ดาราศาสตร์

ดาวเคราะห์สูญเสียมวลให้กับดาวฤกษ์แม่ของมันอย่างไร?

ดาวเคราะห์สูญเสียมวลให้กับดาวฤกษ์แม่ของมันอย่างไร?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ร่างกายเช่น WASP-12b สูญเสียมวลไปที่ส่วนกลางได้อย่างไร กระบวนการนี้ไม่เคยอธิบายในสื่อที่ได้รับความนิยมเลย แทนที่จะแสดงภาพม่านก๊าซบางๆ ที่ถูก "ดูด" เป็นเส้นที่ค่อนข้างตรง (แล้วเข้าไปในวงแหวนรอบดาวฤกษ์) ซึ่งพุ่งขึ้นตรงจากพื้นผิวโลก ฉันสงสัยอย่างมากเกี่ยวกับกลไกที่ภาพประกอบเหล่านี้บอกเป็นนัย: ความโน้มถ่วงไม่ทำงานเหมือนเครื่องดูดฝุ่นบนพรมที่มีฝุ่นมาก ไม่ว่าพรมจะติดไปด้วยหรือฝุ่นจะเกาะอยู่บนพรม กลไกเดียวที่ฉันคิดได้คืออนุภาคจากชั้นบรรยากาศชั้นบนซึ่งเกิดขึ้นเพื่อรับพลังงานทางอุณหพลศาสตร์เพียงพอเพื่อให้เร็วกว่าความเร็วหลบหนีของดาวเคราะห์ แต่นี่เป็นกระบวนการที่ส่งผลต่อการถ่ายโอนมวลมากพอที่จะมีความสำคัญหรือไม่? ฉันมองข้ามบางสิ่งบางอย่าง? ข้อบกพร่องจำนวนมากดังกล่าวเกิดขึ้นได้อย่างไร?


ในกรณีของ WASP-12b อย่างน้อยที่สุด ความใกล้ชิดกับดาวฤกษ์ทำให้ดาวเคราะห์เสียรูปมากจนล้นกลีบโรช ซึ่งเป็นบริเวณรอบดาวเคราะห์หรือดาวฤกษ์ที่ เราสามารถแสดงสิ่งนี้ทางคณิตศาสตร์ได้โดยการค้นหากลีบ Roche-lobe โดยประมาณของดาวเคราะห์โดยใช้:

$frac{r_1}{A}=.46224sqrt[3]{frac{M_1}{M_1+M_2}}$ for $frac{M_1}{M_2}<.8$ (ซึ่งก็คือ)
โดยที่ $A$ คือการโคจรแยกจากกัน และ $r_1$ คือรัศมีของกลีบโรชประมาณ $M_1$
การแก้ปัญหาสำหรับ $r_1$ เราได้รับไมล์ $97788pm 2318$ รัศมีของดาวเคราะห์อยู่ที่ 77759 เหรียญสหรัฐฯ pm 3909$ ไมล์ ในสถานการณ์ที่ดีที่สุด จะมีระยะทางประมาณ 13,000 ดอลลาร์ระหว่างพื้นผิวดาวเคราะห์กับกลีบของโรช ถ้า ดาวเคราะห์ดวงนี้เป็นทรงกลมที่สมบูรณ์แบบ ไม่ทราบว่าดาวมีผลกระทบต่อโลกมากน้อยเพียงใด แต่คงไม่ใช่เรื่องยากหากคิดว่าแกนหลักของโลกจะยาวกว่าแกนรอง 13,000 ไมล์ ซึ่งช่วยให้ก๊าซของดาวเคราะห์ถูกผลักออกจากโรช- กลีบและ "ดูด" เข้าไปในดวงดาว


นักดาราศาสตร์ UH พบหลักฐานการหดตัวของดาวเคราะห์หลายพันล้านปี

ทีมนักดาราศาสตร์นำโดย Travis Berger นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ University of Hawaiʻi Institute for Astronomy (IfA) แสดงให้เห็นว่ากลุ่มดาวเคราะห์ขนาดเท่าดาวเนปจูนที่น่าสนใจหดตัวลงเป็นเวลาหลายพันล้านปี

จากการศึกษาดาวเคราะห์ในระบบสุริยะของเราเป็นเวลาหลายศตวรรษ นักดาราศาสตร์ได้สงสัยว่าดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นและวิวัฒนาการมาเป็นดาวเคราะห์ที่เราสังเกตได้อย่างไรในปัจจุบัน หนึ่งในการค้นพบที่น่าประหลาดใจที่สุดในทศวรรษที่ผ่านมาคือการค้นพบสาขาใหม่ใน "แผนภูมิต้นไม้ครอบครัว" ของดาวเคราะห์ โดยแยกดาวเคราะห์ที่มีขนาดใหญ่กว่าโลก (ซุปเปอร์เอิร์ธ) ออกจากกลุ่มที่เล็กกว่าดาวเนปจูน (sub-Neptunes) เล็กน้อย อย่างไรก็ตาม ยังไม่ชัดเจนว่าดาวเคราะห์ขนาดต่างๆ เหล่านี้ก่อตัวขึ้นอย่างไร เนื่องจากการสังเกตการณ์ของเราเป็นเพียงภาพตัวอย่างเดียวจากอายุขัยหลายพันล้านปีสำหรับระบบดาวเคราะห์แต่ละดวง

นักดาราศาสตร์ไม่สามารถดูดาวเคราะห์วิวัฒนาการตามเวลาจริงได้ ดังนั้นพวกเขาจึงวิเคราะห์ประชากรของดาวเคราะห์เพื่ออนุมานว่าพวกมันก่อตัวและวิวัฒนาการอย่างไร ด้วยการใช้การสังเกตจาก NASA Kepler และภารกิจ ESA Gaia เบอร์เกอร์และทีมของเขาได้ค้นพบชิ้นส่วนอื่นของการก่อตัวดาวเคราะห์และปริศนาวิวัฒนาการ: เนื่องจากดาวเคราะห์ถูกทิ้งระเบิดด้วยแสงที่รุนแรงจากดาวฤกษ์ของพวกมัน พวกมันจึงค่อยๆ สูญเสียชั้นบรรยากาศไปหลายพันล้าน ปี.

"การสูญเสียชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ในช่วงเวลาพันล้านปีแสดงให้เห็นว่าดาวเคราะห์เหล่านี้สูญเสียมวลแม้ในวัยชรา" เบอร์เกอร์อธิบาย "การค้นพบหลักประการหนึ่งของเราคือขนาดของดาวเคราะห์หดตัวในช่วงเวลาที่นานกว่าที่เคยคิดไว้"

ภารกิจเคปเลอร์ของนาซ่าไล่ล่าหาดาวเคราะห์โดยจ้องมองที่ท้องฟ้าใกล้กลุ่มดาวซิกนัสเป็นเวลาประมาณสี่ปี ตรวจจับความสว่างขนาดเล็กและสม่ำเสมอจากดาวหลายแสนดวงภายในกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา ขนาดของการจุ่มนั้นสอดคล้องกับขนาดสัมพัทธ์ของดาวเคราะห์เมื่อเทียบกับดาวฤกษ์แม่ของมัน ดังนั้น ในการกำหนดขนาดที่แท้จริงของดาวเคราะห์ จำเป็นต้องวัดขนาดของดาวก่อน

ภารกิจ ESA Gaia เป็นส่วนประกอบสำคัญในการวัดขนาดของดาวฤกษ์เคปเลอร์ที่โฮสต์ดาวเคราะห์: พารัลแลกซ์ ดวงตาของมนุษย์ใช้พารัลแลกซ์ในการวัดระยะทางไปยังวัตถุ ทำให้เรารับรู้เชิงลึก ในทำนองเดียวกัน นักดาราศาสตร์ใช้พารัลแลกซ์สำหรับการรับรู้ระดับความลึกทางดาราศาสตร์เพื่อวัดระยะห่างจากดาวฤกษ์ ซึ่งจะช่วยในการวัดขนาดของดาว จำเป็นต้องใช้ข้อมูลระยะทางเพื่อแยกความแตกต่างระหว่างดาวฤกษ์ขนาดเล็กที่ใกล้กว่าและดาวฤกษ์ที่ใหญ่กว่าที่อยู่ห่างไกล การรวมขนาดและสีของดาวฤกษ์ช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถระบุอายุสัมพัทธ์ของดาวฤกษ์ได้

ทีม UH ใช้ข้อจำกัดของ Gaia กับขนาดดาวเพื่อทบทวนการประมาณขนาดของดาวเคราะห์ และรวมเข้ากับข้อมูลสีของดาวฤกษ์เพื่อกำหนดอายุของดาวฤกษ์ที่มีดาวเคราะห์ จากนั้นพวกเขาเปรียบเทียบผลกระทบของอายุดาวกับดาวเคราะห์มากกว่า 2,600 ดวงที่เคปเลอร์ตรวจพบ ดาวเคราะห์บางดวง โดยเฉพาะดาวเคราะห์ที่ได้รับแสงมากกว่า 150 เท่าที่โลกได้รับจากดวงอาทิตย์ จะสูญเสียชั้นบรรยากาศไปเป็นเวลากว่าพันล้านปี เนื่องจากถูกน้ำท่วมด้วยความร้อนและแสงจากดาวฤกษ์แม่

"ในขณะที่นักดาราศาสตร์คาดการณ์มานานแล้วว่าดาวเคราะห์จะหดตัวเมื่ออายุมากขึ้น แต่เราไม่ทราบว่าสิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้ในช่วงเวลาหลายพันล้านปีหรือไม่ ตอนนี้เราทำแล้ว" เบอร์เกอร์กล่าว "ความจริงที่ว่าเราเห็นขนาดดาวเคราะห์เปลี่ยนแปลงไปตามช่วงเวลาหลายพันล้านปีแสดงให้เห็นว่ามีเส้นทางวิวัฒนาการที่ดาวเคราะห์ขนาดย่อยดาวเนปจูนที่ได้รับแสงสูงจะเปลี่ยนเป็นดาวเคราะห์ขนาดซุปเปอร์เอิร์ ธ"

ในอนาคต อาจมีการดำเนินการในลักษณะเดียวกันนี้บนดาวเคราะห์ที่ค้นพบโดยภารกิจ K2 และ TESS ของ NASA เพื่อแก้ไขช่วงเวลาสำหรับการสูญเสียชั้นบรรยากาศด้วยความแม่นยำที่ละเอียดยิ่งขึ้น

การศึกษาเรื่อง "The Gaia-Kepler Stellar Properties Catalog. II. Planet Radius Demographics as a Function of Stellar Mass and Age" ได้รับทุนจาก NASA และ National Science Foundation และเผยแพร่ใน The Astronomical Journal

ภาพคอมโพสิตแสดงยานอวกาศเคปเลอร์และความประทับใจของศิลปินที่มีต่อดาวเคราะห์บางดวงที่ค้นพบ

เครดิต: NASA/Ames Research Center/W. สเตนเซล/ด. Rutter

เกี่ยวกับสถาบันดาราศาสตร์ UH

สถาบันดาราศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยฮาวายที่ Mānoa ก่อตั้งขึ้นในปี 1967 ดำเนินการวิจัยเกี่ยวกับดาราจักร จักรวาลวิทยา ดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ และดวงอาทิตย์ คณาจารย์และเจ้าหน้าที่ของสถาบันยังมีส่วนร่วมในการศึกษาดาราศาสตร์ ภารกิจในห้วงอวกาศ ตลอดจนการพัฒนาและการจัดการหอดูดาวบน Haleakalā และ Maunakea สถาบันดำเนินการสิ่งอำนวยความสะดวกบนเกาะโออาฮู เมาอิ และฮาวาย


เกี่ยวกับการว่าจ้าง

High-Resolution Echelle Spectrometer (HIRES) ของหอสังเกตการณ์ W.M. Keck สร้างสเปกตรัมของวัตถุเดี่ยวที่ความละเอียดสเปกตรัมสูงมาก แต่ยังครอบคลุมช่วงความยาวคลื่นที่กว้าง ทำได้โดยแยกแสงออกเป็นสเปกตรัมจำนวน “แถบ” ของสเปกตรัมที่ซ้อนกันบนโมเสกของเครื่องตรวจจับ CCD ขนาดใหญ่สามเครื่อง HIRES มีชื่อเสียงในการค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบ นักดาราศาสตร์ยังใช้ HIRES เพื่อศึกษาปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ที่สำคัญ เช่น ดาราจักรและควาซาร์ที่อยู่ห่างไกลออกไป ตลอดจนค้นหาเบาะแสเกี่ยวกับจักรวาลวิทยาเกี่ยวกับโครงสร้างของเอกภพยุคแรกหลังบิกแบง


เมื่อสูญเสียบรรยากาศดั้งเดิม ดาวเคราะห์นอกลู่นอกทางนี้กำลังเติบโตใหม่

ใครบอกว่าคุณไม่สามารถสูญเสียชั้นบรรยากาศให้กับดาวแคระแดงที่อยู่ใกล้ๆ แล้วสร้างดาวดวงใหม่ขึ้นด้วยความช่วยเหลือของภูเขาไฟ? ดาวเคราะห์ที่มีความยืดหยุ่นของเขา ซึ่งอยู่ห่างจากโลก 41 ปีแสง ดูเหมือนจะกลับมารุ่งเรืองอีกครั้งหลังจากเผชิญหน้ากับดาวฤกษ์แม่ของมันอย่างคร่าวๆ

ดาวเคราะห์นอกระบบ GJ 1132 b มีความคล้ายคลึงและแตกต่างจากโลกมาก แน่นอนว่ามันกว้างกว่าโลกของเราหลายเท่า แต่โลกทั้งสองมีความหนาแน่นและความกดอากาศเหมือนกัน และทั้งคู่ก็ปรากฏตัวขึ้นเมื่อประมาณ 4.5 พันล้านปีก่อน และเช่นเดียวกับโลกของเรา มันเริ่มร้อนด้วยบรรยากาศที่อุดมไปด้วยไฮโดรเจน แล้วค่อยๆ เย็นลง

อย่างไรก็ตาม เบื้องหลังของดาวเคราะห์ทั้งสองนี้มีความแตกต่างกันอย่างชัดเจน

ในขณะที่โลกเป็นโลกที่เป็นพื้นหินและเป็นหินมาโดยตลอด GJ 1132 b เริ่มต้นชีวิตเป็นดาวเคราะห์คล้ายก๊าซคล้ายดาวเนปจูน แต่จากการวิจัยใหม่แสดงให้เห็นว่าดาวแคระแดงที่อยู่ใกล้ๆ ได้ทำลายบรรยากาศดั้งเดิมที่อุดมด้วยไฮโดรเจนและฮีเลียมด้วยรังสีอันทรงพลัง ดังนั้น GJ 1132 b ซึ่งถูกดึงลงไปที่แกนหินของมัน ตอนนี้ในทางเทคนิคแล้วเป็นดาวเคราะห์ภาคพื้นดิน บทความใหม่นี้จะปรากฏในวารสาร Astronomical Journal ฉบับต่อไป แต่มีการพิมพ์ล่วงหน้าที่ arXiv

ผู้เขียนบทความได้ข้อสรุปเหล่านี้จากการสังเกตโดยตรงของดาวเคราะห์นอกระบบและแบบจำลองทางทฤษฎี กล้องโทรทรรศน์ที่เลือกคือกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ซึ่งช่วยให้ทีมมองเห็น "บรรยากาศทุติยภูมิ" ซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลไฮโดรเจน ไฮโดรเจนไซยาไนด์ มีเทน และหมอกควันจากละอองลอยคล้ายหมอกควันบนโลก

“มันน่าตื่นเต้นมากเพราะเราเชื่อว่าชั้นบรรยากาศที่เราเห็นในตอนนี้ถูกสร้างขึ้นมาใหม่ ดังนั้นมันอาจเป็นชั้นบรรยากาศรอง” Raissa Estrela ผู้เขียนร่วมของการศึกษาและนักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ที่ห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion ของ NASA ในแคลิฟอร์เนียตอนใต้อธิบายไว้ใน คำสั่ง “ตอนแรกเราคิดว่าดาวเคราะห์ที่มีการฉายรังสีสูงเหล่านี้อาจจะดูน่าเบื่อ เพราะเราเชื่อว่าพวกมันสูญเสียชั้นบรรยากาศไป แต่เราดูการสังเกตการณ์ที่มีอยู่ของดาวเคราะห์ดวงนี้ด้วยฮับเบิลและกล่าวว่า 'ไม่นะ มีชั้นบรรยากาศอยู่ที่นั่น'”

ในแง่ของคำอธิบาย ผู้เขียนกล่าวว่าไฮโดรเจนส่วนใหญ่ในปัจจุบันของโลกถูกกักเก็บไว้จากเมื่อก่อน และถูกดูดกลืนเข้าไปในชั้นหินหนืดที่หลอมละลาย กระบวนการของภูเขาไฟทำให้ไฮโดรเจนที่สะสมนี้รั่วไหลออกมาจากด้านล่าง เป็นการเติมเชื้อเพลิงให้กับบรรยากาศใหม่ ตามการวิจัย

"กระบวนการนี้ใช้ได้ตั้งแต่อายุยังน้อยของดาวเคราะห์ เมื่อดาวฤกษ์ร้อนขึ้น" นักวิทยาศาสตร์ของ JPL มาร์ค สเวน หัวหน้าผู้เขียนการศึกษาวิจัยกล่าวในการแถลงข่าวของ NASA “จากนั้นดาวก็เย็นลงและดาวเคราะห์ก็นั่งอยู่ตรงนั้น ดังนั้น คุณมีกลไกนี้ซึ่งคุณสามารถปรุงอาหารจากบรรยากาศในช่วง 100 ล้านปีแรก แล้วทุกอย่างก็สงบลง และถ้าคุณสามารถสร้างบรรยากาศขึ้นมาใหม่ได้ บางทีคุณอาจจะสามารถรักษาบรรยากาศไว้ได้”

GJ 1132 b ซึ่งใช้เวลาเพียง 1.5 วันในการโคจรรอบดาวฤกษ์แม่ที่หิวโหยอย่างสมบูรณ์หนึ่งรอบ มีแนวโน้มที่จะเกิดความร้อนขึ้นน้ำลง ซึ่งแรงโน้มถ่วงจะหมุนดาวเคราะห์จากภายใน ดาวเคราะห์นอกระบบแม้จะเป็นปีสั้น แต่ก็อยู่ในวงโคจรเป็นวงรี ส่งผลให้เกิดผลกระทบที่เรียกว่า "การปั๊มแรงโน้มถ่วง" ขณะที่ GJ 1132 b แกว่งไปมา มันจะสลับไปมาระหว่างการบีบและการยืดกล้ามเนื้อ ทำให้เกิดเครื่องยนต์ที่ขับเคลื่อนกระแสน้ำ และในทางกลับกัน การรักษาเสื้อคลุมที่เป็นของเหลว

ผู้เขียนระบุว่าพื้นผิวของดาวเคราะห์นอกระบบนี้อาจไม่หนามาก อาจลึกเพียงไม่กี่ร้อยฟุต ภูมิประเทศค่อนข้างราบเรียบ โดยมีรอยร้าวที่เกิดจากกระแสน้ำซึ่งไฮโดรเจนจะรั่วไหลออกมาอย่างต่อเนื่อง


ดาวเคราะห์สูญเสียมวลให้กับดาวฤกษ์แม่ของมันอย่างไร? - ดาราศาสตร์

ถ้าฉันพูดถูก ปฏิกิริยาฟิวชันจะเปลี่ยนมวลบางส่วนเป็นพลังงาน การแปลงนี้ไม่ควรลดการ "ดึง" (หรือการบิดเบี้ยว) ของแรงโน้มถ่วงของวัตถุที่ทำปฏิกิริยาหรือไม่ ดังนั้น ในกรณีของดวงอาทิตย์ของเรา วงโคจรของดาวเคราะห์ไม่ควรแตกต่างกันเล็กน้อยเมื่อเวลาผ่านไป เนื่องจากมวลของดวงอาทิตย์ค่อยๆ ลดลงโดยการหลอมรวม? ฉันเข้าใจว่าผลกระทบจะเล็กน้อยมากในช่วงเวลาที่สังเกตได้ และอาจเต็มไปด้วยโมเมนตัมเชิงมุมของวัตถุที่โคจรอยู่

ใช่ มวลของดวงอาทิตย์กำลังลดลงอย่างแท้จริงเนื่องจากกระบวนการฟิวชันนิวเคลียร์ในแกนกลางของดวงอาทิตย์ ซึ่งเปลี่ยนมวลส่วนหนึ่งของมวลให้เป็นพลังงาน (ในที่สุดพลังงานนี้จะแผ่ออกไปในรูปของแสงจากพื้นผิวของดวงอาทิตย์) อย่างไรก็ตาม ผลกระทบต่อการโคจรของดาวเคราะห์มีขนาดเล็กมากและไม่สามารถวัดได้ในช่วงเวลาที่เหมาะสมใดๆ

วิธีหนึ่งที่เราสามารถเห็นได้ว่าสิ่งนี้จะต้องเป็นผลเล็กๆ น้อยๆ คือการดูที่ปฏิกิริยาฟิวชันหลักซึ่งผลิตพลังงานของดวงอาทิตย์ ซึ่งอะตอมของไฮโดรเจนสี่อะตอมจะเปลี่ยนเป็นอะตอมฮีเลียมหนึ่งอะตอม ถ้าคุณดูตารางธาตุ คุณจะเห็นว่าอะตอมฮีเลียมหนึ่งอะตอมมีมวลน้อยกว่าอะตอมไฮโดรเจนสี่อะตอมรวมกันประมาณ 0.7% -- "มวลที่หายไป" นี้คือสิ่งที่จะถูกแปลงเป็นพลังงาน ดังนั้น ที่สัมบูรณ์ มากที่สุดมวลของดวงอาทิตย์เพียง 0.7% เท่านั้นที่สามารถแปลงได้ และสิ่งนี้เกิดขึ้นตลอดช่วงอายุ 10 พันล้านปีของดวงอาทิตย์ จึงต้องมีผลเพียงเล็กน้อย (ในความเป็นจริง ไม่ใช่ทุกมวลของดวงอาทิตย์จะเป็นไฮโดรเจน และมีเพียงมวลในแกนในของดวงอาทิตย์เท่านั้นที่ร้อนพอที่จะเกิดปฏิกิริยาฟิวชัน เราจึงคาดหวังเพียงว่ามวลประมาณ 0.07% เท่านั้นที่จะถูกแปลง )

นอกจากนี้ยังง่ายต่อการคำนวณอัตราที่ดวงอาทิตย์แปลงมวลเป็นพลังงานโดยตรง เริ่มต้นด้วยสูตรที่มีชื่อเสียงของ Einstein:

โดยที่ E คือพลังงานที่ผลิตได้ M คือมวลที่ได้รับการแปลง และ c คือความเร็วของแสง (3 x 10 8 เมตร/วินาที) ง่ายต่อการขยายสูตรนี้เพื่อค้นหาอัตราการผลิตพลังงาน:

(อัตราที่ผลิต E) = (อัตราที่ M หายไป) x c 2

อัตราที่ดวงอาทิตย์ผลิตพลังงานเท่ากับอัตราการปล่อยพลังงานออกจากพื้นผิว (มัน its ความส่องสว่าง) ซึ่งมีขนาดประมาณ 3.8 x 10 26 วัตต์ ตัวเลขนี้สามารถกำหนดได้จากการวัดความสว่างที่ดวงอาทิตย์ปรากฏจากโลกและระยะห่างจากเรา การนำสิ่งนี้มาใส่ในสูตรข้างต้นบอกเราว่าดวงอาทิตย์สูญเสียประมาณ 4,200,000,000 กิโลกรัมทุกวินาที!

ฟังดูเหมือนมาก แต่เมื่อเทียบกับมวลรวมของดวงอาทิตย์ (2 x 10 30 กิโลกรัม) จริงๆ แล้วไม่มากนัก ตัวอย่างเช่น สมมติว่าเราต้องการวัดผลกระทบของการสูญเสียมวลนี้ตลอด 100 ปี ในช่วงเวลานั้น ดวงอาทิตย์จะสูญเสีย 1.3 x 10 19 กิโลกรัมเนื่องจากปฏิกิริยาฟิวชัน ซึ่งยังคงเป็นเศษเล็กเศษน้อยของมวลรวมของดวงอาทิตย์ (6.6 x 10 -12 หรือประมาณ 6.6 ส่วนในล้านล้าน!)

สิ่งนี้ส่งผลต่อวงโคจรของดาวเคราะห์อย่างไร? ตามสัญชาตญาณแล้ว หากเราจินตนาการถึงดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ด้วยความเร็วระดับหนึ่ง ขณะที่ดวงอาทิตย์สูญเสียมวล แรงดึงดูดของโลกก็จะอ่อนลง ดังนั้นมันจะมีปัญหาในการรักษาให้อยู่ในวงโคจรเดียวกัน ดังนั้นความเร็วของดาวเคราะห์จะนำมันออกจากดวงอาทิตย์มากขึ้น และการแยกวงโคจรระหว่างดวงอาทิตย์กับดาวเคราะห์จะเพิ่มขึ้น

สูตรที่ควบคุมสถานการณ์นี้ปรากฏว่าการแยกตัวของวงโคจรเป็นสัดส่วนกับ 1 หารด้วยมวลของดวงอาทิตย์ ซึ่งได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าระบบดาวเคราะห์ดวงอาทิตย์ต้องรักษาโมเมนตัมเชิงมุมไว้เมื่อดวงอาทิตย์สูญเสียมวล คาบการโคจรของโลกเป็นสัดส่วนกับ 1 หารด้วยมวลของดวงอาทิตย์ยกกำลังสอง

สำหรับการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในมวลของดวงอาทิตย์ (ในขณะที่เรากำลังพิจารณาที่นี่) สูตรทั้งหมดข้างต้นจะลดขนาดลงเป็นการประมาณง่ายๆ ที่ดี: ทุกๆ เปอร์เซ็นต์ที่มวลของดวงอาทิตย์ลดลง การโคจรของดาวเคราะห์จะเพิ่มขึ้นเป็นเปอร์เซ็นต์เดียวกัน และคาบการโคจรของดาวเคราะห์จะเพิ่มขึ้นสองเท่าของเปอร์เซ็นต์

ข้างต้น เรากล่าวว่าใน 100 ปี มวลของดวงอาทิตย์จะลดลง 6.6 ส่วนในหนึ่งล้านล้าน ดังนั้นการแยกวงโคจรของดาวเคราะห์จะเพิ่มขึ้น 6.6 ส่วนในหนึ่งล้านล้านและคาบการโคจรจะเพิ่มขึ้น 13.2 ส่วนในหนึ่งล้านล้าน หากดาวเคราะห์ที่เป็นปัญหาคือโลก (ซึ่งมีการโคจรอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ประมาณ 150,000,000 กิโลเมตร และมีคาบการโคจรเป็นเวลา 1 ปี) ระยะห่างระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์จะเพิ่มขึ้นประมาณ 1 เมตร และระยะเวลาการโคจรจะเพิ่มขึ้นประมาณ 0.4 มิลลิวินาที ! ไม่มีค่าใดที่มากพอที่เราจะตรวจจับได้

ฉันไม่แน่ใจแน่ชัดว่าเราต้องรอนานแค่ไหนจึงจะเห็นผลที่วัดได้ในวงโคจรของโลก - ดวงอาทิตย์ อาจมีเอฟเฟกต์อื่นๆ ที่ครอบงำสิ่งนี้ และทำให้ยากหรือเป็นไปไม่ได้ที่จะตรวจจับ แม้ในช่วงเวลาที่ยาวนานมาก เช่น การเปลี่ยนแปลงในวงโคจรของโลกอันเนื่องมาจากการรบกวนจากดาวเคราะห์ดวงอื่น มวลของดวงอาทิตย์ก็เปลี่ยนแปลงเช่นกันเนื่องจากผลกระทบอื่นๆ (เช่น ลมสุริยะ) แต่ในระยะยาว มวลเหล่านี้อาจน้อยกว่าการสูญเสียมวลของดวงอาทิตย์เนื่องจากการหลอมรวม (ดังที่อธิบายไว้ในคำตอบของไซต์ Ask a Astronomer อื่นสำหรับคำถามนี้) .

โดยรวมแล้ว ฉันคิดว่ามันปลอดภัยที่จะสรุปว่า (ก) จะไม่มีผลกระทบที่เห็นได้ชัดเจนต่อวงโคจรของดาวเคราะห์เหนือสิ่งใดๆ ที่คล้ายกับชีวิตมนุษย์ และ (ข) ที่นั่น จะ เป็นผลกระทบที่เห็นได้ชัดเจนในช่วงเวลาที่เข้าใกล้ช่วงอายุของดวงอาทิตย์ เนื่องจากดวงอาทิตย์จะสูญเสียมวลประมาณ 0.07% ในช่วงเวลานั้น นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในช่วงโคจรของโลกประมาณครึ่งวัน

หน้านี้ได้รับการปรับปรุงล่าสุดเมื่อวันที่ 18 กรกฎาคม 2015

เกี่ยวกับผู้เขียน

Dave Rothstein

Dave เป็นอดีตนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาและนักวิจัยดุษฎีบัณฑิตที่ Cornell ซึ่งใช้การสังเกตอินฟราเรดและเอ็กซ์เรย์และแบบจำลองคอมพิวเตอร์เชิงทฤษฎีเพื่อศึกษาการเพิ่มหลุมดำในกาแลคซีของเรา เขายังทำการพัฒนาส่วนใหญ่สำหรับไซต์เวอร์ชันเดิมอีกด้วย


นักดาราศาสตร์ค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบที่ร้อนกว่าดาวฤกษ์ส่วนใหญ่

ลองนึกภาพดาวเคราะห์อย่างดาวพฤหัสบดีที่โคจรรอบดาวฤกษ์แม่ของมันทุกวันครึ่ง ทำให้ร้อนจัดจนมีอุณหภูมิสูงกว่าดาวฤกษ์ส่วนใหญ่ และมีหางก๊าซขนาดยักษ์เรืองแสงราวกับดาวหาง

นั่นคือสิ่งที่ทีมวิจัยนานาชาติที่นำโดยนักดาราศาสตร์จากรัฐโอไฮโอและมหาวิทยาลัยแวนเดอร์บิลต์คิดว่าพวกเขาได้พบดาวฤกษ์มวลสูงที่โคจรรอบดาวฤกษ์ดวงหนึ่งซึ่งมีชื่อว่า KELT-9 ซึ่งอยู่ห่างจากโลก 650 ปีแสงในกลุ่มดาวซิกนัส

การค้นพบนี้อธิบายไว้ในบทความเรื่อง "ดาวเคราะห์ยักษ์ที่ได้รับการฉายรังสีอัลตราไวโอเลตสุดขั้วโดยดาวฤกษ์มวลสูงที่ร้อนจัด" ซึ่งตีพิมพ์โดยวารสาร ธรรมชาติ และในการนำเสนอในการประชุมฤดูใบไม้ผลิของ American Astronomical Society ในเมืองออสติน รัฐเท็กซัส

ด้วยอุณหภูมิด้านกลางวันสูงสุดที่ 4,600 เคลวิน (มากกว่า 7,800 องศาฟาเรนไฮต์) ดาวเคราะห์นอกระบบที่เพิ่งค้นพบใหม่นี้มีชื่อว่า KELT-9b จึงร้อนกว่าดาวฤกษ์ส่วนใหญ่ และมีเพียง 1,200 เคลวิน (ประมาณ 2,000 องศาฟาเรนไฮต์) ที่เย็นกว่าดวงอาทิตย์ของเราเอง อันที่จริง การแผ่รังสีอัลตราไวโอเลตจากดาวฤกษ์ที่โคจรรอบนั้นรุนแรงมากจนดาวเคราะห์อาจระเหยออกไปอย่างแท้จริงภายใต้แสงสะท้อนที่รุนแรง ทำให้เกิดหางก๊าซเรืองแสง

ภาพประกอบศิลปินของดาว KELT-9 และดาวเคราะห์สุดร้อนแรง KELT-9b (โรเบิร์ต เฮิร์ต / NASA/JPL-Caltech)

ดาวเคราะห์ที่ร้อนจัดก็มีลักษณะพิเศษอื่นๆ เช่นกัน ตัวอย่างเช่น มันเป็นก๊าซยักษ์ที่มีมวลมากกว่าดาวพฤหัสบดี 2.8 เท่า แต่มีความหนาแน่นเพียงครึ่งเดียวเท่านั้น เนื่องจากรังสีที่รุนแรงจากดาวฤกษ์แม่ของมันทำให้ชั้นบรรยากาศของมันพองตัวเหมือนบอลลูน เพราะมันผูกติดกับดาวฤกษ์ของมัน—ในขณะที่ดวงจันทร์โคจรมาสู่โลก—ด้านกลางวันของดาวเคราะห์ถูกทิ้งระเบิดอย่างต่อเนื่องโดยรังสีของดาวฤกษ์ และด้วยเหตุนี้ มันจึงร้อนมากจนโมเลกุล เช่น น้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ และมีเทนสามารถ' แบบฟอร์มที่นั่น

Scott Gaudi ศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ที่ The Ohio กล่าวว่า "มันเป็นดาวเคราะห์ตามคำจำกัดความทั่วไปที่อิงจากมวล แต่บรรยากาศของมันก็แทบไม่ต่างจากดาวเคราะห์ดวงอื่นที่เราเคยเห็นเพียงเพราะอุณหภูมิด้านกลางวัน" State University และหนึ่งในผู้เขียนนำของการศึกษานี้

Keivan Stassun (แดเนียล ดูบัวส์ / แวนเดอร์บิลต์)

สาเหตุที่ดาวเคราะห์นอกระบบร้อนมากก็เพราะดาวที่โคจรรอบนั้นมีขนาดใหญ่กว่าสองเท่าและร้อนเกือบสองเท่าของดวงอาทิตย์ “KELT-9 แผ่รังสีอัลตราไวโอเลตมากจนอาจทำให้โลกระเหยไปหมด หรือถ้าดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์อย่าง KELT-9b มีแกนหินที่เป็นของแข็งตามที่ทฤษฎีบางข้อแนะนำ ดาวเคราะห์อาจถูกต้มให้เป็นหินแห้งแล้ง เช่น ดาวพุธ” Keivan Stassun ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์ของ Stevenson จาก Vanderbilt กล่าว เรียนกับเกาดี้

ในทางกลับกัน วงโคจรของดาวเคราะห์อยู่ใกล้กับดาวฤกษ์มาก ดังนั้นหากดาวฤกษ์เริ่มขยายตัว มันก็จะดูดกลืนเข้าไป “KELT-9 จะโตจนกลายเป็นดาวยักษ์แดงในเวลาประมาณหนึ่งพันล้านปี” Stassun กล่าว “โอกาสระยะยาวสำหรับชีวิตหรืออสังหาริมทรัพย์สำหรับเรื่องนั้นใน KELT-9b นั้นดูไม่ดีเลย”

ในขณะที่ Stassun และ Gaudi ใช้เวลามากมายในการพัฒนาภารกิจ เช่น Transiting Exoplanet Survey Satellite ของ NASA ซึ่งออกแบบมาเพื่อค้นหาดาวเคราะห์ที่อาศัยอยู่ได้ในระบบสุริยะอื่น ๆ นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่ามีเหตุผลที่ดีในการศึกษาโลกที่ไม่เอื้ออำนวย

“ชุมชนดาราศาสตร์มุ่งเน้นอย่างชัดเจนในการค้นหาดาวเคราะห์คล้ายโลกรอบๆ ดาวฤกษ์ขนาดเล็กที่เย็นกว่าอย่างเช่นดวงอาทิตย์ของเรา พวกมันเป็นเป้าหมายที่ง่าย และมีหลายอย่างที่สามารถเรียนรู้เกี่ยวกับดาวเคราะห์ที่อาจอาศัยอยู่ได้ซึ่งโคจรรอบดาวฤกษ์มวลต่ำโดยทั่วไป ในทางกลับกัน เนื่องจากดาวฤกษ์แม่ของ KELT-9b นั้นใหญ่กว่าและร้อนกว่าดวงอาทิตย์ มันจึงเติมเต็มความพยายามเหล่านั้นและให้มาตรฐานสำหรับการทำความเข้าใจว่าระบบดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นรอบๆ ดาวฤกษ์มวลสูงที่ร้อนจัดอย่างไร” Gaudi กล่าว

ในขณะที่เราพยายามจะพัฒนาภาพที่สมบูรณ์ของความหลากหลายของโลกอื่น สิ่งสำคัญคือต้องรู้ว่าไม่เพียงแต่ดาวเคราะห์ก่อตัวและวิวัฒนาการอย่างไร แต่ยังรวมถึงเมื่อใดและภายใต้เงื่อนไขใดที่พวกมันจะถูกทำลาย

Stassun กล่าวเสริมว่า “ในขณะที่เราพยายามพัฒนาภาพที่สมบูรณ์ของโลกอื่น ๆ ที่หลากหลาย สิ่งสำคัญคือต้องรู้ว่าไม่เพียงแต่ดาวเคราะห์ก่อตัวและวิวัฒนาการอย่างไร แต่ยังรวมถึงเมื่อใดและภายใต้เงื่อนไขใดที่พวกมันจะถูกทำลาย”

ดาวเคราะห์ดวงใหม่ถูกค้นพบได้อย่างไร?

“ เราโชคดีมากที่ได้จับดาวเคราะห์ดวงนี้ในขณะที่โคจรผ่านหน้าดาวฤกษ์” คาเรน คอลลินส์ ผู้เขียนร่วมซึ่งเป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกของแวนเดอร์บิลต์กล่าว “เนื่องจากมันโคจรรอบขั้วใกล้ขั้ว และความจริงที่ว่าดาวแม่ของมันมีลักษณะเป็นทรงกลม แทนที่จะเป็นทรงกลม เราคำนวณว่าการเคลื่อนตัวของวงโคจรนั้นจะทำให้ดาวเคราะห์หลุดพ้นจากสายตาในเวลาประมาณ 150 ปี และมันจะไม่ปรากฏขึ้นอีก ประมาณสามพันปีครึ่ง”

ในปี 2014 นักดาราศาสตร์ค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบโดยใช้กล้องโทรทรรศน์หนึ่งในสองตัวที่ออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อตรวจจับดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์สว่าง ดวงหนึ่งอยู่ทางเหนือและอีกแห่งหนึ่งอยู่ในซีกโลกใต้ ซึ่งดำเนินการร่วมกันโดยมหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอไฮโอ แวนเดอร์บิลต์ และลีไฮ เครื่องมือ "กล้องโทรทรรศน์กิโลดีกรีน้อยมาก" หรือ KELT เติมเต็มช่องว่างขนาดใหญ่ในเทคโนโลยีที่มีอยู่สำหรับการค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบ พวกเขาใช้เทคโนโลยีนอกชั้นวางเป็นส่วนใหญ่เพื่อจัดหาวิธีการล่าดาวเคราะห์ที่มีต้นทุนต่ำ ในขณะที่กล้องโทรทรรศน์ดาราศาสตร์แบบดั้งเดิมมีค่าใช้จ่ายในการสร้างหลายล้านดอลลาร์ แต่ฮาร์ดแวร์สำหรับกล้องโทรทรรศน์ KELT นั้นมีมูลค่าน้อยกว่า 75,000 ดอลลาร์ ที่กล้องโทรทรรศน์อื่นๆ ได้รับการออกแบบให้มองดูดาวที่จางมากในส่วนเล็กๆ ของท้องฟ้าด้วยความละเอียดสูงมาก, KELT มองดูดาวที่สว่างมากหลายล้านดวงพร้อมกันบนท้องฟ้าในส่วนกว้างๆ ด้วยความละเอียดที่ค่อนข้างต่ำ

เจมส์ เนฟฟ์ ผู้อำนวยการโครงการวิทยาศาสตร์ดาราศาสตร์แห่งมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (National Science Foundation) ซึ่งให้ทุนสนับสนุนการวิจัยบางส่วนกล่าวว่า "ผลลัพธ์นี้แสดงให้เห็นว่าแม้แต่กล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็กมาก '8217 ตัวก็สามารถมีบทบาทสำคัญในการค้นพบได้

กล้องโทรทรรศน์ KELT North ในรัฐแอริโซนา (ความร่วมมือ KELT)

การใช้กล้องโทรทรรศน์ KELT-North ที่หอดูดาว Winer ในรัฐแอริโซนา นักดาราศาสตร์สังเกตเห็นการลดลงเล็กน้อยในความสว่างของดาวฤกษ์—เพียงประมาณครึ่งเปอร์เซ็นต์เท่านั้น—ซึ่งบ่งชี้ว่าดาวเคราะห์อาจเคลื่อนผ่านไปข้างหน้า ความสว่างลดลงทุกๆ 1.5 วัน ซึ่งหมายความว่าดาวเคราะห์จะสิ้นสุดวงจร "รายปี" รอบดาวฤกษ์ของมันทุกๆ 1.5 วัน การสังเกตภายหลังยืนยันว่าสัญญาณเกิดจากดาวเคราะห์ที่เคลื่อนผ่านและเปิดเผยว่ามันเป็นสิ่งที่นักดาราศาสตร์เรียกว่า "ดาวพฤหัสบดีร้อน" ซึ่งเป็นดาวเคราะห์ในอุดมคติสำหรับกล้องโทรทรรศน์ KELT ที่จะตรวจจับ

นักดาราศาสตร์หวังว่าจะได้ดู KELT-9b อย่างใกล้ชิดกับกล้องโทรทรรศน์อื่นๆ รวมถึงสปิตเซอร์ กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (HST) และกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ในที่สุดหลังจากเปิดตัวในปี 2018 การสังเกตการณ์ด้วย HST จะช่วยให้พวกเขาเห็นว่าดาวเคราะห์ดวงนี้ มีหางของดาวหางจริง ๆ และทำให้พวกเขาประเมินได้ว่าโลกจะอยู่รอดในสภาพที่เลวร้ายในปัจจุบันได้นานแค่ไหน

สถาบันพันธมิตรในอเมริกา ได้แก่ Ohio State University, Vanderbilt University, Fisk University, Pennsylvania State University, the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Las Cumbres Observatory Global Telescope Network, University of Notre Dame, Lehigh University, NASA Ames Research Center, Bay Area Environmental Research สถาบัน, Swarthmore College, IPAC, Brigham Young University, University of California-Santa Cruz, University of Wyoming, Louisiana State University, University of Louisville, Spot Observatory ในแนชวิลล์, Westminster College, Kutztown University, University of Hawaii, University of Washington, Texas A&M University, Wellesley College และหอดูดาว Winer ใน Sonoita, AZ สมาชิกทีมนานาชาติมาจากเดนมาร์ก อิตาลี ญี่ปุ่น โปรตุเกส สวิตเซอร์แลนด์ ออสเตรเลีย เยอรมนี และแอฟริกาใต้

การศึกษาได้รับทุนสนับสนุนส่วนใหญ่จาก National Science Foundation (NSF) ผ่าน NSF CAREER Grant AST-1056524, NSF PAARE Grant AST-1358862 และ NSF Graduate Research Fellowship ภายใต้ทุน 2014184874 การสนับสนุนเพิ่มเติมมาจาก NASA ผ่านทาง Jet Propulsion Laboratory และ โครงการสำรวจดาวเคราะห์นอกระบบ the Harvard Future Faculty Leaders Postdoctoral Fellowship Theodore Dunham, Jr. มอบทุนจากกองทุนเพื่อการวิจัยทางดาราศาสตร์และสมาคมส่งเสริมวิทยาศาสตร์แห่งประเทศญี่ปุ่น


ดาวเคราะห์ที่ร้อนกว่าดาวฤกษ์ส่วนใหญ่

ด้วยอุณหภูมิด้านกลางวันที่ 4,600 เคลวิน (มากกว่า 7,800 องศาฟาเรนไฮต์) ดาวเคราะห์ KELT-9b จึงร้อนกว่าดาวฤกษ์ส่วนใหญ่ และมีเพียง 1,200 เคลวิน (ประมาณ 2,000 องศาฟาเรนไฮต์) ที่เย็นกว่าดวงอาทิตย์ของเราเอง

ในวารสารประจำสัปดาห์นี้ ธรรมชาติ และในการนำเสนอในการประชุมฤดูใบไม้ผลิของสมาคมดาราศาสตร์อเมริกัน ทีมวิจัยระดับนานาชาติที่นำโดยนักดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอไฮโอและมหาวิทยาลัยแวนเดอร์บิลต์ได้บรรยายถึงดาวเคราะห์ที่มีลักษณะผิดปกติบางอย่าง

ตัวอย่างเช่น มันเป็นก๊าซยักษ์ที่มีมวลมากกว่าดาวพฤหัสบดี 2.8 เท่า แต่มีความหนาแน่นเพียงครึ่งเดียวเท่านั้น เนื่องจากรังสีที่รุนแรงจากดาวฤกษ์แม่ของมันทำให้ชั้นบรรยากาศของมันพองตัวเหมือนบอลลูน และเนื่องจากมันถูกกักไว้ตามกระแสน้ำกับดาวฤกษ์ของมัน ในขณะที่ดวงจันทร์โคจรมาสู่โลก ด้านกลางวันของดาวเคราะห์จึงถูกรังสีของดาวถล่มทิ้งระเบิดตลอดเวลา และเป็นผลให้ร้อนมากจนโมเลกุล เช่น น้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ และมีเทน ไม่สามารถก่อตัวที่นั่น คุณสมบัติของด้านกลางคืนยังคงลึกลับ โมเลกุลอาจก่อตัวขึ้นที่นั่น แต่อาจเพียงชั่วคราวเท่านั้น

Scott Gaudi ศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ที่ The Ohio กล่าวว่า "มันเป็นดาวเคราะห์ตามคำจำกัดความทั่วไปใดๆ ที่อิงจากมวล แต่บรรยากาศของมันก็แทบไม่ต่างจากดาวเคราะห์ดวงอื่นที่เราเคยเห็นมาเลย เพียงเพราะอุณหภูมิด้านกลางวันของมัน" มหาวิทยาลัยแห่งรัฐและผู้นำด้านการศึกษา

KELT-9b โคจรรอบดาวฤกษ์ เรียกว่า KELT-9 ซึ่งใหญ่กว่าสองเท่าและร้อนเกือบสองเท่าของดวงอาทิตย์ Keivan Stassun ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์ที่ Vanderbilt ผู้กำกับการศึกษาร่วมกับ Gaudi กล่าวว่า "KELT-9 แผ่รังสีอัลตราไวโอเลตมากจนอาจทำให้ดาวเคราะห์ระเหยไปหมด หรือถ้าดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์อย่าง KELT-9b มีแกนหินที่เป็นของแข็ง ตามทฤษฎีบางข้อ ดาวเคราะห์อาจถูกต้มจนกลายเป็นหินแห้งแล้ง อย่างเช่นดาวพุธ”

นั่นคือถ้าดาวไม่เติบโตเพื่อกลืนกินมันเสียก่อน "KELT-9 จะพองตัวเป็นดาวยักษ์แดงในเวลาประมาณหนึ่งพันล้านปี" Stassun กล่าว "โอกาสระยะยาวสำหรับชีวิตหรืออสังหาริมทรัพย์สำหรับเรื่องนั้นใน KELT-9b นั้นดูไม่ดีเลย"

เนื่องจากชั้นบรรยากาศของมันถูกระเบิดอย่างต่อเนื่องด้วยรังสีอัลตราไวโอเลตในระดับสูง ดาวเคราะห์อาจถึงกับหลั่งหางของวัสดุดาวเคราะห์ที่ระเหยเป็นไอเหมือนดาวหาง Gaudi กล่าวเสริม

ในขณะที่ Gaudi และ Stassun ใช้เวลามากในการพัฒนาภารกิจที่ออกแบบมาเพื่อค้นหาดาวเคราะห์ที่อาศัยอยู่ได้ในระบบสุริยะอื่น ๆ นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่ามีเหตุผลที่ดีในการศึกษาโลกที่ไม่เอื้ออำนวย

ตามที่ได้รับการเน้นโดยการค้นพบล่าสุดจากการทำงานร่วมกันของ MEarth ดาวเคราะห์รอบ ๆ Proxima Centauri และระบบที่น่าอัศจรรย์ที่ค้นพบรอบ TRAPPIST-1 ชุมชนดาราศาสตร์มุ่งเน้นไปที่การค้นหาดาวเคราะห์คล้ายโลกรอบดาวฤกษ์ขนาดเล็กที่เย็นกว่าเช่นดวงอาทิตย์ของเราอย่างชัดเจน เป็นเป้าหมายที่ง่ายและมีหลายอย่างที่สามารถเรียนรู้เกี่ยวกับดาวเคราะห์ที่อาจอาศัยอยู่ได้ซึ่งโคจรรอบดาวฤกษ์มวลต่ำมากโดยทั่วไป ในทางกลับกัน เนื่องจากดาวฤกษ์แม่ของ KELT-9b มีขนาดใหญ่และร้อนกว่าดวงอาทิตย์ เกณฑ์มาตรฐานสำหรับการทำความเข้าใจว่าระบบดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นรอบดาวฤกษ์มวลสูงที่ร้อนจัดอย่างไร" เกาดี้กล่าว

Stassun กล่าวเสริมว่า "ในขณะที่เราพยายามพัฒนาภาพที่สมบูรณ์ของโลกอื่น ๆ ที่หลากหลาย สิ่งสำคัญคือต้องรู้ว่าไม่เพียงแต่ดาวเคราะห์ก่อตัวและวิวัฒนาการอย่างไร แต่ยังรวมถึงเมื่อใดและภายใต้เงื่อนไขใดที่พวกมันจะถูกทำลาย"

ดาวเคราะห์ดวงใหม่นี้ถูกค้นพบได้อย่างไร?

ในปี 2014 นักดาราศาสตร์ที่ใช้กล้องโทรทรรศน์ KELT-North ที่หอดูดาว Winer ในรัฐแอริโซนาสังเกตเห็นความสว่างของดาวฤกษ์ที่ลดลงเล็กน้อย เพียงประมาณครึ่งเปอร์เซ็นต์เท่านั้น ซึ่งบ่งชี้ว่าดาวเคราะห์อาจเคลื่อนผ่านหน้าดาวฤกษ์ ความสว่างลดลงทุกๆ 1.5 วัน ซึ่งหมายความว่าดาวเคราะห์จะสิ้นสุดวงจร "รายปี" รอบดาวฤกษ์ของมันทุกๆ 1.5 วัน

การสังเกตภายหลังยืนยันสัญญาณว่าเกิดจากดาวเคราะห์ และเผยให้เห็นว่าเป็นสิ่งที่นักดาราศาสตร์เรียกว่า "ดาวพฤหัสบดีร้อน" ซึ่งเป็นดาวเคราะห์ในอุดมคติสำหรับกล้องโทรทรรศน์ KELT ที่จะตรวจจับ

KELT ย่อมาจาก "กล้องโทรทรรศน์กิโลดีกรีมาก" นักดาราศาสตร์ที่รัฐโอไฮโอ มหาวิทยาลัยแวนเดอร์บิลต์ และมหาวิทยาลัยลีไฮ ร่วมกันดำเนินการ KELT สองแห่ง (แต่ละแห่งในซีกโลกเหนือและใต้) เพื่อเติมช่องว่างขนาดใหญ่ในเทคโนโลยีที่มีอยู่สำหรับการค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบ

กล้องโทรทรรศน์อื่นๆ ได้รับการออกแบบมาเพื่อดูดาวที่จางมากในส่วนเล็กๆ ของท้องฟ้า และมีความละเอียดสูงมาก ในทางตรงกันข้าม KELT จะมองดูดาวที่สว่างมากหลายล้านดวงพร้อมกัน เหนือส่วนกว้างของท้องฟ้า และที่ความละเอียดต่ำ

เป็นวิธีการตามล่าหาดาวเคราะห์ที่มีต้นทุนต่ำ โดยใช้เทคโนโลยีที่แทบไม่มีขายทั่วไป ในขณะที่กล้องโทรทรรศน์ดาราศาสตร์แบบดั้งเดิมมีราคาสร้างหลายล้านดอลลาร์ แต่ฮาร์ดแวร์สำหรับกล้องโทรทรรศน์ KELT มีราคาไม่ถึง 75,000 ดอลลาร์

Joshua Pepper นักดาราศาสตร์และผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัย Lehigh ผู้สร้าง KELT ทั้งสองกล่าวว่า "การค้นพบนี้เป็นข้อพิสูจน์ถึงพลังการค้นพบของกล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็ก และความสามารถของนักวิทยาศาสตร์พลเมืองในการมีส่วนร่วมโดยตรงในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่ล้ำสมัย" กล้องโทรทรรศน์

นักดาราศาสตร์หวังว่าจะได้ดู KELT-9b อย่างใกล้ชิดกับกล้องโทรทรรศน์อื่นๆ รวมถึงสปิตเซอร์ กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (HST) และกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ในที่สุด การสังเกตการณ์ด้วย HST จะช่วยให้พวกเขาทราบว่าดาวเคราะห์ดวงนี้มีหางของดาวหางจริงหรือไม่ และช่วยให้พวกเขาสามารถกำหนดได้ว่าดาวเคราะห์ดวงนั้นจะอยู่รอดในสภาพที่เลวร้ายในปัจจุบันได้นานแค่ไหน

ผู้ร่วมวิจัยจากรัฐโอไฮโอ ได้แก่ Daniel J. Stevens, Marshall C. Johnson, Matthew Penney, Andrew Gould และ Richard Pogge ภาควิชาดาราศาสตร์ทั้งหมด

สถาบันพันธมิตรในอเมริกา ได้แก่ Vanderbilt University, Fisk University, Pennsylvania State University, the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Las Cumbres Observatory Global Telescope Network, University of Notre Dame, Lehigh University, NASA Ames Research Center, Bay Area Environmental Research Institute, Swarthmore College , IPAC, Brigham Young University, University of California-Santa Cruz, University of Wyoming, Louisiana State University, University of Louisville, Spot Observatory ในแนชวิลล์, Westminster College, Kutztown University, University of Hawaii, University of Washington, Texas A&M University, Wellesley หอดูดาววิทยาลัยและ Winer ใน Sonoita, AZ สมาชิกทีมนานาชาติมาจากเดนมาร์ก อิตาลี ญี่ปุ่น โปรตุเกส สวิตเซอร์แลนด์ ออสเตรเลีย เยอรมนี และแอฟริกาใต้

การศึกษาได้รับทุนสนับสนุนจาก National Science Foundation (NSF) เป็นส่วนใหญ่ ผ่านทาง NSF CAREER Grant, NSF PAARE Grant และ NSF Graduate Research Fellowship Additional support came from NASA via the Jet Propulsion Laboratory and the Exoplanet Exploration Program the Harvard Future Faculty Leaders Postdoctoral Fellowship Theodore Dunham, Jr., Grant from the Fund for Astronomical Research and the Japan Society for the Promotion of Science.


Collaborative Group Activities

Give several reasons the Orion molecular cloud is such a useful “laboratory” for studying the stages of star formation.

Why is star formation more likely to occur in cold molecular clouds than in regions where the temperature of the interstellar medium is several hundred thousand degrees?

Why have we learned a lot about star formation since the invention of detectors sensitive to infrared radiation?

Describe what happens when a star forms. Begin with a dense core of material in a molecular cloud and trace the evolution up to the time the newly formed star reaches the main sequence.

Describe how the T Tauri star stage in the life of a low-mass star can lead to the formation of a Herbig-Haro (H-H) object.

Look at the four stages shown in [link]. In which stage(s) can we see the star in visible light? In infrared radiation?

The evolutionary track for a star of 1 solar mass remains nearly vertical in the H–R diagram for a while (see [link]). How is its luminosity changing during this time? Its temperature? Its radius?

Two protostars, one 10 times the mass of the Sun and one half the mass of the Sun are born at the same time in a molecular cloud. Which one will be first to reach the main sequence stage, where it is stable and getting energy from fusion?

Compare the scale (size) of a typical dusty disk around a forming star with the scale of our solar system.

Why is it so hard to see planets around other stars and so easy to see them around our own?

Why did it take astronomers until 1995 to discover the first exoplanet orbiting another star like the Sun?

Which types of planets are most easily detected by Doppler measurements? By transits?

List three ways in which the exoplanets we have detected have been found to be different from planets in our solar system.

List any similarities between discovered exoplanets and planets in our solar system.

What revisions to the theory of planet formation have astronomers had to make as a result of the discovery of exoplanets?

Why are young Jupiters easier to see with direct imaging than old Jupiters?

Thought questions

A friend of yours who did not do well in her astronomy class tells you that she believes all stars are old and none could possibly be born today. What arguments would you use to persuade her that stars are being born somewhere in the Galaxy during your lifetime?

Observations suggest that it takes more than 3 million years for the dust to begin clearing out of the inner regions of the disks surrounding protostars. Suppose this is the minimum time required to form a planet. Would you expect to find a planet around a 10-เอ็มSun star? (Refer to [link].)

Suppose you wanted to observe a planet around another star with direct imaging. Would you try to observe in visible light or in the infrared? ทำไม? Would the planet be easier to see if it were at 1 AU or 5 AU from its star?

Why were giant planets close to their stars the first ones to be discovered? Why has the same technique not been used yet to discover giant planets at the distance of Saturn?

Exoplanets in eccentric orbits experience large temperature swings during their orbits. Suppose you had to plan for a mission to such a planet. Based on Kepler’s second law, does the planet spend more time closer or farther from the star? อธิบาย.

Figuring for yourself

When astronomers found the first giant planets with orbits of only a few days, they did not know whether those planets were gaseous and liquid like Jupiter or rocky like Mercury. The observations of HD 209458 settled this question because observations of the transit of the star by this planet made it possible to determine the radius of the planet. Use the data given in the text to estimate the density of this planet, and then use that information to explain why it must be a gas giant.

An exoplanetary system has two known planets. Planet X orbits in 290 days and Planet Y orbits in 145 days. Which planet is closest to its host star? If the star has the same mass as the Sun, what is the semi-major axis of the orbits for Planets X and Y?

Kepler’s third law says that the orbital period (in years) is proportional to the square root of the cube of the mean distance (in AU) from the Sun (พีa 1.5 ). For mean distances from 0.1 to 32 AU, calculate and plot a curve showing the expected Keplerian period. For each planet in our solar system, look up the mean distance from the Sun in AU and the orbital period in years and overplot these data on the theoretical Keplerian curve.

Calculate the transit depth for an M dwarf star that is 0.3 times the radius of the Sun with a gas giant planet the size of Jupiter.

If a transit depth of 0.00001 can be detected with the Kepler spacecraft, what is the smallest planet that could be detected around a 0.3 Rพระอาทิตย์ M dwarf star?


Planet-Hunters Discover Incredibly Rare Super-Earth – “One in a Million”

Astronomers at the University of Canterbury (UC) have found an incredibly rare new Super-Earth planet towards the center of the galaxy. The planet is one of only a handful that have been discovered with both size and orbit comparable to that of Earth.

The planet is one of only a handful that have been discovered with both size and orbit comparable to that of Earth. The planet-hunters’ research has recently been published in วารสารดาราศาสตร์.

Lead researchers in the discovery, astronomers Dr. Antonio Herrera Martin and Associate Professor Michael Albrow, both of UC’s School of Physical and Chemical Sciences in the College of Science, are part of an international team of astronomers who collaborated on the Super-Earth research.

Dr. Herrera Martin, the paper’s lead author, describes the planet-finding discovery as incredibly rare.

“To have an idea of the rarity of the detection, the time it took to observe the magnification due to the host star was approximately five days, while the planet was detected only during a small five-hour distortion. After confirming this was indeed caused by another ‘body’ different from the star, and not an instrumental error, we proceeded to obtain the characteristics of the star-planet system,” he says.

Dr. Antonio Herrera Martin, the paper’s lead author, describes the planet-finding discovery as incredibly rare. Credit: University of Canterbury

Using the solar system as a point of reference, the host star is about 10% the mass of our Sun, and the planet would have a mass somewhere between that of Earth and Neptune, and would orbit at a location between Venus and Earth from the parent star. Due to the host star having a smaller mass than our Sun, the planet would have a ‘year’ of approximately 617 days.

The new planet is among only a handful of extra-solar planets that have been detected with both sizes and orbits close to that of Earth.

Dr. Herrera Martin explains the planet was discovered using a technique called gravitational microlensing.

“The combined gravity of the planet and its host star caused the light from a more distant background star to be magnified in a particular way. We used telescopes distributed around the world to measure the light-bending effect.”

“These experiments detect around 3000 microlensing events each year, the majority of which are due to lensing by single stars,” the paper’s co-author Associate Professor Michael Albrow says. Credit: University of Canterbury

The microlensing effect is rare, with only about one in a million stars in the galaxy being affected at any given time. Furthermore, this type of observation does not repeat, and the probabilities of catching a planet at the same time are extremely low, the UC astronomer says.

This particular microlensing event was observed during 2018 and designated OGLE-2018-BLG-0677. It was independently detected by the Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) using a telescope in Chile, and the Korea Microlensing Telescope Network (KMTNet) to which the UC astronomers belong, using three identical telescopes in Chile, Australia, and South Africa. The KMTNet telescopes are equipped with very large cameras, which the team uses to measure the light output from around one hundred million (100,000,000) stars every 15 minutes.

“These experiments detect around 3000 microlensing events each year, the majority of which are due to lensing by single stars,” the paper’s co-author Associate Professor Albrow notes.

“Dr. Herrera Martin first noticed that there was an unusual shape to the light output from this event, and undertook months of computational analysis that resulted in the conclusion that this event was due to a star with a low-mass planet.”

Reference: “OGLE-2018-BLG-0677Lb: A Super-Earth Near the Galactic Bulge” by Antonio Herrera-Martín, M. D. Albrow, A. Udalski, A. Gould, Y.-H. Ryu, J. C. Yee, S.-J. Chung, C. Han, K.-H. Hwang, Y. K. Jung, C.-U. Lee, I.-G. Shin, Y. Shvartzvald, W. Zang, S.-M. Cha, D.-J. Kim, H.-W. Kim, S.-L. Kim, D.-J. Lee, Y. Lee, B.-G. Park, R. W. Pogge, (KMTNet Collaboration), M. K. Szymański, P. Mróz, J. Skowron, R. Poleski, I. Soszyński, S. Kozłowski, P. Pietrukowicz, K. Ulaczyk, K. Rybicki, P. Iwanek, M. Wrona and (OGLE Collaboration), 7 May 2020, วารสารดาราศาสตร์.
DOI: 10.3847/1538-3881/ab893e
arXiv: 2003.02983

This research was supported by the Marsden Fund of the Royal Society Te Apārangi.


Planet WASP-12b Might Be on a Death Spiral into its Parent Star

By: Govert Schilling September 3, 2019 1

รับบทความแบบนี้ที่ส่งไปยังกล่องจดหมายของคุณ

A hot Jupiter is on the verge of falling into its host star.

This artist’s view shows a hot Jupiter exoplanet in a tight orbit around its parent star.
NASA / JPL-Caltech

A mere 3 million years from now — a cosmic eye-blink away — the star WASP 12 might consume its exoplanet WASP-12b. According to Joshua Winn (Princeton University), it looks like astronomers are actually witnessing the enigmatic hot Jupiter as it slowly but steadily spirals inward. Winn presented the latest results on the planet’s apparent orbital decay on August 20 th at the 4th Extreme Solar Systems conference in Reykjavik, Iceland.

WASP-12b is a puffed-up gas giant, transiting its Sun-like star every 1.1 days from a distance of just 0.02 astronomical units (a.u.), about nine times the Earth-moon distance. In 2017, a team led by Kishore Patra (University of California at Berkeley) announced that the planet’s orbit appears to be shrinking: The time intervals between successive transits across its parent star decrease by 29 milliseconds per year. So, since its discovery in 2008, the orbital period seems to have shortened by 0.3 seconds. Now, new evidence supports the idea that we’re viewing the last stage of this planet’s existence.

The Fate of Hot Jupiters

The star designated WASP 12, depicted in the upper panel, is tightly encircled by a large planet (black dot) that passes in front of and behind it. The planet, WASP-12b, has a diameter roughly 80% larger than that of Jupiter, seen projected against the sun in the lower panel.

Back in 1996, when the very first hot Jupiters had been discovered, Fred Rasio (Northwestern University) and his colleagues predicted that their orbits could very slowly decay due to tidal interactions with their parent stars. However, the rapid change in WASP-12b’s orbital period implies that we’re observing the planet at the last moments of its inspiral. That might seem a rather improbable coincidence, but David Latham (Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian) says, “one such case could be the result of a lucky accident.”

Alternatively, the planet’s orbit could be slightly eccentric. A change in the orbit’s orientation (known as apsidal precession) could then produce a gradual shift in transit times. But unless WASP-12b has a weird interior that somehow resists the tidal gravitational forces of its parent star, it’s hard to explain how its orbit can remain eccentric. Over time, those tidal interactions ought to have fully circularized the planet’s orbit.

Now, the latest Spitzer Space Telescope observations of the system, which is at a distance of 1,300 light-years in the constellation Auriga, argue in favor of the planet’s orbital decay. Spitzer observed not only WASP-12b’s transits in front of the star, but also its occultations, when it disappears behind the star. In the case of apsidal precession, the true orbital period doesn’t change, so if transits occur earlier than expected, occultations should occur later. In the case of orbital decay, however, the exact times of transits and occultations should both shift in the same direction.

The new observations support the orbital decay case, Winn says. According to Latham, the evidence that WASP-12b is going into a “death spiral” is indeed “quite convincing.” But, he adds, “I think it is too early to conclude that apsidal precession is excluded. In fact, I would not be surprised if both effects prove to be involved as further transit times are accumulated in the coming years.”

If the result is confirmed by future measurements, it would be the first time that astronomers are witnessing a hot Jupiter’s orbital decay. The new result fits in with earlier observations that revealed a large and steady mass loss of WASP-12b of some 10 -7 Jupiter masses per year. Apparently, the planet’s demise has already begun.

Artist concept of the extremely hot exoplanet WASP-12b losing mass to its host star.
NASA / JPL / Robert Hurt

Asked about the importance of the find, Latham says: “A long-standing puzzle concerning the migration mechanism that produces hot Jupiters is, what stops the migration? Why does there appear to be a pile-up of orbits with periods of a few days for hot Jupiters? Does some physical mechanism halt the migration? Finding convincing evidence that one or two hot Jupiters are actually continuing in a death spiral would provide an important input to this discussion.”

Rasio says it’s still too early to call it a closed case. But if confirmed, he says, it means there must be many more hot Jupiters that have experienced a similar fate. “Their envelopes might get stripped, revealing a core that looks just like a super-Earth, or maybe a mini-Neptune if they can retain a bit of their envelope.” Many such planets have been found in very short periods, he says, and those may very well have formed through orbital decay of hot Jupiters.