کشف یک پدیده‌ نادر توسط تلسکوپ جیمز وب

جی پلاس، جیمز وب پیش‌بینی خود را زمانی انجام داد که در جهت مستقیم منحصربه‌فردی برای رصد دو سیاره فراخورشیدی قرار گرفت. این دو سیاره به دور دو ستاره مرده یا «کوتوله‌های سفید» مختلف می‌چرخند.

ایسنا نوشت؛ این سیارات نه تنها شباهت زیادی به غول‌های گازی منظومه شمسی مشتری و زحل دارند، بلکه کوتوله‌های سفید نیز شبیه به آینده خورشید ما هستند. هنگامی که خورشید به یک کوتوله سفید تبدیل شود، این تغییر احتمالا سیارات درونی منظومه شمسی تا مشتری را نابود خواهد کرد.

سوزان مولالی(Susan Mullaly)، نویسنده اصلی این تحقیق، که هنوز مورد بررسی قرار نگرفته است، و یک ستاره شناس در موسسه علمی تلسکوپ فضایی می‌گوید: سیاره‌های بسیار کمی در اطراف ستاره‌های کوتوله سفید کشف شده‌اند. آنچه که در مورد این دو سیاره خارق‌العاده است این است که آنها از نظر دما، سن، جرم و جدایی مداری بیش از هر سیاره‌ی دیگری که قبلا پیدا شده، شبیه به سیاره‌های منظومه شمسی خارجی هستند. این اولین فرصت ما برای مشاهده این است که یک منظومه سیاره‌ای پس از مرگ ستاره‌اش چگونه به نظر می‌رسد.

نگاهی به آینده

این سیاره‌ها به طور مستقیم توسط ابزار مادون قرمز میانی جیمز وب(MIRI) در حالی که به دور کوتوله‌های سفید WD ۱۲۰۲-۲۳۲ و WD ۲۱۰۵-۸۲ می‌چرخیدند، مشاهده شدند. یکی از این سیاره‌های فراخورشیدی در فاصله‌ای از میزبان کوتوله سفید خود قرار دارد که برابر با ۱۱.۵ برابر فاصله زمین و خورشید است. سیاره دیگر دورتر از والد ستاره مرده خود، در فاصله‌ای حدود ۳۴.۵ برابر فاصله بین سیاره ما و خورشید قرار دارد.

جرم سیارات در حال حاضر نامشخص است و مولالی و همکارانش تخمین می‌زنند که آنها بین یک تا ۷ برابر مشتری به عنوان پرجرم‌ترین سیاره منظومه شمسی، جرم داشته باشند.

وقتی ذخایر سوخت خورشید برای فرآیندهای همجوشی هسته‌ای که در هسته آن در حدود پنج میلیارد سال رخ می‌دهد تمام شود، این ستاره تحت عنوان یک غول سرخ متورم می‌شود. با این حال، همجوشی هسته‌ای در لایه‌های بیرونی آن ادامه خواهد داشت. این لایه‌های بیرونی ستاره ما تا مریخ و عطارد، زهره، زمین و احتمالا خود سیاره سرخ می‌رسند و آنها را می‌بلعند. در نهایت، این لایه‌های بیرونی سرد می‌شوند و یک هسته ستاره‌ای در حال دود کردن باقی می‌ماند که به یک کوتوله سفید تبدیل شده است و توسط یک سحابی سیاره‌ای متشکل از ماده ستاره‌ای احاطه شده است.

مولالی گفت: انتظار می‌رود خورشید ما طی پنج میلیارد سال آینده به یک ستاره کوتوله سفید تبدیل شود. ما انتظار داریم که سیارات پس از مرگ یک ستاره به سمت خارج، به مدارهای وسیع‌تری حرکت کنند. بنابراین، اگر زمان را برای این سیارات رصد شده به عقب برگردانید، انتظار می‌رود که این سیارات دارای فاصله مداری مشابه مشتری و زحل با ستاره خود باشند.

اگر بتوانیم این سیارات را تایید کنیم، آنها شواهد مستقیمی ارائه خواهند داد که سیاراتی مانند مشتری و زحل می‌توانند از مرگ ستاره میزبان خود جان سالم به در ببرند.

علاوه بر این، کوتوله‌های سفید در قلب این کشف با عناصری سنگین‌تر از هیدروژن و هلیوم که ستاره‌شناسان آن را «فلزات» می‌نامند، آلوده شده‌اند. این می‌تواند به این نکته اشاره کند که پس از مرگ خورشید چه اتفاقی برای اجسام موجود در کمربند سیارکی بین مریخ و مشتری خواهد افتاد.

مولالی توضیح داد: ما گمان می‌کنیم که سیارات غول‌پیکر با راندن دنباله‌دارها و سیارک‌ها به سطح ستاره‌ها باعث آلودگی فلزی آنها می‌شوند. وجود این سیارات ارتباط بین آلودگی فلزی و سیارات را تقویت می‌کند. از آنجایی که ۲۵ تا ۵۰ درصد کوتوله‌های سفید این نوع آلودگی را نشان می‌دهند، به این معنی است که سیارات غول پیکر در اطراف ستاره‌های کوتوله سفید رایج هستند.

این کشف دوگانه فرای آن چه برای آینده منظومه سیاره‌ای ما پیش‌بینی می‌کند، تأثیرگذار است و نشان‌دهنده یک دستاورد علمی نادر است.

کشف مستقیم سیاره فراخورشیدی نادر

از زمان کشف اولین سیارات فراخورشیدی در اواسط دهه ۱۹۹۰، ستاره‌شناسان حدود ۵۰۰۰ جهان را کشف کرده‌اند که در خارج از منظومه شمسی به دور ستاره‌ها می‌چرخند. به گفته انجمن سیاره‌ای، تا ماه آوریل ۲۰۲۰، تنها ۵۰ مورد از این سیاره‌های فراخورشیدی با تصویربرداری مستقیم کشف شدند.

این به این دلیل است که هر نوری از یک سیاره در چنین فواصل وسیعی معمولا تحت تأثیر نور شدید ستاره مادر آنها قرار می‌گیرد و باعث می‌شود که مشاهده مستقیم یک سیاره فراخورشیدی مشابه مشاهده کرم شب تاب نشسته روی لامپ روشن یک فانوس دریایی باشد.

در نتیجه، سیارات فراخورشیدی معمولا با تأثیری که بر نور ستاره خود می‌گذارند، رصد می‌شوند که شامل بررسی افت در خروجی نور هنگام گذر سیاره از جلو ستاره خود است.

مولالی گفت: ما مستقیما از این دو سیاره فراخورشیدی تصویربرداری کردیم، به این معنی که از آنها عکس گرفتیم و نور تولید شده توسط خود سیاره را دیدیم. بیشتر سیارات فراخورشیدی که کشف شده‌اند با استفاده از روش گذر یا با اندازه‌گیری حرکت ستاره پیدا شده‌اند. این روش‌های غیرمستقیم در سیارات بسیار نزدیکتر به ستاره مورد توجه قرار می‌گیرند. تصویربرداری مستقیم برای یافتن سیارات دورتر از ستاره بهتر است.

او توضیح داد که با مشاهده مستقیم این سیارات، جیمز وب امکان مطالعه بیشتر این جهان‌ها را فراهم کرده است. اکنون دانشمندان می‌توانند تحقیقاتی مانند بررسی ترکیب اتمسفر سیارات و اندازه‌گیری مستقیم جرم و دمای آنها را آغاز کنند.

مولالی اضافه کرد که همه مواردی که او و گروهش در مورد این سیارات فراخورشیدی کشف کردند، مورد انتظار نبوده و این ویژگی‌های عجیب و غریب می‌تواند نحوه تفکر اخترشناسان را در مورد سیارات فراخورشیدی به طور کلی تغییر دهد.

مقدار نور جمع آوری شده توسط جیمز وب در طول موج مادون قرمز به ترتیب پنج و هفت میکرون روشن‌تر از آن چیزی بود که برای هر دو سیاره فراخورشیدی با توجه به آنها انتظار می‌رفت.

مولالی در پایان گفت: این ممکن است درک ما از فیزیک و شیمی جو سیارات فراخورشیدی را به چالش بکشد.

یا شاید به این معنا باشد که منبع نور دیگری وجود دارد، مانند یک قمر داغ که به دور سیاره می‌چرخد.

تحقیقات این تیم به صورت پیش چاپ در پایگاه arXiv موجود است.