การก่อตัวของดาวเคราะห์เริ่มเร็วแค่ไหนกันแน่
การก่อตัวของดาวเคราะห์ คือกระบวนการที่ฝุ่นและก๊าซในจานก่อดาวรอบดาวฤกษ์อ่อนวัยรวมตัวกันเป็นก้อนของแข็ง จากนั้นชนและจับกันจนกลายเป็นดาวเคราะห์หินก้อนหรือดาวเคราะห์แก๊สขนาดใหญ่ กระบวนการนี้พึ่งพาธาตุหนักอย่างคาร์บอน ออกซิเจน เหล็ก และน้ำแข็งต่างๆ ที่ต้องถูกสร้างและโปรยลงในจักรวาลโดยดาวฤกษ์รุ่นแรกและการระเบิดของซูเปอร์โนวาในยุคต้นของจักรวาล
งานวิจัยใหม่จากทีมดาราศาสตร์หนึ่งเสนอว่าดาวเคราะห์หินก้อนอาจเริ่มก่อตัวได้ตั้งแต่ราว 100 ล้านปีหลังบิ๊กแบง ซึ่งเป็นช่วงที่จักรวาลยังอยู่ในวัยทารกเมื่อเทียบกับอายุประมาณ 13.8 พันล้านปีของมัน การตีความแบบนี้ไม่ใช่แค่ปรับเส้นเวลาเล็กน้อย แต่เปลี่ยนวิธีที่เรามองจักรวาลยุคแรกอย่างถึงราก เพราะมันบอกว่าโลกที่มีพื้นแข็งและอาจมีน้ำไม่ใช่สิ่งที่เกิดเฉพาะในจักรวาลวัยกลางคนอีกต่อไป
ซูเปอร์โนวายุคแรก ผู้โปรยส่วนผสมสร้างโลก
หัวใจของข้อเสนอใหม่อยู่ที่บทบาทของซูเปอร์โนวาในจักรวาลยุคแรก การจำลองคอมพิวเตอร์แสดงว่าดาวฤกษ์รุ่นแรกจำนวนหนึ่งมีมวลมหาศาลและสิ้นอายุด้วยการระเบิดรุนแรง การระเบิดเหล่านี้กระจายคาร์บอน ออกซิเจน เหล็กและธาตุหนักอื่นๆ ไปยังแก๊สรอบข้างในปริมาณมาก กล่าวได้ว่า "ซูเปอร์โนวารุ่น Pop III คือโรงงานผลิตธาตุหนักชุดแรกของจักรวาล" ซึ่งสร้างวัตถุดิบสำคัญให้การก่อตัวของดาวเคราะห์หินก้อนเกิดขึ้นได้
ซูเปอร์โนวาชนิด pair‑instability บางลูกสามารถพ่นธาตุหนักออกมามากกว่ามวลดวงอาทิตย์หนึ่งร้อยเท่าในครั้งเดียว เมื่อต่างหากที่เปลี่ยนบริเวณก๊าซใกล้เคียงจากทะเลของไฮโดรเจนและฮีเลียมให้กลายเป็นเมฆที่อุดมด้วยธาตุหนักพร้อมก่อตัวเป็นดาวฤกษ์รุ่นต่อมา แล้วแรงโน้มถ่วงก็รวบเมฆเหล่านี้ให้เป็นจานก่อดาวที่มีฝุ่นและน้ำแข็งหนาแน่น ที่สำคัญ แบบจำลองพบว่ามีจานหนึ่งรอบดาวมวลต่ำราว 70 เปอร์เซ็นต์ของดวงอาทิตย์และมีวัสดุแข็งมากพอจะสร้างดาวเคราะห์มวลเท่าโลกหลายดวง รวมทั้งมีน้ำในปริมาณใกล้เคียงกับจานกำเนิดระบบสุริยะของเรา
จากแบบจำลองสู่คำถามใหม่เรื่องโลกที่เอื้อต่อสิ่งมีชีวิต
สิ่งที่น่าตกใจไม่ใช่เพียงว่ามีฝุ่นแข็ง แต่คือมีน้ำอยู่ด้วยในจานยุคต้นนี้ แบบจำลองชี้ว่าจานดังกล่าวอุดมด้วยน้ำเพียงไม่กี่เท่าต่ำกว่าจำนวนที่เคยมีเมื่อระบบสุริยะของเราก่อตัว ซึ่งหมายความว่าดาวเคราะห์ที่ถือกำเนิดที่นั่นสามารถรับน้ำในลักษณะคล้ายโลกได้ หากจริง นี่คือการขยับเส้นเวลาโอกาสเกิดโลกที่เอื้อต่อสิ่งมีชีวิตไปใกล้บิ๊กแบงกว่าที่เราคิดหลายพันล้านปี นักวิจัยสรุปอย่างตรงไปตรงมาว่า "เงื่อนไขสำหรับการก่อตัวของดาวเคราะห์อาจเกิดขึ้นเร็วกว่าที่เคยคิด" และเปิดคำถามใหม่ว่าดาวเคราะห์ที่อาจอยู่อาศัยได้อาจโผล่มาตั้งแต่ช่วงรุ่งอรุณของจักรวาลหรือไม่
ภาพที่ได้คือการก่อตัวของดาวเคราะห์ไม่ได้เป็นปรากฏการณ์เฉพาะจักรวาลวัยแก่ แต่ฝุ่นดาวเคราะห์และดาวเคราะห์กำลังก่อร่างตั้งแต่จักรวาลยังเป็นเด็ก การค้นพบนี้จึงเปลี่ยนวิธีที่เราพูดถึง "หน้าต่างเวลาแห่งชีวิต" ไม่ใช่คำถามว่าดาวเคราะห์หินก้อนเกิดทันหรือไม่ แต่คือเกิดมากแค่ไหนและที่ใดในจักรวาลยุคแรก การก่อตัวของดาวเคราะห์กลายเป็นเรื่องของการแพร่กระจายธาตุหนักและจังหวะเวลาของซูเปอร์โนวา มากกว่าจะเป็นกระบวนการช้าในจักรวาลยืดเยื้ออย่างที่เคยสันนิษฐาน
เจมส์เวบบ์กับนาฬิกานับถอยหลังของจานก่อดาว
ขณะเดียวกัน กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์กำลังแสดงอีกด้านหนึ่งของเรื่องราว นั่นคือการก่อตัวของดาวเคราะห์เป็นการแข่งขันกับเวลา นักดาราศาสตร์ใช้เวบบ์สังเกตดาวคล้ายดวงอาทิตย์อ่อนวัย 72 ดวงผ่านเครื่องมือช่วงอินฟราเรดกลาง เพื่อศึกษาว่าวัสดุก่อดาวเคราะห์หลุดหนีออกจากจานก่อดาวอย่างไร พวกเขาติดตามการเคลื่อนไหวของโมเลกุลไฮโดรเจนซึ่งเป็นโมเลกุลทั่วไปที่สุดในจานเหล่านี้และพบว่ากลไกการสูญเสียก๊าซเปลี่ยนไปตามวัยของดาวอ่อน
ผลสรุปคือเมื่อก๊าซในจานหมดลง หน้าต่างสำหรับสร้างดาวเคราะห์แก๊สยักษ์ก็ปิดเกือบสนิท ในทางกลับกัน ดาวเคราะห์หินก้อนต้องอาศัยจังหวะที่ฝุ่นแข็งยังมีพอ ก่อนลมและเจ็ตจากดาวอ่อนพัดวัสดุออกสู่อวกาศ งานวิจัยนี้ได้รับการเผยแพร่ในวารสารดาราศาสตร์เล่มหนึ่งและถือเป็นการสำรวจภาพรวมที่ลึกที่สุดของการที่จานก่อดาวสูญเสียเนื้อวัสดุรอบดาวคล้ายดวงอาทิตย์จนถึงปัจจุบัน ขั้นต่อไปทีมวิจัยจะวัดให้ได้ว่ากลไกต่างๆ เคลื่อนย้ายวัสดุออกจากจานมากแค่ไหนและบริเวณใดของจานที่แต่ละกลไกครองอิทธิพล เพื่อสร้างแบบจำลองว่าการก่อตัวของดาวเคราะห์ถูกปิดสวิทช์เร็วเพียงใดและดาวเคราะห์ชนิดต่างๆ มีแนวโน้มก่อตัวตรงไหน
จักรวาลที่เต็มไปด้วยโลกหินก้อนตั้งแต่รุ่งอรุณ
เมื่อรวมภาพจากแบบจำลองจักรวาลยุคแรกและข้อมูลจากเจมส์เวบบ์ ข้อความสำคัญหนึ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้คือ การก่อตัวของดาวเคราะห์ไม่ใช่ปรากฏการณ์ปลายทางของจักรวาล แต่เริ่มตั้งแต่ช่วงที่เวลาเพิ่งเริ่มเดินไปได้ร้อยล้านปี จักรวาลยุคแรกไม่ได้ว่างเปล่าและเรียบง่ายอย่างที่เคยเล่า แต่เป็นสนามทดลองที่ซูเปอร์โนวาโหมระเบิด โปรยธาตุหนัก และจุดกำเนิดจานก่อดาวที่พร้อมสร้างดาวเคราะห์หินก้อน
สำหรับผู้อ่าน การค้นพบนี้ควรกระตุ้นให้เราคิดใหม่เรื่องความพิเศษของโลก หากดาวเคราะห์หินก้อนและน้ำสามารถเกิดได้เร็วขนาดนั้น ก็มีความเป็นไปได้ว่าจักรวาลเต็มไปด้วยโลกแข็งและอาจมีพื้นผิวน้ำตั้งแต่โบราณกาล คำถามว่ามีสิ่งมีชีวิตที่ไหนอีกหรือไม่จึงไม่ได้ผูกกับการมีเวลามากพอ แต่ผูกกับการรวมตัวของธาตุหนัก จังหวะของซูเปอร์โนวา และนาฬิกานับถอยหลังของจานก่อดาว การยอมรับภาพใหม่นี้ทำให้จักรวาลดูมีชีวิตชีวาและซับซ้อนมากกว่าที่เราเคยคิด และทำให้การมองท้องฟ้ายามค่ำคืนเป็นการมองย้อนเวลาไปสู่ยุคที่ดาวเคราะห์หินก้อนถือกำเนิดขึ้นครั้งแรก
