เขาชั่งน้ำหนักดวงดาวกันยังไง (นะ) ?

โดย ASTVผู้จัดการออนไลน์ 22 พฤศจิกายน 2553 01:40 น.   คลิกที่ภาพเพื่อดูขนาดใหญ่ขึ้น ภาพ จำลองดาวเคราะห์และดวงจันทร์ผ่านหน้าดาวฤกษ์ ซึ่งปรากฏการณ์นี้จะช่วยให้นักดาราศาสตร์หาน้ำหนักดาวฤกษ์ได้ (ไซน์เดลี/David A. Aguilar/CfA)
ทั้งๆ ที่ดวงดาวอยู่ไกลแสนไกล และบางดวงก็ใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ของเราเสียอีก แต่นักดาราศาสตร์ก็สามารถหาน้ำหนักของดวงดาวได้ หากแต่ในหลายกรณี พวกเขาก็ไม่สามารถหาน้ำหนักดวงดาวได้ แม้ว่าจะใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์จนสามารถหาน้ำหนักได้ใกล้เคียงที่สุด
       
       ผลงานล่าสุดจาก เดวิด คิปปิง (David Kipping) นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ของศูนย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ฮาวาร์ด-สมิทโซเนียน (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) ช่วยให้เราหาน้ำหนักดวงดาวได้โดยตรง แต่ต้องเป็นกรณีพิเศษที่ดาวดวงนั้นมีดาวเคราะห์บริวาร และดาวเคราะห์นั้นก็มีดวงจันทร์เป็นบริวาร โดยทั้งดาวเคราะห์และดวงจันทร์นั้น ต้องโคจรผ่านมาอยู่ตรงหน้าดาวฤกษ์พอดี จากนั้นเราจึงจะวัดขนาดและหาวงโคจรของดาวบริวาร เพื่อนำไปสู่ความเข้าใจในดาวฤกษ์มากขึ้น
       
       “ผมมักจะถูกถามว่า นักดาราศาสตร์เขาชั่งน้ำหนักดาวกันยังไง ตอนนี้เราเพิ่งจะเพิ่มเทคนิคใหม่เข้าไปในกล่องเครื่องมือเพื่อใช้ในวัตถุ ประสงค์นี้” คิปปิงกล่าว
       
       ไซน์เดลีระบุว่า นักดาราศาสตร์พบดาวเคราะห์ที่ผ่านหน้าดาวฤกษ์ของตัวเองมากกว่า 90 ดวง ทั้งนี้ โดยการวัดปริมาณแสงที่ถูกดาวเคราะห์บัง นักดาราศาสตร์จะคำนวณได้ว่าดาวเคราะห์ดวงนั้นใหญ่แค่ไหน เมื่อเทียบกับดาวฤกษ์ แต่พวกเขาไม่อาจรู้ได้ว่าดาวเคราะห์มีขนาดใหญ่แค่ไหนหากไม่ทราบขนาดที่แน่ ชัดของดาวฤกษ์ แม้ว่าแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์จะให้การประมาณที่ดี แต่สำหรับวิทยาศาสตร์แล้วการวัดจริงเป็นสิ่งที่ดีที่สุด
       
       คิปปิงตระหนักว่า หากดาวเคราะห์ที่ผ่านหน้าดาวฤกษ์นั้น มีดวงจันทร์ที่ใหญ่พอจะให้เราเห็นได้ (หมายถึงใหญ่พอที่จะบังแสงดาวฤกษ์ได้เช่นกัน) จากนั้นเราจะใช้ระบบดาวฤกษ์-ดาวเคราะห์และดวงจันทร์นี้เพื่อคำนวณหาว่าวัตถุ อวกาศทั้ง 3 ดวงนั้นใหญ่และหนักแค่ไหน
       
       “โดยทั่วไป เราวัดการโคจรของดาวเคราะห์รอบดวงดาว และดวงจันทร์โคจรรอบดาวเคระาห์ จากนั้นอาศัยกฎการเคลื่อนที่ของเคปเลอร์ (Kepler's Laws of Motion) ก็พอที่จะให้เราคำนวณหามวลของดวงดาวได้” คิปปิงกล่าว
       
       อย่างไรก็ดี กระบวนการหาน้ำหนักดวงดาวนี้ไม่ง่ายนัก และต้องใช้หลายขั้นตอน โดยการวัดว่าแสงของดาวฤกษ์หรี่ลงเท่าไรเมื่อดาวเคราะห์และดวงจันทร์ผ่านหน้า ดาวฤกษ์ ทำให้นักดาราศาสตร์ทราบตัวเลขสำคัญ 3 จำนวน ได้แก่ 1.คาบการโคจรของดวงจันทร์และดาวเคราะห์ 2.ขนาดวงโคจรของดาวเคราะห์และดวงจันทร์ที่สัมพัทธ์กับดาวฤกษ์ และ 3.ขนาดของดาวเคราะห์และดวงจันทร์ที่สัมพัทธ์กับดาวฤกษ์
       
       เมื่อใส่ตัวเลขสำคัญเหล่านี้เข้าไปในกฎข้อที่ 3 ของเคปเลอร์ ก็จะได้ความหนาแน่นของดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ เนื่องจากว่าความหนาแน่นคือมวลหารด้วยปริมาตร ดังนั้นความหนาแน่นสัมพัทธ์และขนาดสัมพัทธ์จึงให้ค่ามวลสัมพัทธ์ด้วย ท้ายสุดนักวิทยาศาสตร์วัดการส่ายของดาวฤกษ์ที่ขึ้นกับการกระตุกจากแรงโน้ม ถ่วงของดาวเคราะห์ หรือที่รู้จักว่า “ความเร็วในแนวรัศมี” (radial velocity) และเมื่อรวมความเร็วกับมวลสัมพัทธ์แล้ว นักดาราศาสตร์ก็จะคำนวณหากมวลของดาวได้โดยตรง
       
       คิปปิงกล่าวว่า หากไม่มีดวงจันทร์แล้วก็ไม่สามารถหาความหนาแน่นของดาวเคระาห์ได้ แต่เขาก็ยังไม่ได้ใช้วิธีการนี้เพื่อหามวลของดาวฤกษ์ดวงใด เพราะยังไม่มีดาวฤกษ์ดวงใดที่มีดาวเคระาห์และดวงจันทร์ผ่านหน้าพร้อมกัน อย่างไรก็ดี คาดว่ายานอวกาศเคปเลอร์ (Kepler) ขององค์การบริหารการบินอวกาศสหรัฐฯ (นาซา) น่าจะค้นพบปรากฏการณ์ที่ว่านี้หลายครั้ง
       
       “เมื่อพวกเขาพบปรากฏการณ์นี้แล้ว เราก็พร้อมจะหาน้ำหนักของดาวฤกษ์” คิปปิงกล่าว ซึ่งงานของเขาจะปรากฏในประกาศรายเดือนของราชบัณฑิตดาราศาสตร์ (Royal Astronomical Society)