เคมีที่ต่างกันเล็กน้อยจาก ‘แฝดสุริยะ’ อาจเนื่องมาจากมีดาวเคราะห์ที่เป็นหินบอสตัน — ดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์จำนวนมากเป็นโคลนที่น่าขนลุก แต่ดาวของเรามีลักษณะเฉพาะ การศึกษาฝาแฝดสุริยะเผยให้เห็นว่าองค์ประกอบทางเคมีของดวงอาทิตย์แตกต่างจากดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้เคียงอย่างน่าประหลาดใจ ในขณะที่ดาวเหล่านั้นเกือบจะเหมือนกันทุกประการ เนื่องจากดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ของมันทำจากวัสดุชนิดเดียวกัน ซึ่งอาจหมายความว่าดาวเคราะห์นอกระบบที่โคจรรอบดาวเหล่านั้นจะมีรสชาติเพียงไม่กี่ชนิดเท่านั้น นอกจากนี้ยังอาจชี้ให้เห็นถึงวิธีใหม่ในการค้นพบดาวฤกษ์ด้วยระบบสุริยะที่คล้ายกับของเรามากขึ้น
นักดาราศาสตร์ Megan Bedell จาก Flatiron Institute Center for Computational Astrophysics ในนิวยอร์กซิตี้และเพื่อนร่วมงานของเธอได้ศึกษาองค์ประกอบใน “แฝดสุริยะ” 79 ดวง ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ที่มีอุณหภูมิ แรงโน้มถ่วง และปริมาณธาตุเหล็กใกล้เคียงกับดวงอาทิตย์ มีการสังเกตดาวฤกษ์ด้วยกล้องโทรทรรศน์ล่าดาวเคราะห์ HARPSในชิลี ซึ่งวัดสเปกตรัมของดาวหรือรุ้งของแสงที่ปล่อยออกมาในช่วงความยาวคลื่นต่างๆ การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในแสงสามารถเผยให้เห็นดาวเคราะห์ที่โคจรอยู่ได้ สเปกตรัมยังสามารถเปิดเผยความอุดมสมบูรณ์ขององค์ประกอบเฉพาะที่ประกอบเป็นดาวได้
“ชุดข้อมูลนี้เป็นขุมสมบัติสำหรับการวิเคราะห์ความอุดมสมบูรณ์จริงๆ” เบเดลล์บอกกับการ ประชุม Cool Stars 20เมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม
ทีมงานของ Bedell วัดความอุดมสมบูรณ์ขององค์ประกอบ 30 ถึง 2 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งสูงกว่าการศึกษาก่อนหน้านี้ที่สามารถทำได้ และยืนยันว่าองค์ประกอบบางอย่างแตกต่างกันไปตามอายุของดาว ( SN: 10/1/16, p. 25 ) นั่นคือสิ่งที่พวกเขาคาดหวัง ดาวอายุน้อยอาจก่อตัวขึ้นจากเมฆฝุ่นและก๊าซที่ปนเปื้อนด้วยธาตุหนักกว่าจากการระเบิดของซุปเปอร์โนวา
แต่อัตราส่วนขององค์ประกอบบางอย่างที่เป็นกุญแจสำคัญในการก่อตัวดาวเคราะห์ เช่น คาร์บอนต่อออกซิเจน หรือแมกนีเซียมกับซิลิกอนนั้นใกล้เคียงกันในทุกดวงดาวในการสำรวจ ดาวและดาวเคราะห์ของพวกมันก่อตัวขึ้นจากเมฆก๊าซและฝุ่นดั้งเดิมเดียวกัน ดังนั้นเคมีของดาวจึงแสดงถึงสิ่งที่ดาวเคราะห์ของดาวสร้างขึ้น ปริมาณแมกนีเซียมและซิลิกอนสัมพัทธ์ในดาวเคราะห์ดวงหนึ่งสามารถกำหนดทุกอย่างได้ตั้งแต่ดาวเคราะห์มีเปลือกโลกที่เป็นหินไปจนถึงว่ามีเปลือกโลกหรือแร่ธาตุชนิดใดที่ก่อตัวขึ้น(SN: 5/12/18, p. 28 )
การศึกษาก่อนหน้านี้ชี้ให้เห็นว่าองค์ประกอบของดาวมีความหลากหลายเพียงพอสำหรับสวนสัตว์นอกระบบดาวเคราะห์นอกระบบ แต่ด้วยกลุ่มดาวกลุ่มนี้ ทีมของเบเดลล์กลับพบสิ่งที่ตรงกันข้าม
“การศึกษาในอดีตกล่าวว่าดาวฤกษ์แต่ละดวงมีความหลากหลายมากมาย ดังนั้นควรมีความหลากหลายมากในหมู่ดาวเคราะห์” เบเดลล์กล่าว “ก็เห็นเยอะเหมือนกัน”
แต่เมื่อมันมาถึงดวงอาทิตย์
ทีมงานพบว่าองค์ประกอบของดวงอาทิตย์มีสัดส่วนแตกต่างกันเล็กน้อย ตัวอย่างเช่น ดวงอาทิตย์หายไปประมาณสี่มวลโลกซึ่งมีค่าเท่ากับหินและโลหะ ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่ดาวเคราะห์สร้างขึ้น ผลลัพธ์นั้นอาจเป็นเพราะระบบสุริยะ: องค์ประกอบหายไปจากดวงอาทิตย์เพราะพวกเขาถูกขังอยู่ในดาวเคราะห์ Bedell กล่าว มีความเป็นไปได้อีกอย่างที่เผ็ดน้อยกว่า: ดาวดวงอื่นอาจมีธาตุที่เป็นหินมากกว่าเพราะเคยมีดาวเคราะห์และกินเข้าไป
มีเพียงส่วนน้อย – 7 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ – ของดาวที่วัดโดยทีมของ Bedell ที่ตรงกับดวงอาทิตย์ ไม่พบดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวเหล่านั้น “แน่นอนว่านั่นไม่ได้หมายความว่าพวกมันไม่มีดาวเคราะห์ เพียงแต่เรายังมองไม่เห็นพวกมัน” เบเดลล์กล่าว การค้นหาดาวดวงอื่นที่ขาดแคลนธาตุหินและโลหะสามารถช่วยนักดาราศาสตร์ค้นหาระบบสุริยะอื่นที่คล้ายกับของเราได้
งานวิจัยนี้ “แสดงให้เห็นว่าเราสามารถวัดปริมาณความอุดมสมบูรณ์ได้อย่างแม่นยำ ซึ่งมีความสำคัญ” ในการหาองค์ประกอบของดาวเคราะห์โดยพิจารณาจากดาวฤกษ์ของมัน นักธรณีวิทยาเคย์แมน อุนเทอร์บอร์น จากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐแอริโซนาในเทมพี ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษากล่าว เขาคิดว่ายังมีที่ว่างสำหรับองค์ประกอบของดาวเคราะห์นอกระบบที่แปลกใหม่ แต่ดาวดวงอื่นที่ไม่ใช่แฝดในกลุ่มนี้อาจมีเคมีที่แตกต่างกัน
“ข้อเท็จจริงที่ว่าดวงอาทิตย์ใกล้หมดแสงเมื่อเทียบกับดาวเหล่านี้เป็นสิ่งที่น่าสนใจอย่างยิ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากองค์ประกอบบางอย่างที่อุดมสมบูรณ์นั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อวิวัฒนาการของดาวเคราะห์” เขาเขียนไว้ในอีเมล “คุ้มค่าแก่การสำรวจ!”
นอกจากโลหะหลอมใหม่แล้ว ซุปเปอร์โนวากลุ่มแรกยังเป่าก๊าซ 99 เปอร์เซ็นต์ที่ยังไม่ได้รวมตัวเป็นดาว การปะทุกระจัดกระจายไปทั่วจักรวาลและหยุดการก่อตัวดาวฤกษ์เป็นเวลาหลายล้านปี
มาร์ติน รีส์ แห่งมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในอังกฤษกล่าวว่า การมีอยู่จริงของเราอาจขึ้นอยู่กับการหยุดชะงักดังกล่าว ถ้าก๊าซส่วนใหญ่ควบแน่นอย่างรวดเร็วกลายเป็นดาวฤกษ์และอยู่ที่นั่น เอกภพคงใช้วัสดุสร้างดาวของมันอย่างรวดเร็ว วันนี้จักรวาลจะเต็มไปด้วยดาวแดงอายุมากในดาราจักรแคระ ซึ่งเป็นดาราจักรกลุ่มแรกที่ก่อตัวขึ้น ดาราจักรก้นหอยขนาดใหญ่ เช่น ทางช้างเผือกของเรา ซึ่งเต็มไปด้วยก๊าซ จะเป็นสิ่งที่หายากมากกว่ากฎเกณฑ์
