การสังเกตการณ์การประสานงานกันของกระจุกกาแลกซีไกลโพ้นช่วยเปิดเผยแกนกลางของสสารที่มองไม่เห็น ของกาแลกซีอันระยิบระยับ  บางสิ่งที่ยากที่จะอธิบายด้วยทฤษฎีที่ใช้ในปัจจุบัน บางสิ่งที่มองไม่เห็นนั้นนักดาราศาสตร์เรียกว่า “สสารมืด” (dark matter) พวกเขาไม่รู้ว่ามันคืออะไร แต่รู้ว่ามันมีอยู่จริงเพราะอิทธิพลจากแรงโน้มถ่วงของพวกมันที่กระทำต่อสสารธรรมดาและแสง

หากได้รับการยืนยัน ผลงานวิจัยชิ้นใหม่นี้สามารถผลักดันนักวิทยาศาสตร์ให้ทบทวนความคิดเดิมเกี่ยวกับพฤติกรรมของสสารมืด   หรือแม้แต่ทำให้เกิดสสารมืดชนิดใหม่ แต่นักวิทยาศาสตร์ยังคงพูดว่าพวกเขาจะรอการยืนยันเพิ่มเติมก่อนที่จะปรับปรุงแนวคิดมูลฐานเสียใหม่ดังกล่าว

กระจุกกาแลกซีประกอบดวยกาแลกซีหลายร้อยซึ่งยึดโยงกันไว้ด้วยแรงโน้มถ่วง และจัดเป็นโครงสร้างขนาดใหญ่ที่สุดในเอกภพ  เมื่อกระจุกกาแลกซีชนกัน  จะก่อให้เกิดพลังงานปริมาณมหาศาลเป็นอันดับสองรองจากบิ๊กแบง (Big Bang)   ที่นักวิทยาศาสตร์คิดว่าเป็นจุดกำเนิดของเอกภพกระจุกกาแลกซีประกอบด้วย      สามองค์ประกอบหลัก

1.กาแลกซีที่ประกอบไปด้วยดาวฤกษ์ที่มีส่วนประกอบเป็น สสารธรรมดา

2.ก๊าซร้อน

3.สสารมืด

กลุ่มสสารมืดขนาดใหญ่ เรียกว่า ฮาโล (halo) ที่มีมวลมากพอที่จะทำให้อวกาศบิดเบี้ยวและทำให้ทางเดินของแสงเบี่ยงเบน ปรากฎการณ์ดังกล่าวนักวิทยาศาสตร์เรียกว่า เลนส์ความโน้มถ่วง(gravitational lensing) วิธีการดังกล่าวช่วยให้นักวิทยาศาสตร์พบแกนกลางของกระจุกกาแลกซีที่กำลังประสานงากัน Abell 520   น่าประหลาดใจเป็นอย่างยิ่ง บริเวณใจกลางของเทหวัตถุขนาดยักษ์นี้อุดมไปด้วยสสารมืดและก๊าซร้อน แต่กลับไม่มีกาแลกซีที่สามารถมองเห็นได้เลย

ทฤษฎีในปัจจุบันทำนายว่า สสารมืดและกาแลกซีสามารถอยู่ร่วมกันได้แม้แต่ภายในการปะทะกันอย่างรุนแรงของโครงสร้างขนาดใหญ่ เพราะพวกมันล้วนเชื่อมโยงกันไว้ด้วยแรงโน้มถ่วง แต่สำหรับก๊าซร้อนนั้น มันจะถูกฉุดลากไปด้านหลังเพราะก๊าซร้อนจะรู้สึกถึงแรงฉุดลากระดับเอกภพซึ่งคล้ายกับแรงต้านของอากาศ นี่เป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์พบว่าเกิดขึ้นภายในกระจุกกาแลกซี Bullet เช่นกัน

กาแลกซีที่สูญหายของ Abell 520 ถูกพบภายในอีกส่วนหนึ่งที่แทบไม่มีหรือมีสสารมืดอยู่น้อยมาก อย่างไรและทำไมสสารมืดกับสสารธรรมดาจึงแยกออกจากกัน ยังคงเป็นปริศนาให้นักวิทยาศาสตร์ต้องขบคิดกันต่อไป

นักวิจัยหลายคนเสนอคำอธิบายที่เป็นไปได้สองข้อ แต่ทั้งสองล้วนยังมีข้อบกพร่องอยู่

คำอธิบายแรก กาแลกซีถูกลากออกมาจากฮาโลของสสารมืดโดยการดีดกลับอันเนื่องมาจากแรงโน้มถ่วง อย่างไรก็ดีการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ยังล้มเหลวในการจำลองปรากฎการณ์ดีดกลับที่แรงพอจะทำให้เกิดการแยกห่างจากกันตามที่พบจริง

คำอธิบายที่สองคือ มีรูปแบบอื่นๆ ของสสารมืดที่ทำอันตรกิริยากับสสารมืดด้วยกัน แตกต่างออกไป แต่ความเป็นไปได้มีจะสสารมืดจะมี                                  อันตรกิริยาอย่างอื่นต่อกันนั้นยังคงเป็นปริศนา

อย่างไรก็ตามนักวิทยาศาสตร์หลายคนยังคงรอคอยข้อมูลยืนยันด้วยความรอบคอยอย่างที่สุด

เครื่องตรวจวัดอนุภาคขนาดยักษ์ซึ่งถูกฝังอยู่ใต้ดินช่วยให้นักวิจัยสามารถค้นลึกลงไปถึงใจกลางดวงอาทิตย์และอนุภาคระดับเล็กกว่าอะตอมที่สาดส่องมายังโลก   ทุกวี่วัน นักวิทยาศาสตร์สร้างทฤษฎีเพื่ออธิบายว่าอนุภาคนิวตริโน (neutrino) ถูกสร้างขึ้นอย่างไรภายในดวงอาทิตย์อันร้อนดุจแดนนรก  แต่การหาหลักฐานที่อ้างอิงทฤษฎีได้โดยตรงพึ่งเริ่มต้นไม่นานนัก

อนุภาคมูลฐานชนิดนี้ถูกสร้างโดยปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันภายในใจกลางดวงอาทิตย์  รวมทั้งดาวฤกษ์ที่มีมวลใกล้เคียงกับดวงอาทิตย์  พลังงานส่วนใหญ่ถูกสร้างขึ้นจากกระบวนการอันหลากหลายและโยงใยซับซ้อนของปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบหลมรวม  (Nuclear Fusion Reaction)    ซึ่งจะเปลี่ยนนิวเคลียสธาตุไฮโดรเจนซึ่งมี โปรตรอน 1 ตัว ไปเป็นนิวเคลียสของธาตุฮีเลียมซึ่งมีโปรตรอน 2 ตัว   แม้ว่าปฏิกิริยาเหล่านนี้จะต้องผ่านเส้นทางมากหมาย แต่ท้ายที่สุดแล้วก็จะได้ผลิตภัณฑ์เดียวกันที่เรียกว่า “แสงอาทิตย์”  หรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ดวงอาทิตย์ปลดปล่อยออกมานั่นเอง

อนุภาคมูลฐานชนิดนี้ถูกสร้างโดยปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันภายในใจกลางดวงอาทิตย์  รวมทั้งดาวฤกษ์ที่มีมวลใกล้เคียงกับดวงอาทิตย์  พลังงานส่วนใหญ่ถูกสร้างขึ้นจากกระบวนการอันหลากหลายและโยงใยซับซ้อนของปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบหลมรวม  (Nuclear Fusion Reaction)    ซึ่งจะเปลี่ยนนิวเคลียสธาตุไฮโดรเจนซึ่งมีโปรตรอน 1 ตัว   ไปเป็นนิวเคลียสของธาตุฮีเลียมซึ่งมีโปรตรอน 2 ตัว        แม้ว่าปฏิกิริยาเหล่านนี้จะต้องผ่านเส้นทางมากหมาย แต่ท้ายที่สุดแล้วก็จะได้ผลิตภัณฑ์เดียวกันที่เรียกว่า “แสงอาทิตย์”  หรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ดวงอาทิตย์ปลดปล่อยออกมานั่นเอง

กระบวนการนิวเคลียร์ฟิวชันหลากหลายชนิดภายในดวงอาทิตย์จะให้นิวตริโนออกมา source : http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a5/Proton_proton_cycle.png

ขั้นตอนต่อไปคือการสร้างธาตุที่หนักกว่าฮีเลียม  ซึ่งก็คือธาตุ เบริลเลียม  (beryllium:Be)  (โปรตรอน 3 ตัวในนิวเคลียส)   โดยมีสองแนวทาง   ซึ่งจากทฤษฎีที่   นักฟิสิกส์ได้พัฒนาขึ้นคาดการณ์ว่าขั้นตอนเหล่านี้สำคัญต่อการสร้างนิวตริโนประมาณร้อยละ 10 ของนิวตริโนทั้งหมดที่ถูกสร้างภายในดวงอาทิตย์

ในขณะที่โฟตอนจากแกนกลางต้องชนกับอนุภาคภายในดวงอาทิตย์แต่นิวตริโนสามารถพุ่งทะลุออกมาได้ในทันที source: http://cse.ssl.berkeley.edu/segwayEd/lessons/sunspots/research2.html

ในขณะที่โฟตอนของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ถูกสร้างบริเวณแกนกลางดวงอาทิตย์จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ดังกล่าวต้องใช้เวลาเดินทางเฉลี่ย  170,000  ปี   จึงจะ     เดินทางมาถึงผิวดวงอาทิตย์  (โฟโตสเฟียร์ : photosphere)     แต่อนุภาคนิวตรินั้นแทบไม่ทำอันตรกิริยากับสสารหรือโฟตอน       มันจึงเดินทางออกมาจากแกนกลางดวงอาทิตย์ได้เร็วกว่าอีกทั้งไม่ได้เปลี่ยนแปลงเป็นอนุภาคชนิดอื่นหรือพลังงานลดลงมากนัก   เมื่อเปรียบเทียบกับเมื่อครั้งนิวตริโนถูกสร้างขึ้นภายใน    ใจกลางดวงอาทิตย์   ดังนั้นการตรวจวัดนิวตริโนบนโลกสามารถให้ข้อมูลเกี่ยวกับกระบวนการภายในดวงอาทิตย์แก่นักวิทยาศาสตร์โดยตรง

ปัญหาก็ คือ เพราะนิวตริโนทำอันตรกิริยากับสสารอื่นน้อยมาก ด้วยข้อจำกัดทางเทคโนโลยีทำให้การตรวจวัดนิวตริโนเป็นไปได้ยาก

    Credit:LNGS

ที่ห้องทดลองแห่งชาติแกรน ซาสโซ  (Gran Sasso National Laboratory)   ประเทศอิตาลี        เป็นห้องทดลองแห่งแรกที่ทำการตรวจวัดปริมาณศูนย์นิวตริโน  พลังงานสูงตลอดเวลา     มีเครื่องตรวจวัด Borexiono ขนาดยักษ์ ถูกฝังไว้ใต้ดินลึกกว่า 1 กิโลเมตร   เพื่อใช้ตรวจวัดนิวตริโนพลังงานต่ำ   ผลการทดลองจะยืนยันขั้นตอนเชิงนิวเคลียร์ทั้งสองที่เกี่ยวพันกับการสร้างนิวเคลียสธาตุ Beryllium และเป็นการยืนยันทฤษฎีด้วย

อย่างไรก็ตาม การยืนยันนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์มั่นใจได้มากขึ้นว่าพวกเขายังอธิบายกระบวนการสร้างพลังงานของดวงอาทิตย์ได้ถูกต้อง  และเข้าใจได้ดียิ่งขึ้นด้วย

David Thomson และ Louis Lanzerotti สมาชิกของกลุ่มนักวิทยาศาตร์ซึ่งใช้อุปกรณ์ HISCALE ที่ติดตั้งไปกับยานอวกาศ Ulysses พร้อมทั้งผู้ร่วมงาน Frank Vernon, Marc Lessard และ Lindsay Smith นำเสนอหลักฐานที่พิสูจน์ว่าโลกขยับไปตามจังหวะของดวงอาทิตย์ พวกเขาแสดง คลื่นความถี่เสียง(tone)ที่มีลักษณะพิเศษหลายระดับความสูงต่ำ ที่คาดว่าเกิดจากความดันกับคลื่นแรงโน้มถ่วงภายในดวงอาทิตย์ แล้วส่งผลต่อระบบต่าง ๆ บนโลก

ด้วยกลวิธีเดียวกับที่ใช้ในการเก็บข้อมูลภาคพื้นดิน ถูกนำไปใช้ในการวัดปริมาณอนุภาคพลังงานสูงและสนามแม่เหล็กระหว่างดาวเคราะห์เป็นครั้งแรกโดยฝากอุปกรณ์ตรวจวัดที่ใช้เทคนิคเดียวกันไปกับยานอวกาศ Ulysses ทำให้ได้ข้อมูลจากอุปกรณ์ที่คล้ายกัน แล้ววิเคราะห์ข้อมูลด้วยวิธีทางสถิติ Thomson และผู้ร่วมงานได้ค้นพบ ความถี่เสียงที่เปล่งออกมาจากดวงอาทิตย์ ที่สอดคล้องกับคลื่นเสียงภายในข้อมูลแผ่นดินไหว (seismic) และยังพบได้ในสนามแม่เหล็กโลกกับชั้นบรรยากาศ แม้แต่ศักย์ไฟฟ้าเหนี่ยวนำภายในสายเคเบิลใต้มหาสมุทร ทุกส่วนเหมือนกับกำลังประสานเสียงกัน

แม้ว่าคลื่นเสียงดังกล่าวจะอยู่รอบตัวเรา แต่หูมนุษย์ไม่สามารถรับฟังได้ เสียงนี้มีระดับเสียงที่ต่ำเกินกว่าหูมนุษย์จะได้ยิน คือประมาณ 100 ถึง 5000 ไมโครเฮิร์ซ ( 1 ไมโครเฮิร์ตซ์เทียบเท่าการสั่น 1 ครั้งทุกๆ 278 ชั่วโมง) ซึ่งต่ำกว่าความถี่เสียงที่น้อยที่สุดที่มนุษย์จะได้ยินถึง 12 คู่แปด (octave)

แต่ที่น่าตกใจ นอกเหนือจากการสุ่มโดยธรรมชาติแล้ว การผันแปรของข้อมูลยังถูกสร้างขึ้นโดยความถี่ที่ไม่ต่อเนื่องหลายความถี่ด้วยกัน ซึ่งคล้ายกับข้อมูลภาคพื้นดิน นอกจากนี้ความถี่เหล่านั้นยังสอดคล้องเป็นอย่างดีกับการคาดการณ์เชิงทฤษฎี ซึ่งคาดว่าเกิดจากความดันและคลื่นความโน้มถ่วงภายในดวงอาทิตย์

บางส่วนของสิ่งที่เรียกว่า การสั่นของดวงอาทิตย์ สามารถสังเกตการณ์ได้ด้วยเครื่องมือที่ติดตั้งบนยานอวกาศ SOHO และเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์บนโลกเช่นกัน คลื่นเสียงเหล่านั้นเกิดจากคลื่นความดันภายในดวงอาทิตย์ที่เรียกว่า p-mode ส่วนเสียงที่เกิดในชั้นที่ลึกลงไปสอดคล้องกับคลื่นความโน้มถ่วงที่เรียกว่า g-mode

ขณะที่นักแผ่นดินไหววิทยา (seismologist) บนโลกใช้คลื่นเสียงเพื่อสำรวจเนื้อในของโลก นักวิทยาศาสตร์ด้านดวงอาทิตย์ก็จะใช้ g-mode เพื่อสำรวจแกนกลางของดวงอาทิตย์ ทว่าคลื่น g-modes ยังไม่สามารถตรวจพบได้ด้วยวิธีการทางแสง ดังนั้นหลักฐานของ Thomson และคณะสำหรับ g-mode ในข้อมูลของอวกาศระหว่างดาวเคราะห์จึงยังไม่สามารถคาดการณ์และยากต่อการอธิบาย

พวกเขาทดสอบข้อมูลหลาหลายแหล่ง ทั้งที่เกิดภายในปรากฎการณ์ทางธรรมชาติ หรือที่เกิดภายในระบบเทคโนโลยีของมนุษย์ เช่น ภายในอุปกรณ์โทรคมนาคม และข้อมูลเชิงแผ่นดินไหววิทยา และพยายามหาหลักฐานของความถี่ไม่ต่อเนื่องที่เป็นคุณลักษณะของการสั่นจากดวงอาทิตย์ (solar oscillation) ซึ่งเคยเชื่อกันว่า เป็นเพียงสัญญาณรบกวน (noise) เท่านั้น

Thomsons เชื่อว่ากุญแจไขปัญหานี้คือ “สภาพแม่เหล็ก” (magnetism) เขาเสนอว่า การสั่นแบบ g-mode จะถูกพาขึ้นมาโดยสนามแม่เหล็กที่ผิวดวงอาทิตย์ บางส่วนของสนามแม่เหล็กเหล่านี้ถูกพาออกมาจากดวงอาทิตย์สู่อวกาศระหว่างดาวเคราะห์โดยลมสุริยะ (solar wind) ที่ซึ่งพวกมันถูกตรวจพบโดยอุปกรณ์ตรวจวัดในอวกาศอย่าง Ulysses

สนามแม่เหล็กของลมสุริยะจะทำอันตรกิริยากับสนามแม่เหล็กโลกแล้วทำให้เกิดการสั่นอย่างสอดคล้อง และคงลักษณะของสัญญาณ g-mode เอาไว้ การเคลื่อนที่ของสนามแม่เหล็กโลก (geomagnetic field) จะควบคู่กับส่วนที่เป็นของแข็งเกร็งบนโลก เพื่อผลิต การสั่นขนาดเล็กแต่ง่ายต่อการตรวจวัดบนโลก

จันทรา วิคกระมาสิงห์ (Chandra Wickramasinghe) นักชีววิทยาดาราศาสตร์ แห่งมหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์ (Cardiff University) สหราชอาณาจักร และสมาชิกกลุ่มวิจัย แสดงการคำนวณให้เห็นว่ามีโอกาสที่จะมีสิ่งมีชีวิตเริ่มต้นในดาวหางมากกว่าเกิดขึ้นบนโลกถึง 1036 เท่า

วิกระมาสิงห์ อธิบาย “ดาวหางและสระดินเหนียวชุ่มน้ำอันอบอุ่นภายในดาวหางเป็นสถานที่ซึ่งจัดเตรียมไว้สำหรับให้โมเลกุลอินทรีย์สารได้แปรรูปสู่โครงสร้างสิ่งมีชีวิตภายในดาวหาง” “การแปรรูปดูเหมือนว่าจะเกิดขึ้นภายในดาวหางบางดวง บางสถานที่ภายในกาแลกซีมากกว่าที่จะเกิดในหนองน้ำเล็ก ๆ บนโลก”

ขณะที่นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ยอมรับว่า ดาวหางที่ตกลงมาบนโลกจะนำพาน้ำและวัสดุอินทรีย์ที่จำเป็นต่อการสร้างชีวิตบนโลก แต่ข้อเสนอของวิกระมาสิงห์กับชี้ว่า  ชีวิตถือกำเนิดมาตั้งแต่ในดาวหางมาแต่ต้น แล้วเมื่อดาวหางตกลงมาบนโลกสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กเหล่านั้นจึงได้มาอยู่บนโลก ซึ่งเป็นเพียงการคาดเดาและยังไม่มีหลักฐานสนับสนุนที่แน่ชัด

David Morrison นักวิทยาศาสตร์อาวุโสจากศูนย์วิจัยเอมีส (Ames Research Center) ของนาซา สหรัฐอเมริกา ผู้ไม่เกี่ยวข้องกับงานวิจัยนี้ให้ความเห็นว่าแนวคิดดังกล่าวเกิดขึ้นจากการคาดเดา ไม่มีส่วนใดเลยที่อยู่บนพื้นฐานของหลักฐานหรือข้อเท็จจริงทางวิทยาศาสตร์”

แนวคิดของวิคกระมาสิงห์และผู้ร่วมงานวางอยู่บนสมมติฐานที่ว่าดาวหางเต็มไปด้วยฝุ่นดินเหนียวที่เป็นโพรง ซึ่งสามารถเก็บน้ำในสถานะของเหลวไว้ได้ตลอดกาล ทว่าภารกิจสำรวจดาวหางอย่างเช่น Deep Impact พบหลักฐานสำหรับซิลิเกต (silicate)หลากหลายชนิดอยู่ภายในดาวหาง แต่ไม่ใช่ดินเหนียว Morrison กล่าว

มันยังเป็นคำถามปลายเปิดต่อไป ไม่ว่าดาวหางดวงใดจะบรรจุน้ำในสถานะของเหลวไว้จริง ๆ และไม่ว่าระบบดาวฤกษ์ดวงใดมีดาวหางทั้งหมด ข้อเท็จริงก็คือ ยังไม่มีดาวหางดวงใดที่ถูกค้นพบภายในระบบดาวฤกษ์ดวงอื่น Morrison ให้เหตุผลหักล้างเพิ่มเติม

Paul Falkowski นักเคมีชีววิทยา จาก Rutgers University สหรัฐอเมริกา ไม่คิดว่าสถานที่กำเนิดสิ่งมีชีวิตจะถูกบ่งชี้ได้เพียงแค่การคำนวณ งานชิ้นปัจจุบันของ Falkowski และผู้ร่วมงาน เสนอว่าสิ่งมีชีวิตอยู่รอดได้ยากภายใต้สภาวะที่ปราศจากการปกป้องภายในอวกาศที่ซึ่งดาวหางร่อนเร่อยู่ พวกเขาพบการเสื่อมสภาพของสารพันธุกรรม DNA ภายในจุลชีพที่พบในน้ำแข็งอายุ 8 ล้านปี จากทวีปแอนตาร์คติกาหรือขั้วโลกใต้ และประมาณการกันว่า DNA บนโลกจะสลายตัวลงครึ่งหนึ่งของปริมาณเดิมประมาณ 1.1 ล้านปี ในอีกความหมายหนึ่งคือทุก ๆ 1.1 ล้านปี DNA ครึ่งหนึ่งจะหายไป

นักวิจัยกล่าวว่า รังสีคอสมิคเป็นสาเหตุของปัญหานี้และคิดว่า DNA หรือโมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อนจะยากที่จะอยู่รอดอย่างยาวนานภายในอวกาศอันเต็มไปด้วยรังสีที่เข้มข้นกว่าบนโลก และดาวหางก็ไม่ได้มีชั้นบรรยากาศหรือสนามแม่เหล็กที่เข้มแข็งอย่างโลกไว้คอยป้องกันรังสีอันตรายดังกล่าว

ปริมาณรังสีที่กระทบผิวโลกคิดเป็น หนึ่งในสิบ จนถึงหนึ่งในร้อย ของรังสีภายในอวกาศ ดังนั้น หากเราออกไปสู่อวกาศที่ซึ่งไม่มีสนามแม่เหล็กปกป้องเราจากการแผ่รังสีที่มีอยู่ทั่วไปตลอดเวลาในอวกาศ ความเสียหายที่เกิดขึ้นต่อ DNA ย่อมสูงขึ้นอย่างไม่น่าเชื่อ Falkowski คำนวณว่า DNA จะอยู่รอดภายในอวกาศได้ไม่กี่แสนปีเท่านั้น

มันเป็นการยากที่จะหาดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์บริเวณขอบระบบสุริยะ เพราะดาวเคราะห์ก๊าซขนาดยักษ์ที่คล้ายกับดาวพฤหัสบดีของเรา ส่วนใหญ่มักอยู่ใกล้ดาวฤกษ์แม่ของพวกมัน

Beth Biller จากมหาวิทยาลัยอริโซนา สหรัฐอเมริกา ให้ความเห็นว่า ขณะนี้เรารู้ว่าดาวเคราะห์ยักษ์จำนวนไม่มากนักที่โคจรอยู่ห่างจากดาวฤกษ์แม่ นักดาราศาสตร์มองเห็นภาพที่ชัดเจนรวมทั้งข้อจำกัดที่ดีขึ้นในทฤษฎีหรือแบบจำลองการก่อตัวของดาวเคราะห์

ทฤษฎีกำเนิดดาวเคราะห์บางทฤษฎีทำนายว่าดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์จะกำเนิดที่ระยะห่างจากดาวฤกษ์แล้วค่อย ๆ อพยพโยกย้ายเข้าใกล้ดาวฤกษ์ด้วยอันตรกิริยาแรงโน้มถ่วงกับเทหวัตถุอื่น ๆ แต่ Biller แย้งว่าเรายังไม่สามารถหาหลักฐานที่หนักแน่นสำหรับอธิบายแหล่งกำเนิดดาวเคราะห์ในย่านที่ห่างจากดวงอาทิตย์มาก ๆ ได้

ในดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะประมาณ 250 ดวง ที่ถูกค้นพบ ส่วนใหญ่เป็นดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ที่โคจรใกล้ดาวฤกษ์หลักมาก ด้วยระยะที่ใกล้กว่าดาวพุธกับดวงอาทิตย์ของเรา ทำให้มันสามารถโคจรรอบดาวฤกษ์ได้ภายในไม่กี่ชั่วโมงหรือไม่กี่วัน และอุณหภูมิภายในชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์เหล่านั้นสูงมากจนถูกเรียกว่าดาว “พฤหัสบดีร้อน” (Hot Jupiter)

ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะส่วนใหญ่ถูกค้นพบด้วยวิธีการวัด “ความเร็วเชิงรัศมี” (radial velocity) ซึ่งเป็นการตรวจวัดการโซเซ (wobble) ของดาวฤกษ์อันเนื่องมาจากแรงโน้มถ่วงจากดาวเคราะห์ และเพราะวิธีการนี้เหมาะสมที่สุดในการค้นหาดาวเคราะห์มวลมากที่อยู่ใกล้ดาวฤกษ์ (ยิ่งดาวเคราะห์มวลมากเท่าไหร่ ดาวฤกษ์ก็ยิ่งโซเซมากยิ่งขึ้น) แต่สำหรับดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ที่อยู่ไกลจากดาวฤกษ์มาก ๆ นักดาราศาสตร์ยังคงไม่มั่นใจนักว่าจะค้นพบดาวฤกษ์ดังกล่าวด้วยวิธีการอื่นหรือไม่

เพื่อตอบปัญหานี้ Biller และคณะทำการสำรวจด้วยกล้องโทรทรรศน์ในอริโซนาและชิลีเป็นเวลา 3 ปี เพื่อค้นหาดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ที่อยู่ห่างจากดาวฤกษ์แม่ จนพบระบบดาวฤกษ์เพื่อนบ้านซึ่งมีอายุน้อย และมีดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์กำลังก่อตัว จำนวน 54 ระบบดาว ซึ่งตามทฤษฎีแล้ว ดาวเคราะห์คล้ายดาวพฤหัสบดีรุ่นเยาว์จะสว่างและค้นหาได้ง่ายกว่าดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์อาวุโส การสำรวจพบว่าไม่มีดาวเคราะห์ยักษ์ใดที่อยู่ห่างจากดาวฤกษ์ไกลมากกว่า 10 เท่าของระยะห่างระหว่างโลกถึงดวงอาทิตย์(10 AU)

Alan Boss นักทฤษฎีด้านการกำเนิดดาวเคราะห์จากสถาบันคาร์เนกี้ (Carnegie Institution) ในวอชิงตัน สหรัฐอเมริกา เรียกผลการสำรวจนี้ว่า ช่วยลดความกังวลดให้น้อยลง

ก่อนหน้านี้ดาวเคราะห์เคยถูกคาดว่าจะก่อตัวภายในแผ่นวงแหวนฝุ่นก่อนกำเนิดดาวเคราะห์ (dusty protoplanetary disk) ซึ่งล้อมรอบดาวฤกษ์อายุน้อย สองทฤษฎีกำเนิดดาวเคราะห์อันเป็นที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวางได้แก่ core accretion และ disk instability มีปัญหาในการให้กำเนิดดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ที่ระยะห่างจากดาวฤกษ์ 20 AU เพราะเป็นบริเวณที่สสารภายในวงแหวนฝุ่นดังกล่าวมีมวลน้อยเกินกว่าจะให้กำเนิดดาวเคราะห์ เว้นแต่วงแผวนฝุ่นจะมีขนาดใหญ่อย่างไม่น่าเชื่อ

Boss และ Biller ชี้ว่ามีคำอธิบายที่เป็นไปได้อื่น ๆ อีกสำหรับผลการสำรวจนี้ Boss อธิบายว่า “การสำรวจนี้ขึ้นอยู่กับสมมติฐานที่ว่าดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์หนุ่มสว่างกล่าวดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์แก่ และทำให้พวกมันง่ายต่อการพบเห็น” ทว่างานวิจัยก่อนหน้านี้อธิบายว่าดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์อายุน้อยอาจอับแสงกว่าดาวเคราะห์อายุมากก็ได้ ถ้าหากข้อสรุปนี้ถูกต้องก็หมายความว่าอาจมีดาวเคราะห์คล้ายดาวพฤหัสบดีซึ่งอยู่ห่างจากดาวฤกษ์และแสงริบหรี่เกินกว่าจะถูกพบ

นักวิทยาศาสตร์ใช้อุปกรณ์ OMEGA ซึ่งความสามารถในการทำแผนที่การกระจายของแร่ธาตุด้วยสเปคโตรมิเตอร์ในย่านแสงที่ตามนุษย์มองเห็นและรังสีอินฟราเรด ที่ติดตั้งบนยานอวกาศ Mars Express ขององค์การอวกาศยุโรป (ESA) เก็บข้อมูลทำแผนที่การกระจายตัวและลักษณะของแผ่นน้ำแข็ง ประกอบเข้ากับแบบจำลองสภาพภูมิอากาศดาวอังคาร (Martian Global Climate Models : GCMs) ที่คำนวณด้วยคอมพิวเตอร์ และพบแผ่นน้ำแข็งที่หลุดรอดจากการสำรวจครั้งก่อน ๆ น้ำแข็งเหล่านี้ทับถมอยู่เหนือผืนดินที่เป็นชั้น ๆ อายุนับล้านปี และเป็นหลักฐานอันหนักแน่นที่ยืนยันกิจกรรมของธารน้ำแข็งเมื่อเร็ว ๆ นี้

จากแผนผังและการวิเคราะห์เชิงสเปคตรัมโดยอุปกรณ์ OMEGA พบว่าน้ำแข็งบริเวณขั้วใต้ของดาวอังคารแบ่งออกเป็นสามชนิด ได้แก่

1. แบบน้ำแข็งผสมเข้ากับน้ำแข็งแห้ง(คาร์บอนไดออกไซด์(CO2)แข็ง)

2. ปื้นน้ำแข็งขนาดกว้าง 100 เมตร

3. แผ่นน้ำแข็งที่ถูกปกคลุมด้วยแผ่นน้ำแข็งแห้งบางๆ

การค้นพบน้ำแข็งชนิดที่ 1 ช่วยยืนยันสมมติฐานที่ว่า ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ประพฤติตนเหมือนกับดักเย็นยะเหยือกสำหรับดักน้ำแข็งไว้ได้ แต่แผ่นน้ำแข็งอีกสองแบบกลับไม่ถูกดักไว้โดยคาร์บอนไดออกไซด์อีกทั้งยังสะสมและคงสภาพอยู่อย่างนั้น

Franck Montmessin จาก Service d'Aéronomie du CNRS/IPSL ประเทศฝรั่งเศสและผู้เขียนนำในงานวิจัยนี้อธิบายพฤติกรรมของชั้นน้ำแข็งสะสมตัวบริเวณขั้วดาวอังคารดังนี้ “เราเชื่อว่าน้ำแข็งเล่นกลย้ายไปมาระหว่างขั้วเหนือและขั้วใต้ตามวัฏจักร 51,000 ปี ซึ่งพ้องกับคาบการส่ายของแกนหมุนดาวอังคาร” Montmessin และคณะหาข้อสรุปด้วยการจำลองสภาพอากาศดาวอังคารย้อนกลับไปในอดีตด้วยแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ด้วยการเปลี่ยนแปลงทิศทางของแกนหมุนกับข้อมูลของวงโคจรดาวอังคาร และพบว่าเมื่อ 21,000 ปีก่อน เมื่อด้านเหนือที่หันเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุดอยู่ในฤดูร้อน สถานการณ์กลับตรงกันข้ามกับปัจจุบัน

แบบจำลองแสดงให้เห็นว่าน้ำในขั้วเหนืออยู่ในเงื่อนไขที่ไม่เสถียรนัก และง่ายต่อการเคลื่อนย้ายไปยังขั้วใต้ในรูปของไอน้ำ ซึ่งจะกลั่นตัวและถูกแช่แข็งอีกครั้ง ทุกๆ ปีน้ำแข็งที่ขั้วใต้จะพอกตัวหนาขึ้น มากกว่า 1 มิลลิเมตร หลังจากเวลาผ่านไป 10,000 ปี แผ่นน้ำแข็งจะหนาขึ้นจนถึง 6 เมตร อีก 10,000 ปีต่อมา วัฏจักรของการส่ายก็ครบรอบและคืนสู่การจัดเรียงตำแหน่งเดิม น้ำแข็งที่ขั้วใต้เข้าสู่สภาพไร้เสถียรภาพและถูกผลักดันให้กลับไปยังขั้วเหนือด้วยกระบวนการเดิม

ประมาณ 1000 ปีก่อนด้วยกลไกกระตุ้นบางอย่างที่ยังอธิบายไม่ได้ทำให้การกัดกร่อนแผ่นน้ำแข็งที่ขั้วใต้ถูกหยุดขณะที่แผ่นน้ำแข็งแห้งกำลังก่อตัวเหนือน้ำแข็งและดักจับพวกมันไว้