ครั้งแรกของโลก! พบ "ดาวเคราะห์น้อย" มีดวงจันทร์บริวาร 3 ดวง
นักวิจัย NARIT ค้นพบ ดวงจันทร์ดวงที่ 3 พ่วง ระบบดาวเคราะห์น้อย 130 Elektra ที่มีดวงจันทร์บริวาร 3 ดวง เป็นครั้งแรกของโลก ระบุ เจอแล้วดวงจันทร์ที่หลุดรอดการค้นพบมาตลอด
8 ก.พ.2565 - ดร. มติพล ตั้งมติธรรม นักวิชาการดาราศาสตร์ สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (NARIT ) เปิดเผยวันนี้ ว่า นักวิจัย NARIT ค้นพบดวงจันทร์ดวงที่สามของระบบดาวเคราะห์น้อย 130 Elektra ในแถบดาวเคราะห์น้อย นับเป็นการค้นพบระบบดาวเคราะห์น้อยที่มีดวงจันทร์บริวารถึง 3 ดวง (quadruple asteroid system) เป็นครั้งแรกของโลก
ทั้งนี้ ดร. แอนโทนี แบร์เดอ (Anthony Berdeu) นักวิจัยประจำสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (สดร.) และจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ได้ตีพิมพ์ผลงานวิจัยล่าสุด ในหัวข้อ “First observation of a quadruple asteroid. Detection of a third moon around (130) Elektra with SPHERE/IFS” ลงในวารสาร Astronomy & Astrophysics ในวันนี้ (8 กุมภาพันธ์ 2565)[1] ถึงการค้นพบดวงจันทร์ดวงที่ 3 ที่โคจรอยู่รอบดาวเคราะห์น้อย 130 Elektra
โดยข้อมูลที่ได้จาก SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch instrument) ทำให้จำนวนดวงจันทร์บริวารรอบดาวเคราะห์น้อยนี้เพิ่มขึ้นจาก 2 ดวงเป็น 3 ดวง นับเป็นระบบดาวเคราะห์น้อยดวงแรกที่มีการค้นพบว่ามีดวงจันทร์บริวารได้ถึง 3 ดวง
SPHERE/IFS คืออะไร?
SPHERE/IFS เป็นอุปกรณ์ที่ติดตั้งอยู่กับกล้องโทรทรรศน์ Very Large Telescope (VLT) ขนาด 8.2 เมตร ของ European Southern Observatory (ESO) ที่ติดตั้งอยู่บน Cerro Paranal ในทะเลทราย Atacama ทางตอนเหนือของประเทศชิลี SPHERE หรือ Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch instrument และ Integral Field Spectrograph (IFS) นี้ เป็นอุปกรณ์ที่สามารถทำการศึกษาสเปกตรัมและรายละเอียดของภาพไปได้พร้อมๆ กัน เพื่อจุดประสงค์ในการทำ high-contrast and high-resolution imaging ที่ถูกออกแบบมาเพื่อการทำการสังเกตการณ์ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะโดยตรง
อุปสรรค์ที่สำคัญของกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นโลกนั้น มาจากชั้นบรรยากาศของโลกที่แปรปรวนอยู่เสมอ แสงที่เข้ามายังกระจกหลักของกล้อง VLT นั้นจะต้องผ่านระบบ adaptive optics ที่คอยติดตามการแปรปรวนของแสงจากดาวฤกษ์ที่กำลังศึกษา ซึ่งเกิดจากชั้นบรรยากาศนี้ จากนั้นระบบมอเตอร์จำนวนนับพันจะคอยปรับแก้มุมของกระจกเพื่อชดเชยการแปรปรวนที่เกิดขึ้นของชั้นบรรยากาศนี้กว่า 1,000 ครั้งในทุกๆ วินาที ทำให้เราสามารถได้ภาพที่คมชัดมากขึ้นกว่าที่สภาพอากาศจะเอื้ออำนวย จึงสามารถกำจัดความแปรปรวนจากชั้นบรรยากาศได้ประหนึ่งว่าสามารถนำกล้องโทรทรรศน์ไปไว้ในอวกาศ
จากนั้นแสงที่ถูกโฟกัสเข้ามา จะถูกส่งเข้ามายังอุปกรณ์ IFS เพื่อแบ่งออกผ่านระบบเลนส์ขนาดเล็ก (lenslet array) ที่จะโฟกัสแสงที่ได้ในแต่ละจุดของภาพเป็นจุดย่อยๆ ก่อนที่แสงในแต่ละจุดนี้จะถูกแยกออกเป็นสเปกตรัมต่อไป การแบ่งแสงออกเป็นสเปกตรัมนี้จะช่วยเป็นอย่างมากในการแบ่งแยกแสงอันริบหรี่ของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่อาจจะถูกบดบังโดยแสงจากดาวฤกษ์ที่สว่างกว่าเป็นอย่างมากได้ แต่ก็แลกมากับข้อเสียในขั้นตอนอันสลับซับซ้อนที่ตามมาในการรวมแสงจากในแต่ละช่วงคลื่นของแต่ละพิกเซล เพื่อกลับมาสร้างเป็นภาพอีกครั้งหนึ่ง
เหตุการณ์ที่นำไปสู่การค้นพบดวงจันทร์ดวงที่ 3
ในปี 2019 ขณะที่ยังเป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกจาก UJM-Saint-Etienne ดร. แอนโทนีได้พัฒนาระบบอัลกอริธึมใหม่เพื่อประมวลผลข้อมูลที่ได้จาก SPHERE/IFS โดยวิธีที่เรียกว่า Projection, Interpolation, and Convolution (PIC) และได้สาธิตให้เห็นว่าวิธีนี้มีข้อได้เปรียบกว่าอัลกอริธึมที่ ESO ใช้ปัจจุบัน ซึ่งได้ตีพิมพ์ผลงานเอาไว้ตั้งแต่ปี 2020[2]
ระหว่างที่กำลังทดสอบอัลกอริธึมใหม่นี้ ดร. แอนโทนีได้ทดลองกับภาพของดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดีจากฐานข้อมูลของ VLT ที่ถูกบันทึกเอาไว้ตั้งแต่เดือน 2014 ภายในคืนเดียวกันกับที่มีการสังเกตการณ์ดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดีนี้ในวันที่ 9 ธันวาคม 2014 แอนโทนี ได้พบว่ามีการสังเกตการณ์ดาวเคราะห์น้อย 130 Elektra ที่มาจากแถบดาวเคราะห์น้อยอยู่ด้วย ซึ่งเป็นข้อมูลเดียวชุดที่ Yang et al. ได้ค้นพบดวงจันทร์ดวงที่สองของ 130 Elektra[3] เขาจึงได้ทดลองเอาอัลกอริธึมนี้ไปใช้ประมวลผลข้อมูลกับภาพของ 130 Elektra ที่ได้จากอุปกรณ์ SPHERE/IFS
จากการทดลองกับภาพที่ได้ ดร. แอนโทนีได้ยืนยันว่าเขาสามารถค้นพบดวงจันทร์สองดวงเดียวกับที่ Yang ได้ค้นพบเอาไว้ในปี 2014 แต่นอกจากนั้น เขายังสังเกตเห็นถึงความเป็นไปได้ที่อาจจะมีการค้นพบดวงจันทร์ดวงที่สามโคจรรอบดาวเคราะห์น้อยนี้อยู่ เขาจึงได้ทดลองวิเคราะห์ข้อมูลของดาวเคราะห์น้อย 130 Elektra อื่นที่ถูกบันทึกเอาไว้ด้วยอุปกรณ์เดียวกัน ในวันที่ 30 และ 31 ธันวาคม 2014 เพื่อยืนยันการค้นพบ อย่างไรก็ตาม ด้วยความสว่างจากดาวเคราะห์น้อยหลัก 130 Elektra ที่สว่างกว่าเป็นอย่างมาก ทำให้แสงจากดวงจันทร์ดวงที่สามนี้ถูกบดบังอยู่ภายใต้ halo ของดาวเคราะห์น้อยหลัก จึงไม่สามารถยืนยันการค้นพบดวงจันทร์ดวงที่สามในภาพที่ตามมาได้
การค้นพบดวงจันทร์ S/2014 (130) 2
ต่อมาในปี 2021 หลังจากที่แอนโทนีได้ย้ายมาประจำที่ NARIT ได้นำข้อมูลชุดนี้กลับมาพิจารณาอีกครั้งหนึ่ง และพัฒนาอัลกอริธึมอีกชุดหนึ่งเพื่อลดแสง halo จากดาวเคราะห์น้อยหลัก เริ่มจากการประเมินค่าการกระจายตัวของแสงที่เรียกว่า Point Spread Function (PSF) จากการเทียบกับดวงจันทร์ที่สว่างที่สุดของ 130 Elektra จากนั้นนำ PSF ที่ได้เพื่อไปประเมินหาขอบเขตที่แท้จริงของ 130 Elektra จากนั้นจึงนำขอบเขตนี้ไปคำนวณเพื่อลบแสงจากดาวแม่ที่มาบดบังบริเวณรอบๆ ออกไป
ผลที่ได้นั้นเปิดเผยให้เห็นถึงดวงจันทร์ทั้งสามที่โคจรอยู่ใกล้เคียงกับแสงสว่างจาก 130 Elektra อย่างชัดเจน ไม่เพียงเท่านั้น เมื่อนำอัลกอริธึมเดียวกันนี้ไปวิเคราะห์กับภาพที่บันทึกเอาไว้ในวันที่ 30 และ 31 ธันวาคมก็ยังเปิดเผยให้เห็นถึงดวงจันทร์ทั้งสามอย่างชัดเจน จากภาพที่ได้ทั้งสามนี้จึงทำให้เราสามารถยืนยันได้ว่ามีวัตถุที่สามที่ถูกยึดเหนี่ยวเอาไว้ภายใต้แรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์น้อยอย่างแท้จริง ทำให้นี่เป็นระบบดาวเคราะห์น้อยดวงแรกที่เรารู้จักที่มีดวงจันทร์โคจรอยู่ด้วยกันถึงสามดวง
ปัจจุบัน ยังไม่มีแนวทางในการตั้งชื่อดวงจันทร์ของดาวเคราะห์น้อย และ Minor Planet Center ของสหพันธ์ดาราศาสตร์สากล จะตั้งชื่อดวงจันทร์รอบดาวเคราะห์น้อยโดยใช้ปีที่มีการบันทึกภาพ ตามด้วยรหัสของดาวเคราะห์น้อย และอันดับของดวงจันทร์ที่ค้นพบ ด้วยเหตุนี้ ดวงจันทร์ที่ค้นพบใหม่นี้จึงมีชื่ออย่างเป็นทางการว่า “S/2014 (130) 2”
จากการสังเกตการณ์ทั้งสาม ทำให้เราสามารถยืนยันได้ว่าวัตถุนี้มีวงโคจรที่อยู่รอบๆ ดาวเคราะห์น้อย 130 Elektra และเป็นดวงจันทร์ที่ถูกยึดเหนี่ยวเอาไว้ด้วยแรงโน้มถ่วงอย่างแท้จริง เราพบว่าดวงจันทร์ดวงนี้มีวงโคจรอยู่ห่างออกไปจากดาวเคราะห์น้อย 130 Elektra เพียง 344 กิโลเมตร (130 Elektra มีเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยที่ประมาณ 200 กม.) และโคจรรอบดาวเคราะห์น้อยหนึ่งรอบทุกๆ 16.3 ชั่วโมง ดวงจันทร์ดวงนี้มีวงโคจรที่ค่อนข้างเอียงเมื่อเทียบกับดวงจันทร์อีกสองดวง และระนาบการหมุนของ 130 Elektra
อนาคตของการค้นพบ
เป็นที่น่าสนใจว่า ข้อมูลที่ค้นพบดวงจันทร์ดวงที่ 3 นี้เป็นข้อมูลชุดเดียวกับที่ค้นพบดวงจันทร์ดวงที่ 2 แต่ตลอดเวลาที่ผ่านมา ดวงจันทร์ดวงนี้หลุดรอดการค้นพบมาตลอด และไม่สามารถสังเกตเห็นได้ผ่าน pipeline การประมวลผลปกติ แอนโทนีได้อธิบายเอาไว้ว่า เขามีพื้นฐานมาจากทาง data science ที่สามารถมองปัญหาทั้งจากมุมมองที่เกิดขึ้นจากทั้งจากอุปกรณ์ทางดาราศาสตร์ และขั้นตอนการประมวลผลข้อมูลทั่วไป ที่ทั้งนักดาราศาสตร์และวิศวกรอาจมองข้ามไปได้ และการพัฒนาวิธี PIC ของเขานั้นจะช่วยให้เขาสามารถลดสัญญาณแปลกปลอมที่จะเกิดขึ้นจากการประมวลข้อมูลปกติ ที่จะสามารถกลบสัญญาณที่อ่อนกว่า ทำให้สามารถสังเกตเห็นดวงจันทร์นี้ได้
การค้นพบนี้ไม่เพียงแต่เป็นการค้นพบดวงจันทร์ดวงใหม่ และระบบดาวเคราะห์น้อยที่มีดวงจันทร์ถึง 3 ดวงเป็นครั้งแรกเพียงเท่านั้น แต่ยังเป็นการเปิดความเป็นไปได้ใหม่ของกระบวนการลดทอนข้อมูลที่อาจนำไปสู่การค้นพบวัตถุใหม่อีกด้วย หากแอนโทนีไม่ได้ทดลองนำอัลกอริธึมของเขาไปใช้กับข้อมูลของ 130 Elektra นี้ ทุกวันนี้เราก็คงยังไม่ทราบว่ามีดวงจันทร์ดวงที่ 3 นี้อยู่ แล้วยังมีวัตถุอื่นอีกมากเพียงใด ท่ามกลางข้อมูลอันมหาศาลที่อุปกรณ์เช่น SPHERE เคยบันทึกเอาไว้ที่ยังรอคอยการค้นพบอยู่?
ปัจจุบัน NARIT มีนักวิจัยจากนานาประเทศร่วมทำงานอยู่ด้วยกันทั้งสิ้นกว่า 16 คน จาก 11 ประเทศ แอนโทนีเป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่กำลังพัฒนาเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับ high-contrast imaging ที่จะนำมาใช้กับโปรเจค EvWaCo (Evanescent-Wave Coronagraph)[4] ที่อาจจะเป็นเทคโนโลยีใหม่ที่จะมาแทนการค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะในอนาคต รวมไปถึงผู้นำทีมพัฒนาระบบ Adaptive Optics ที่ห้องปฏิบัติการทัศนศาสตร์และโฟโตนิกส์ของ NARIT กำลังพัฒนาอยู่เพื่อนำมาใช้กับกล้องโทรทรรศน์แห่งชาติของไทย
ข้อมูลและภาพ : Dr. Anthony Berdeu นักวิจัยสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ และจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
ข้อมูลเพิ่มเติม:https://www.aanda.org/component/article?access=doi&doi=10.1051/0004-6361/202142623
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2020/03/aa36890-19/aa36890-19.html