การตรวจหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ
นักดาราศาสตร์ได้ค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะด้วยวิธีการต่างๆ หลายวิธี ได้แก่
วิธีวัดความเร็วในแนวเล็ง
ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ ทำให้ดาวฤกษ์ดวงแม่เกิดการส่าย
Credit: NJIT
ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะส่วนใหญ่ที่เรารู้จักถูกค้นพบด้วยวิธีนี้ ซึ่งพิจารณาผ่านความโน้มถ่วงที่ดาวเคราะห์ที่ดาวเคราะห์กระทำต่อดาวฤกษ์ดวงแม่ หรือจะกล่าวได้ว่าดาวเคราะห์เหล่านี้ทำให้ดาวฤกษ์ดวงแม่ “ส่าย” และระบบดาวฤกษ์-ดาวเคราะห์ดังกล่าวจะโคจรไปรอบจุดศูนย์กลางมวลของระบบ
หากเรามองจากระนาบของวงโคจรดาวเคราะห์ เราจะเห็นการส่ายของดาวฤกษ์ว่าดาวจะเคลื่อนที่เข้าหาหรือออกห่างจากเรา แต่ถ้าเรามองลองมาจากบริเวณเหนือระนาบวงโคจรดาวเคราะห์ (มุมมองตามในภาพเคลื่อนไหว) เราจะเห็นการส่ายของดาวว่าเป็นการเลื่อนตำแหน่งพิกัดทางดาราศาสตร์ (Astrometric Shift) ซึ่งหมายความว่า ดาวฤกษ์ดวงแม่จะโคจรไปเป็นวงเล็กๆบนท้องฟ้า เมื่อเทียบตำแหน่งดาวฤกษ์ดวงอื่นที่มีตำแหน่งอยู่นิ่ง
อย่างไรก็ตาม นักดาราศาสตร์พบว่าการสังเกตการณ์ว่า ดาวฤกษ์จะเคลื่อนที่เข้าหาและออกห่างจากเราสลับกันหรือไม่นั้นง่ายกว่า โดยวัดความเร็วในแนวเล็งของดาวฤกษ์ผ่านการสังเกตสเปกตรัม เทคโนโลยีในปัจจุบันสามารถตรวจวัดความเร็วในแนวเล็งของดาวฤกษ์ได้ละเอียดถึง 1 เมตร/วินาที ขณะที่กรณีระบบสุริยะของเรา ดาวพฤหัสบดีสามารถทำให้ดวงอาทิตย์ส่ายด้วยความเร็วถึง 12.5 เมตร/วินาที ดังนั้น จึงไม่แปลกใจว่าทำไมนักดาราศาสตร์สามารถตรวจพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ ที่เป็นดาวเคราะห์แก๊สยักษ์แบบดาวพฤหัสบดีได้
Transit Method วิธีวัดการเคลื่อนผ่านหน้า
ภาพแสดงเหตุการณ์ที่ความสว่างของดาวฤกษ์ดวงแม่ลดลง เนื่องจากถูกดาวเคราะห์โคจรผ่านหน้า
Credit: NJITวิธีการตรวจหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะวิธีนี้ค่อนข้างไม่ซับซ้อนจนเราสามารถทำได้โดยใช้กล้องโทรทรรศน์ลิเวอร์พูล วิธีการนี้จะมองหาการลดลงของความสว่างดาวฤกษ์ที่เกิดขึ้นอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งเกิดจากดาวเคราะห์ดวงใหญ่ที่โคจรผ่านหน้าดาวฤกษ์เป็นรอบๆ
สำหรับกรณีดาวเคราะห์ยักษ์ที่อยู่ใกล้ดาวฤกษ์ดวงแม่จะทำให้ความสว่างของดาวฤกษ์ลดลงได้ถึง 2% และจะโคจรผ่านหน้าดาวฤกษ์ภายในช่วงเวลาไม่กี่วัน นอกจากนี้ จากภาพเคลื่อนไหวแสดงการส่ายของดาวฤกษ์ทางด้านบน หากวงโคจรของดาวเคราะห์มีระนาบที่เล็งเข้าหาแนวเล็งจากโลกพอดี ดาวเคราะห์จะสามารถโคจรผ่านหน้าดาวฤกษ์ดวงแม่ได้ แต่ถ้าระนาบวงโคจรของดาวเคราะห์เอียงจากแนวเล็งไปมาก ดาวเคราะห์จะไม่สามารถโคจรผ่านหน้าดาวฤกษ์ และไม่สามารถตรวจหาดาวเคราะห์ด้วยวิธีวัดการเคลื่อนผ่านหน้าได้
ในกาแล็กซีทางช้างเผือกมีดาวฤกษ์นับหลายล้านดวง จึงน่าจะมีดาวฤกษ์ที่มีดาวเคราะห์โคจรอยู่ในระนาบวงโคจรที่เหมาะสม (ซ้อนทับกับแนวเล็งจากโลก) จนสามารถตรวจพบดาวเคราะห์ได้ด้วยวิธีวัดการเคลื่อนผ่านหน้าได้หลายดวง นักวิทยาศาสตร์ประเมินไว้ว่าน่าจะมีดาวฤกษ์เพียง 1% ของจำนวนดาวฤกษ์ในกาแล็กซีทางช้างเผือก ที่อาจมีดาวเคราะห์โคจรผ่านหน้าดาวฤกษ์ดวงแม่เมื่อสังเกตการณ์จากโลก
วิธีการถ่ายภาพโดยตรง
ภาพถ่ายดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์ GQ Lupi
Credit: ESOวิธีการตรวจหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะวิธีนี้ จะมีเป้าหมายเพื่อถ่ายภาพดาวเคราะห์ที่สะท้อนแสงจากดาวฤกษ์ดวงแม่ แต่วิธีค่อนข้างทำได้ยาก
ดาวฤกษ์ดวงแม่จะมีความสว่างมากกว่าดาวเคราะห์หลายพันเท่า ดังนั้น ดาวเคราะห์จะถูกแสงจากดาวฤกษ์ดวงแม่กลบได้ คล้ายๆกับกรณีแสงเทียนที่ไปอยู่ใกล้ๆหลอดไฟสปอตไลท์ที่สว่างมาก นอกจากนั้น ระยะห่างระหว่างดาวเคราะห์กับดาวฤกษ์ดวงแม่ก็มีผลต่อการถ่ายภาพโดยตรงด้วย หากดาวเคราะห์อยู่ใกล้ดาวฤกษ์ดวงแม่มากๆ ในภาพที่ถ่ายผ่านกล้องโทรทรรศน์จะไม่สามารถแยกภาพดาวเคราะห์และดาวฤกษ์ออกจากกันได้
นักดาราศาสตร์ได้พัฒนาอุปกรณ์ต่างๆ เพื่อลดความแตกต่างระหว่างความสว่างของดาวฤกษ์ดวงแม่กับดาวเคราะห์ เช่น การใช้ “โคโรนากราฟ” (Coronagraph) ซึ่งเป็นหน้ากากสำหรับบังแสงจากดาวฤกษ์ดวงแม่ รวมถึงเทคนิคการลดผลกระทบจากความแปรปรวนในชั้นบรรยากาศโลก อย่างการใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศ
ภาพถ่ายตัวอย่างนี้ถูกถ่ายในปี ค.ศ.2005 แสดงดาวเคราะห์ (ตรงตำแหน่ง b) โคจรรอบดาวฤกษ์ GQ Lupi (ตรงตำแหน่ง A) ซึ่งดาวเคราะห์ดวงนี้อยู่ห่างจากดาวฤกษ์ดวงแม่มากกว่าระยะห่างจากดวงอาทิตย์ถึงดาวพฤหัสบดี ประมาณ 20 เท่า