสิ่งที่เกิดขึ้นในบรรยากาศของดาวเคราะห์อย่างไร หากดาวเคราะห์ดวงนั้นมีบรรยากาศ" ศาสตราจารย์รัญจันกล่าวสรุป

ข้อมูลอ้างอิง: The University of Arizona

• A new look at TRAPPIST-1e, an Earth-sized, habitable-zone exoplanet