کشف سیاره‌ای که از فرآیند شکل‌گیری کوتوله‌ی سفید خود جان سالم به در برده است

۲۷ شهریور ۱۳۹۹ | ۱۹:۱۹ ۲۸ شهریور ۱۳۹۹ زمان مورد نیاز برای مطالعه: ۷ دقیقه
طرح گرافیکی سیاره‌ی فراخورشیدی WD 1856 b

برای نخستین بار، یک تیم بین‌المللی از ستاره‌شناسان با استفاده از «ماهواره‌ی نقشه‌بردار فراخورشیدی گذران» ناسا (TESS) و تلسکوپ بازنشسته‌ی اسپیتزر اعلام کردند که احتمالا نخستین سیاره‌ی سالم را که در فاصله‌ای نزدیک پیرامون یک کوتوله‌ی سفید می‌چرخد، یافته‌اند. سیاره‌ای که با نام WD 1856 b شناخته می‌شود.

این جرمِ هم‌اندازه‌ی سیاره‌ی مشتری، حدود ۷ برابر بزرگتر از کوتوله‌ی سفید خود WD 1856+534 است. این کوتوله‌ی سفید باقی‌مانده‌ی چگال ستاره‌ای شبیه به خورشید با حجمی فقط ۴۰ درصد بزرگتر از زمین است که سیاره‌ای غول‌پیکر هر ۳۴ ساعت به دور آن می‌چرخد. زمانی که ۶۰ برابر سریع‌تر از مدارد چرخش عطارد به دور خورشید است.

این نخستین بار است که سیاره‌ای این‌قدر نزدیک به یک کوتوله‌ی سفید کشف می‌شود. سیاره‌ای بزرگ که پیرامون یک ستاره‌ی کوچک اما پرجرم می‌چرخد.

سالم ماندن عجیب سیاره

«WD 1856 b با روشی به کوتوله‌ی سفید خود نزدیک شده و در عین حال توانسته یک جرم یکپارچه بماند.» این گفته‌ی «اندرو وندربرگ» (Andrew Vanderburg) استادیار نجوم دانشگاه ویسکانسین است که ادامه می‌دهد: «روند تشکیل یک کوتوله‌ی سفید، سیاره‌های اطراف را نابود می‌کند و هر چیزی که بعدا خیلی به آن نزدیک شود، معمولا توسط گرانش زیاد کوتوله‌ی سفید تکه‌تکه می‌شود. هنوز برای ما روشن نشده که چگونه WD 1856 b بدون از بین رفتن، به این فاصله‌ی نزدیک از ستاره‌ی خود رسیده است.»

نتایج این پژوهش ۱۷ سپتامبر (۲۷ شهریور) در مقاله‌ای در نشریه‌ی Nature به چاپ رسیده است. TESS تقریبا در دوره‌ای یک ماهه، نواحی وسیعی از آسمان را که بخش (Sector) نامیده می‌شود، رصد می‌کند. این رصد طولانی، به تلسکوپ امکان می‌دهد تا با بررسی تغییرات درخشندگی ستاره که بر اثر گذر سیاره‌ی فراخورشیدی از مقابل ستاره‌اش رخ می‌دهد، سیاره‌های فراخورشیدی یا به عبارتی جهان فراتر از منظومه‌ی شمسی را بیابد.

WD 1856 b در فاصله‌ی ۸۰ سال نوری از ما در صورت فلکی شمالی اژدها (Draco) قرار دارد و به دور یک کوتوله‌ی سفید و سرد می‌چرخد که تقریبا ۱۸۰۰۰ کیلومتر قطر دارد و ممکن است تا ۱۰ میلیارد سال سن داشته باشد. خود این کوتوله‌ی سفید هم یک عضو از یک سامانه‌ی ستاره‌ای سه‌گانه است.

هنگامی که سوخت یک ستاره مانند خورشید پایان می‌یابد، ستاره صدها هزار برابر اندازه‌ی اصلی خود متورم می‌شود و یک ستاره‌ی غول سرخ را تشکیل می‌دهد. در نهایت لایه‌های بیرونی گاز آن خارج شده و ستاره تا ۸۰ درصد جرم خود را از دست می‌دهد. به این ترتیب هسته‌ی داغ باقی‌مانده به یک کوتوله‌ی سفید تبدیل می‌شود.

طی چنین فرآیندی معمولا هر جرم نزدیک در ستاره فرو می‌رود و می‌سوزد که WD 1856 b در مدار فعلی خود، باید دارای چنین سرنوشتی بوده باشد. وندربرگ و همکارانش تخمین می‌زنند که این سیاره برای در امان ماندن، حداقل باید ۵۰ برابر دورتر از مدار فعلی می‌بود.

نظریه‌های مطرح‌شده

«سی‌یی ژو» (Siyi Xu) دستیار رصدخانه‌ی بین‌المللی جمنای (Gemini Observatory) در هاوایی که یکی از نویسندگان این مقاله است، گفت: «مدت‌هاست که می‌دانیم پس از شکل‌گیری کوتوله‌ی سفید، اجرام دور مانند سیارک‌ها و دنباله‌دارها می‌توانند به سمت این ستاره‌ها کشیده شوند. آن‌ها معمولا توسط گرانش قوی یک کوتوله‌ی سفید از هم جدا شده و به یک دیسک از بقایای فضایی اطراف کوتوله‌ی سفید تبدیل می‌شوند.»

او افزود: «به همین دلیل وقتی همکارم درباره‌ی این سامانه به من گفت بسیار هیجان‌زده شدم. ما مشاهده کرده‌ایم که سیاره‌ها هم می‌توانند به داخل گرانش کوتوله‌ی سفید به دام بیفتند اما این نخستین بار است که سیاره‌ای را می‌بینیم که کل مسیر را بدون آسیب باقی مانده است.»

این تیم پژوهشی، چند سناریو را پیشنهاد می‌کند که می‌توانسته WD 1856 b را در مداری بیضوی پیرامون کوتوله‌ی سفید قرار دهد. با توجه به گرانش ستاره که از یک سو این جرم را به سمت خود می‌کشد و از سوی دیگر جزرومدهای عظیمی ایجاد می‌کند که انرژی سیاره را می‌کاهد، این مسیر به تدریج دایره‌ای‌تر شده است.

تأثیر سیارات مشابه

«جولیت بکر» (Juliette Becker) دیگر نویسنده‌ی این پژوهش از مؤسسه‌ی فناوری کالیفرنیا (Caltech) نیز گفت: «محتمل‌ترین حالت شامل وجود چندین جرم دیگر هم‌اندازه‌ی مشتری در نزدیکی مدار اصلی WD 1856 b است. اثر گرانشی چنین اجرام بزرگی، به آسانی می‌تواند ناپایداری لازم را برای حرکت سیاره به سمت کوتوله‌ی سفید فراهم کند. اما هم‌اکنون، نظریه‌های ما از داده‌های واقعی که در اختیار داریم بیشتر است.»

کشش کوتوله‌های قرمز این سامانه‌ی ستاره‌ای سه‌تایی

احتمال دیگر شامل کشش تدریجی گرانشی توسط دو کوتوله‌ی سرخ این سامانه‌ی ستاره‌ای با نام‌های G229-20 A و G229-20 B طی میلیاردها سال است که موجب گذر سیاره از یک ستاره‌ی سرگردان شده و نظم این سامانه‌ی ستاره‌ای را بر هم زده است.

اگرچه پژوهشگران این توضیح و توضیحات دیگر را داری احتمال کمتری می‌دانند زیرا برای دستیابی به همان اثر گرانشی ناشی از سیاره‌های غول‌پیکر احتمالی نزدیک، توضیحات دیگر به شرایطی نیاز دارد که بسیار دقیق تنظیم شده باشد.

طرحی از مسیر حرکت احتمالی سیاره‌ی فراخورشیدی Wd 1856 b

طرحی از مسیر حرکت احتمالی سیاره‌ی فراخورشیدی Wd 1856 b
Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center

بررسی جرم و ماهیت سیاره

پژوهشگران در این مطالعه برای درک ماهیت Wd 1856 b بررسی زیادی انجام دادند. اجرام هم‌اندازه‌ی مشتری می‌توانند دامنه‌ی جرمی وسیعی از تنها چند برابر زمین تا هزاران برابر زمین داشته باشند. به جز این کوتوله‌های قهوه‌ای هم در مرز بین سیاره و ستاره قرار دارند.

دانشمندان برای اندازه‌گیری جرم یک شیء معمولا از سرعت شعاعی (سرعت در راستای دید ناظر زمینی) استفاده می‌کنند که می‌تواند ترکیبات و ماهیت آن را مشخص کند. این روش با مطالعه‌ی چگونگی کشش یک شیء روی ستاره‌اش و تغییر رنگ (تغییر طول موج) ناشی از آن کار می‌کند. اما در مطالعه‌ی اخیر، کوتوله‌ی سفید بسیار پیر است و نور آن بسیار کم شده، درنتیجه امکان شناسایی تغییرات قابل توجهی از این روش نیست.

در عوض این تیم پژوهشی، تنها چند ماه پیش از پایان کار تلسکوپ فضایی اسپیتزر موفق شد این سامانه‌ی ستاره‌ای را در طیف فروسرخ رصد کند. اگر WD 1856 b یک کوتوله‌ی قهوه‌ای یا هر نوع ستاره‌ای با جرم کم بود، از خود پرتو فروسرخ منتشر می‌کرد.

این بدان معناست که اگر خود این جرم هم تابش داشت، تلسکوپ اسپیتزر هنگام گذر آن از مقابل کوتوله‌ی سفید، باید گذر درخشان‌تری را نسبت به حالتی که فقط یک سیاره است و از خود تابش ندارد، ثبت می‌کرد.

اما هنگامی که پژوهشگران داده‌های اسپیتزر را با رصدهای نور مرئی انجام شده توسط تلسکوپ بزرگ جزایر قناری (Gran Telescopio Canarias) مقایسه کردند، هیچ تفاوت قابل شناسایی ندیدند.

با داشتن این داده‌ها همراه با سن ستاره و اطلاعات دیگر درباره‌ی این سامانه، آن‌ها به این نتیجه رسیدند که WD 1856 b به احتمال زیاد سیاره‌ای است که اندازه‌ی آن نهایتا بیش از ۱۴ برابر مشتری نیست. نتیجه‌ای که شاید پژوهش‌های آینده بتواند آن را تأیید کند.

اهمیت این کشف

یافتن احتمالی جهانی که بسیار نزدیک پیرامون یک کوتوله‌ی سفید می‌گردد، این تیم پژوهشی را بر آن داشت تا پیامدهای آن را برای مطالعه‌ی جو جهان‌های سنگی در موقعیت‌های مشابه هم درنظر بگیرند.

برای نمونه فرض کنید که یک سیاره به اندازه‌ی زمین در فاصله‌ی مداری مانند WD 1856 b قرار داشته باشد که در چنین فاصله‌ای آب هم می‌تواند در سطح آن شکل بگیرد. پژوهشگران با استفاده از شبیه‌سازی نشان داده‌اند که در چنین حالتی، تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا در آینده می‌تواند تنها با مشاهده‌ی ۵ گذر، آب و کربن دی‌اکسید را در این جهان فرضی تشخیص دهد.

نتایج این محاسبات به سرپرستی «لیزا کلتنگر» (Lisa Kaltenegger) و «ریان مک‌دونالد» (Ryan MacDonald) از دانشگاه کرنل در Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.

کلتنگر مدیر مؤسسه‌ی کارل سیگان دانشگاه کرنل در این زمینه گفت: «جیمز وب حتی می‌تواند ترکیبات گاز را نشان دهد که به طور بالقوه نشان‌دهنده‌ی فعالیت زیستی در چنین جهانی است.»

او افزود: «بررسی WD 1856 b نشان می‌دهد که سیاره‌ها ممکن است از سیر آشفته‌ی شکل‌گیری یک کوتوله‌ی سفید به سلامت بگذرند. در شرایط مناسب، چنین جهان‌هایی می‌توانند شرایط مطلوب برای حیات را بیش از مقیاس زمانی پیش‌بینی شده برای زمین، حفظ کنند. اکنون می‌توانیم بسیاری از احتمالات جدید را برای جهان‌هایی که به دور این هسته‌های ستاره‌ای مرده می‌چرخند، بررسی کنیم.»

سیاره‌های دیگر در این سامانه

در حال حاضر هیچ مدرکی مبنی بر وجود جهان‌های دیگر در این سامانه وجود ندارد اما ممکن است سیاره‌های دیگری وجود داشته باشند که هنوز شناسایی نشده‌اند. شاید آن‌ها مدارهایی داشته باشند که بیش از زمانی باشد که TESS یک بخش را مشاهده می‌کند یا به شیوه‌ای حرکت کنند که گذر رخ ندهد. زیرا کوتوله‌ی سفید به اندازه‌ای کوچک است که امکان بررسی روش گذر برای سیاره‌های دور در سامانه بسیار کم است.

گفتنی است TESS یک مأموریت اکتشاف نجومی نجومی ناسا است که توسط مؤسسه‌ی فناوری ماساچوست (MIT) اداره و راهبری می شود و مدیریت آن بر عهده‌ی مرکز پرواز فضایی گادرد ناسا است. همچنین شرکت‌های خصوصی و مراکز دانشگاهی و پژوهشی دیگری در این مأموریت مشارکت دارند.

اسپیتزر هم توسط آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا (JPL) مدیریت می‌شد و داده‌های علمی آن همچنان توسط جامعه‌ی علمی تجزیه و تحلیل قرار می‌شوند.

عکس کاور: طرح گرافیکی سیاره‌ی فراخورشیدی WD 1856 b

Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center

منبع: NASA

برچسب‌ها :
دیدگاه شما