ปรากฏการณ์ Rossiter–McLaughlin การตรวจวัดการหมุนของดาวฤกษ์และดาวเคราะห์

ปรากฏการณ์ Rossiter–McLaughlin (RM effect) คือปรากฏการณ์ทางสเปกโทรสโกปีที่เกิดขึ้นเมื่อมีวัตถุ เช่น ดาวเคราะห์นอกระบบหรือดาวฤกษ์ดวงที่สองในระบบดาวคู่แบบอุปราคา (Eclipsing Binary) เคลื่อนที่ผ่านหน้าดาวฤกษ์ที่กำลังหมุนรอบตัวเอง

คำอธิบายปรากฏการณ์

เมื่อดาวฤกษ์หมุนรอบตัวเอง พื้นผิวของดาวฤกษ์ด้านหนึ่งจะเคลื่อนที่เข้าหาผู้สังเกต (ทำให้เกิด การเลื่อนทางน้ำเงิน หรือ Blueshift) และอีกด้านหนึ่งจะเคลื่อนที่ออกจากผู้สังเกต (ทำให้เกิด การเลื่อนทางแดง หรือ Redshift) การเคลื่อนที่เหล่านี้ทำให้เส้นสเปกตรัมของดาวฤกษ์กว้างขึ้น

เมื่อมีวัตถุเคลื่อนที่ผ่านหน้าดาวฤกษ์ วัตถุนั้นจะบดบังแสงจากบางส่วนของพื้นผิวดาวฤกษ์ ทำให้แสงที่เลื่อนทางน้ำเงินหรือทางแดงหายไปชั่วคราว ส่งผลให้ค่าเฉลี่ยของการเลื่อนทางแดงของดาวฤกษ์ทั้งดวงเปลี่ยนแปลงไปจากปกติ

ปัจจัยที่มีผลต่อแอมพลิจูด

ความแรงของปรากฏการณ์นี้ขึ้นอยู่กับการจัดเรียงตัวระหว่างเส้นศูนย์สูตรของดาวฤกษ์และเส้นทางการโคจรของวัตถุที่ผ่านหน้า:

• การจัดเรียงตัวที่สมบูรณ์: จะเกิดแอมพลิจูดสูงสุดเมื่อเส้นทางการโคจรขนานกับเส้นศูนย์สูตรของดาวฤกษ์ โดยวัตถุจะเริ่มบดบังส่วนที่เลื่อนทางน้ำเงินมากที่สุดและจบลงที่ส่วนที่เลื่อนทางแดงมากที่สุด
• การไม่จัดเรียงตัว: หากเส้นทางการโคจรเอียงทำมุมกับเส้นศูนย์สูตร ค่าของปรากฏการณ์ RM จะลดลงตามค่าโคไซน์ของมุมนั้น

การวัดค่าความเอียง (Obliquity)

ปรากฏการณ์ RM สามารถวัดค่า ความเอียงที่ฉายลงบนระนาบสายตา (Projected Obliquity, λ) ได้โดยตรง แต่หากต้องการทราบค่าความเอียงที่แท้จริงในสามมิติ (True Obliquity, ψ) จำเป็นต้องนำค่า λ ไปรวมกับค่าความเอียงของเส้นศูนย์สูตรดาวฤกษ์และค่าความเอียงของวงโคจรที่ได้จากการวัดความเร็วในแนวรัศมีหรือพารามิเตอร์การผ่านหน้า

การโคจรแบบย้อนศรของ "Hot Jupiters"

การใช้ปรากฏการณ์นี้ทำให้ค้นพบว่ามีดาวเคราะห์ประเภท Hot Jupiters (ดาวพฤหัสบดีร้อน) ประมาณ 25% ที่โคจรในทิศทางย้อนศร (Retrograde) เมื่อเทียบกับการหมุนรอบตัวเองของดาวฤกษ์แม่ ซึ่งบ่งชี้ว่าดาวเคราะห์เหล่านี้อาจเกิดจากปฏิสัมพันธ์ทางพลศาสตร์มากกว่าการเคลื่อนย้ายตำแหน่งของดาวเคราะห์ (Planetary Migration) แบบปกติ

ประวัติความเป็นมา

ในปี ค.ศ. 1893 J. R. Holt ได้เสนอวิธีการวัดการหมุนของดาวฤกษ์โดยใช้การวัดความเร็วในแนวรัศมี เขาทำนายว่าเมื่อดาวฤกษ์ดวงหนึ่งในระบบดาวคู่บดบังอีกดวงหนึ่ง มันจะบดบังซีกที่เคลื่อนที่เข้าหา (เลื่อนทางน้ำเงิน) ก่อน แล้วจึงบดบังซีกที่เคลื่อนที่ออกจากผู้สังเกต (เลื่อนทางแดง) ซึ่งจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของความเร็วในแนวรัศมีที่วัดได้

ปรากฏการณ์นี้ได้รับการตั้งชื่อตาม Richard Alfred Rossiter และ Dean Benjamin McLaughlin