ดาวแคระน้ำตาล (Brown Dwarf) เป็นดาวที่มีขนาดและมวลใหญ่กว่าดาวพฤหัสบดีแต่ไม่มากพอที่จะเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันที่ใจกลางดาว จึงเป็นวัตถุที่ก้ำกึ่งระหว่างดาวเคราะห์และดาวฤกษ์ การศึกษาครั้งนี้เป็นครั้งแรกที่นักดาราศาสตร์ใช้เทคนิคใหม่เพื่อวัดอัตราเร็วลมในชั้นบรรยากาศของดาวแคระน้ำตาล อาจช่วยให้นักดาราศาสตร์ไขปริศนาเกี่ยวกับบรรยากาศของดาวเคราะห์แก๊สขนาดใหญ่นอกระบบสุริยะและดาวแคระน้ำตาลดวงอื่นได้

as20200720 1 01

ภาพจำลองดาวแคระน้ำตาล 2MASS J10475385+2124234

 

การวัดความเร็วลมบนโลกนั้นหมายถึง การวัดอัตราการเคลื่อนที่ของอากาศในชั้นบรรยากาศเมื่อเทียบกับพื้นผิวที่เป็นของแข็ง ซึ่งในการกระแสลมของดาวแคระน้ำตาลประกอบด้วยแก๊สเกือบทั้งดวง ก็ใช้หลักการนี้เช่นกัน โดยวัดความเร็วลมที่ชั้นบรรยากาศนอกสุดเทียบกับแก๊สชั้นที่อยู่ลึก ชั้นดังกล่าวจะมีความดันสูงจนทำให้แก๊สบริเวณนั้นประพฤติตัวคล้ายกับลูกบอลแข็ง เมื่อลูกบอลหมุนรอบตัวเองก็จะคอยขับเคลื่อนชั้นบรรยากาศด้านนอกให้หมุนวนตามไปด้วย

งานวิจัยครั้งนี้นำทีมโดย เคทลิน แอลเลอร์ส (Katelyn Allers) นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยบัคเนลล์ สหรัฐอเมริกา ศึกษาอัตราเร็วลมที่ชั้นบรรยากาศของดาวแคระน้ำตาล โดยวัดอัตราเร็วที่ชั้นนอกสุดจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเชอร์ (Spitzer) เทียบกับอัตราการหมุนรอบตัวเองของแก๊สชั้นในที่บ่งชี้จากคลื่นวิทยุโดยใช้เครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุ VLA

ที่บรรยากาศชั้นนอกสุดของดาวแคระน้ำตาลมีอุณหภูมิสูงกว่า 600 องศาเซลเซียส ซึ่งจะแผ่รังสีอินฟราเรดออกมามากที่สุด สามารถวัดอัตราเร็วลมที่ชั้นดังกล่าวได้ง่ายด้วยกล้องโทรทรรศน์อินฟราเรด แต่ในการวัดอัตราเร็วการหมุนรอบตัวเองของแก๊สที่อยู่ชั้นใน เคทลินศึกษาจากคลื่นวิทยุที่ปลดปล่อยออกมา กล่าวคือ ดาวแคระน้ำตาลมีสนามแม่เหล็กรุนแรงที่ผลิตขึ้นจากภายในตัวดาว ประจุอนุภาคที่หลุดเข้าไปในสนามแม่เหล็กจะปลดคลื่นวิทยุออกมา ซึ่งสามารถนำไปคำนวณเพื่อบ่งชี้ถึงอัตราเร็วการหมุนรอบตัวเองของโครงสร้างชั้นในดาวได้

 

as20200720 1 02

ภาพจำลองเส้นสนามแม่เหล็กและทิศทางกระแสลมรอบดาวแคระน้ำตาล 2MASS J10475385+2124234

 

ดาวแคระน้ำตาลที่ศึกษาครั้งนี้ชื่อว่า 2MASS J10475385+2124234 มีมวลมากกว่าดาวพฤหัสบดี 40 เท่า ห่างจากโลกประมาณ 32 ปีแสง พบว่ามีอัตราเร็วลมที่ชั้นบรรยากาศสูงถึง 2,293 กิโลเมตรต่อชั่วโมง มากกว่ากระแสลมที่รุนแรงที่สุดในระบบสุริยะบนดาวเนปจูนที่มีอัตราเร็ว 2,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง

เคทลินลองใช้เทคนิคเดียวกันนี้กับดาวพฤหัสบดี ซึ่งเป็นดาวเคราะห์แก๊สที่มีโครงสร้างภายในคล้ายกับดาวแคระน้ำตาล พบว่าอัตราเร็วลมที่ได้มีค่าใกล้เคียงกับอัตราเร็วลมที่วัดโดยยานสำรวจดาวพฤหัสบดี Katelyn และทีมจึงมั่นใจว่าเทคนิคนี้มีประสิทธิภาพและสามารถใช้กับดาวแคระน้ำตาลได้

 

as20200720 1 03

ภาพเปรียบเทียบวัตถุทั้งสามประเภท (ดาวเคราะห์ ดาวแคระน้ำตาลและดาวฤกษ์) โดยระบุช่วงของค่ามวลวัตถุทั้งสามประเภทนี้ ในหน่วยมวลของดาวพฤหัสบดี

 

ความพิเศษในงานวิจัยครั้งนี้ คือ เป็นครั้งแรกที่สามารถเทียบอัตราเร็วลมที่ชั้นบรรยากาศกับอัตราเร็วการหมุนรอบตัวเองของมวลแก๊สชั้นในของดาวแคระน้ำตาลได้ โดยการนำผลการศึกษาทั้งทางตรงและทางอ้อมมาวิเคราะห์ร่วมกัน ซึ่งวิธีนี้สามารถใช้ได้กับดาวแคระน้ำตาลดวงอื่นและดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะขนาดใหญ่ จะช่วยในการศึกษาข้อมูลเชิงลึกของการเปลี่ยนแปลงทางเคมีภายในชั้นบรรยากาศและสิ่งแวดล้อมบนดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะต่อไปด้วย

 

อ้างอิง :

https://www.nasa.gov/feature/jpl/in-a-first-nasa-measures-wind-speed-on-a-brown-dwarf/

 

เรียบเรียง :

ศวัสกมล ปิจดี - เจ้าหน้าที่สารสนเทศดาราศาสตร์ สดร.

พัชริดา ยั่งยืนเจริญสุข - เจ้าหน้าที่สารสนเทศดาราศาสตร์ สดร.

 

| Category: ข่าวดาราศาสตร์ | Hits: 432