جیمز وب برای اولین بار در جو یک سیاره فراخورشیدی CO2 کشف کرد

تلسکوپ فضایی جیمز وب برای نخستین بار نشانه‌های واضحی از وجود کربن دی‌اکسید (CO2) در جو یک سیاره‌ی فراخورشیدی ثبت کرده است.

مشاهدات جیمز وب از یک غول گازی که دور ستاره‌ای خورشید-مانند در فاصله‌ی ۷۰۰ سال نوری از ما می‌چرخد، اطلاعات ارزشمندی را درباره‌ی ساختار و روند شکل‌گیری سیاره فراهم می‌کند.

از جمله طبق یک پژوهش که برای انتشار در نشریه‌ی «نیچر» (Nature) پذیرفته شده است، دانشمندان بیان می‌کنند که جیمز وب ممکن است در آینده بتواند CO2 را حتی در اتمسفر رقیق‌تر سیارات فراخورشیدی سنگی و کوچک‌تر هم شناسایی و اندازه‌گیری کند.

WASP-39 b یک غول گازی داغ با جرمی حدود یک چهارم سیاره‌ی مشتری (تقریبا مشابه زحل) و قطر ۱.۳ برابر آن است. حجم زیاد این سیاره تا حد زیادی به دمای بالای آن که حدود ۹۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد است، مربوط می‌شود. زیرا بر خلاف غول‌های گازی خنک‌تر و چگال‌تر منظومه‌ی شمسی، این سیاره‌ی فراخورشیدی با فاصله‌ای بسیار کم، حدود یک هشتم فاصله‌ی خورشید-عطارد، دور ستاره‌ی مرکزی می‌چرخد و مدار خود را در کمتر از چهار روز زمینی کامل می‌کند.

کشف این سیاره بر اساس روش گذر، در سال ۲۰۱۱ اعلام شد. در این روش دانشمندان تغییرات بسیار اندک و دوره‌ای نور ستاره‌ی میزبان را هنگام عبور سیاره از جلوی آن اندازه‌گیری می‌کنند.

پیش از این مشاهدات تلسکوپ‌های دیگر، از جمله هابل و اسپیتزر، وجود بخار آب، سدیم و پتاسیم را در جو این سیاره نشان داده بود. حالا حساسیت بی‌مانند جیمز وب، وجود کربن دی‌اکسید را هم در اتمسفر سیاره تأیید کرده است.

• ناسا نخستین مجموعه تصاویر علمی تلسکوپ جیمز وب را منتشر کرد

نور ستاره‌ای فیلتر شده

سیاراتی مانند WASP-39 b که مدار آن‌ها را از پهلو رصد می‌کنیم و به روش گذر کشف شده‌اند، فرصت خوبی برای کاوش جو سیاره در اختیار دانشمندان قرار می‌دهند. طی یک گذر، بخشی از نور ستاره‌ی مادر به‌طور کامل توسط سیاره پوشیده می‌شود و بخشی هم پس از عبور از جو سیاره به ما می‌رسد.

بدین ترتیب چون گازهای مختلف، طول موج‌های متفاوت و در نتیجه ترکیب‌های رنگی متفاوتی از نور را جذب می‌کنند، پژوهشگران با تجزیه‌وتحلیل تفاوت‌های اندک روشنایی نور در عبوری از جو سیاره، می‌توانند ترکیبات جو آن را تشخیص دهند.

با داشتن یک جو ضخیم و گذرهای همیشگی سیاره از مقابل ستاره‌ی مادر، WASP-39 b یک هدف ایدئال برای طیف‌سنجی به روش گذر محسوب می‌شود.

طیف ستاره‌ی مادر که از جو سیاره‌ی فراخورشیدی WASP-39 b گذشته است و در سه طول موج مختلف تغییرات روشنایی را هنگام گذر نشان می‌دهد.
Credit: Illustration: NASA, ESA, CSA, and L. Hustak (STScI); Science: The JWST Transiting Exoplanet Community Early Release Science Team

اولین تشخیص واضح CO2

پژوهش اخیر با استفاده از طیف‌نگار فروسرخ نزدیک (NIRSpec) جیمز وب انجام شد و در طیف حاصل از جو WASP-39 b، یک قله‌ی کوچک بین طول موج ۴.۱ تا ۴.۶ میکرومتر، نخستین شواهد دقیق و واضح را از وجود کربن دی‌اکسید در یک سیاره‌ی فراخورشیدی را ارائه داد.

به گفته‌ی «ظفر رستم‌کولوف» (Zafar Rustamkulov) فارغ‌التحصیل دانشگاه جان هاپکینز و نویسنده‌ی این پژوهش «چنین کشفی یک مرحله‌ی مهم در علم سیارات فراخورشیدی است.» هیچ رصدخانه‌ای تا کنون چنین تفاوت‌های ظریفی را در روشنایی این همه رنگ در محدوده‌ی ۳ تا ۵.۵ میکرون از طیف گذر یک سیاره‌ی فراخورشیدی اندازه‌گیری نکرده است.

دسترسی به این بخش از طیف برای اندازه‌گیری میزان گازهایی مانند بخار آب ، متان و کربن دی‌اکسید که تصور می‌شود در انواع مختلف سیاره‌های فراخورشیدی وجود دارند، بسیار مهم است.

«ناتالی باتالها» (Natalie Batalha) از دانشگاه کالیفرنیا هم که سرپرستی این تیم پژوهشی را بر عهده دارد، درباره‌ی این یافته گفت: «تشخیص چنین سیگنال واضحی از کربن دی‌اکسید در WASP-39 b نوید خوبی برای تشخیص اتمسفر در سیاره‌های کوچک‌تر و هم‌اندازه‌ی زمین است.»

درک ترکیب جو یک سیاره اطلاعات خوبی درباره‌ی منشأ و چگونگی تکامل آن در اختیار ما می‌گذارد. چنان‌که «مایک لاین» (Mike Line) یکی دیگر از اعضای این تیم تحقیقاتی از دانشگاه ایالتی آریزونا گفت: «مولکول‌های کربن دی‌اکسید ردیاب‌های حساسی در تاریخچه‌ی شکل‌گیری یک سیاره هستند. با اندازه‌گیری CO2 می‌توانیم تعیین کنیم که چه مقدار ماده‌ی جامد در مقابل چه مقدار ماده‌ی گازی این سیاره‌ی غول‌پیکر گازی را شکل داده‌اند.»

در دهه‌ی آینده، جیمز وب این اندازه‌گیری را برای انواع دیگری از سیارات فراخورشیدی هم انجام خواهد داد و اطلاعات بیشتری درباره‌ی شیوه‌ی شکل‌گیری سیارات و همچنین منحصربه‌فرد بودن منظومه‌ی شمسی ما، ارائه خواهد کرد.

طیف فرآیند گذر WASP-39 b از مقابل ستاره‌ی مادر
Credit: Illustration: NASA, ESA, CSA, and L. Hustak (STScI); Science: The JWST Transiting Exoplanet Community Early Release Science Team

انتشار زودهنگام اکتشافات

این مشاهدات در حقیقت بخشی از برنامه‌ای است که WASP-39 b و دو سیاره‌ی دیگر کشف شده از روش گذر را با ابزارهای گوناگون وب مطالعه می‌کند.

این تحقیقات جزو برنامه‌ی «انتشار زودهنگام علمی» (Early Release Science) هم محسوب می‌شوند که طی آن داده‌های مهم تلسکوپ جیمز وب در کوتاه‌ترین زمان در اختیار جامعه‌ی تحقیقاتی سیارات فراخورشیدی قرار می‌گیرد.

به گفته‌ی «ویوین پپارمنتیه» (Vivien Parmentier) از دانشگاه آکسفورد «هدف این برنامه تجزیه‌وتحلیل سریع مشاهدات و فراهم کردن یک بستر منبع باز برای استفاده‌ی جامعه‌ی علمی است.»

او افزود: «این کار امکان مشارکت پژوهشگران را از سراسر جهان فراهم و تضمین می‌کند که بهترین نتایج از رصدهای دهه‌های آینده به‌دست خواهد آمد.»

ناتاشا باتالها هم در همین ارتباط تأکید کرد: «برنامه‌ی انتشار زودهنگام علمی، بر اصل داده‌های علمی باز ناسا استوار است و از یک فرآیند علمی فراگیر، شفاف و مشارکتی پشتیبانی می‌کند.»

طی سال‌ها و دهه‌های آینده تلسکوپ جیمز وب، به مشاهدات سیارات فراخورشیدی ادامه خواهد داد و باید دید که چه اسرار تازه‌ای را از این جهان‌های فراسوی منظومه‌ی شمسی آشکار خواهد کرد.

عکس کاور: طرحی گرافیکی از سیاره‌ی فراخورشیدی WASP-39 b
Credit: NASA, ESA, CSA, and L. Hustak (STScI)

منبع: NASA