کشف مشتری جوانی که می تواند به دانشمندان در یافتن رازهای سیاره-زایی کمک کند

یکی از بهترین روش ها برای شناخت چگونگی فرگشت (تکامل) سامانه ی خورشیدی خودمان، نگاه کردن به سامانه های ستاره ای جوان‌تریست که در گام های آغازین زندگی و دگرگونی خود به سر می برند. به تازگی گروهی از اخترشناسان از جمله دانشمندان ناسا یک سیاره ی مشتری-سان را در یک سامانه ی جوان یافته اند که می تواند مانند یک انگشتر رمزگشا در شناخت چگونگی پیدایش سیاره های پیرامون خورشید خودمان به ما کمک کند.

برداشت هنری (نقاشی) از فراسیاره ی مشتری-سان "۵۱-جوی-بی"، با لایه های داغ در لایه های پایین جو آن که از زیر ابرها پرتو می افشانند. این پسرعموی مشتری به دلیل جوانی‌اش هنوز داغست و تنها ۲۰ میلیون سال از پیدایشش می گذرد.

این سیاره ی نویافته با نام "۵۱-جوی-بی" در صورت فلکی "جوی" (نهر) و به فاصله ی ۹۶ سال نوری از زمین، نخستین فراسیاره‌ایست که با بهره از تصویرگر سیاره ی جمینی (GPI)، دستگاه تازه ای که بر روی تلسکوپ ۸ متری جمینی جنوبی در شیلی نصب شده یافته شده است. GPI به طور ویژه برای یافتن و بررسی سیاره های جوان و کم نور پیرامون ستارگان درخشان، از راه "تصویربرداری مستقیم" ساخته شده و در آن، نخست با بهره از روش اپتیک سازگار، تصویر ستاره ی هدف واضح شده و سپس نور خود ستاره کاملا پوشانده می شود. پس از آن، اخترشناسان هر نور دیگری که بر جا مانده را بررسی می کنند که درخشان ترین جاهای آن می توانند نشانگر وجود یک سیاره باشند.

تصویری که به کشف سیاره ی فراخورشیدی "۵۱-جوی-بی" انجامید. این
عکس در طیف فروسرخ-نزدیک و با بهره از دستگاه تصویرگر سیاره ی
جمینی (GPI) در روز ۲۱ دسامبر ۲۰۱۴ گرفته شد. ستاره ی پرنور مرکزی
حذف شده تا شناسایی سیاره های پیرامونش که میلیون ها بار از آن کم نورتر
هستند امکان پذیر شود. سیاره ی نویافته، همان نقطه ی روشن زیر دایره است
که با حرف b هم نشان داده شده.

جیمز گراهام، استاد دانشگاه برکلی کالیفرنیا و مدیر پروژه ی GPI می گوید: «این درست از همان گونه سیاره هاییست که ما به هنگام ساختن GPI در فکرشان بودیم.»

روش های دیگر برای یافتن سیاره های فراخورشیدی نامستقیمند، مانند روشی که توسط فضاپیمای کپلر ناسا به کار می برد و در آن، با بررسی اُفت نور ستاره هنگامی که از چشم انداز زمین، سیاره ای از جلویش می گذرد، به وجود سیاره پی می برند. [بخوانید: * ۶ روش برای یافتن سیاره های فراخورشیدی]

چنانچه بروس مکینتاش، استاد فیزیک دانشگاه استنفورد و عضو بنیاد اخترفیزیک ذرات و کیهان شناسی کاولی به کنایه می گوید، برای شناسایی سیاره ها، کپلر سایه ی آن ها را می بیند و GPI نور آن ها را.

بر پایه ی استاندارد زمانی کیهان، سیاره ی "۵۱-جوی-بی" با تنها ۲۰ میلیون سال سن، سیاره ای جوان است و این چیزی بود که شناسایی مستقیم آن را امکان پذیر کرد. هنگامی که سیاره ها دارند شکل می گیرند، موادی که به سوی آن ها فروکشیده می شود [روندی مانند پیدایش ستارگان]، انرژی آزاد کرده و آن را گرم می کند. سیاره ها در مدت چند صد میلیون سال این انرژی را بیشتر در طول موج فروسرخ پس می زنند.

مکینتاش که رهبر گروه سازنده ی GPI بود و اکنون هم رهبری پیمایش شکار سیاره ها را بر عهده دارد می گوید: «بسیاری از فراسیاره هایی که در گذشته از آن ها عکسبرداری شده بود جَوی داشتند که آن ها را همانند ستارگان بسیار سرد کرده بود. ولی این یکی همانند یک سیاره است.»

مشاهدات GPI نشان داد که "۵۱-جوی-بی" تقریبا دو برابر مشتری جرم دارد. دیگر سیاره هایی که به طور مستقیم دیده شده بودند جرمشان پنج برابر مشتری یا بیشتر بود. این سیاره نه تنها کم جرم ترین فراسیاره ایست که تاکنون مستقیم از آن عکس گرفته شده، بلکه با دمای ۸۰۰ درجه ی فارنهایت، سردترین آن ها هم هست - آن سیاره های دیگر دمایی نزدیک به ۱۲۰۰ درجه داشتند، و همچنین نیرومندترین سیگنال متان جَوی که تاکنون در یک سیاره ی بیگانه دیده شده را نیز دارد.

داده نمایی از فراسیاره ی "۵۱-جوی-بی"، یک سیاره با تنها
۲۰ میلیون سال سن و هنوز داغ، در سامانه ای به فاصله ی
۹۶ سال نوری از زمین. تصویر بزرگ تر. منبع عکس

در فراسیاره های مشتری-سان پیشین، متان ضعیفی ردیابی شده بود، بسیار متفاوت با غول های گازی سامانه ی خورشیدی که شناسه های متان بارزی دارند. به گفته ی پژوهشگران، همه ی این ویژگی ها به سیاره ای اشاره دارند که بسیار همانند چیزیست که مدل ها برای جوانی مشتری پیش بینی کرده اند.

در جو سیاره های غول پیکر سرد سامانه ی خورشیدی، کربن به شکل متان پیدا می شود، برخلاف بیشتر فراسیاره ها که بیشتر کربنشان به شکل مونوکسید کربن است. مارک مارلی، اخترفیزیک مرکز پژوهشی ایمز ناسا در مافت فیلد کالیفرنیا می گوید: «از آن جایی که جو "۵۱-جوی-بی" هم متان فراوانی دارد، پس این سیاره هم به خوبی در مسیر تبدیل شدن به پسرعموی مشتری آشنای خودمان پیش می رود.» مارلی یکی از اعضای گروهی بود که به تفسیر مشاهدات GPI کمک می کردند.

دستگاه GPI افزون بر گسترش دنیای سیاره های شناخته شده، سرنخ هایی کلیدی درباره ی چگونگی پیدایش سامانه ی خورشیدی هم به ما می دهد. اخترشناسان بر این باورند که غول های گازی سامانه ی خورشیدی در آغاز با ساخته شدن یک هسته ی بزرگ در مدت چند میلیون سال پدید آمدند، سپس با رُمبش و گرد آمدن مقدار هنگفتی هیدروژن و گازهای دیگر به دور آن هسته، جو آن ها هم شکل گرفت. ولی فراسیاره های مشتری-سانی که تاکنون یافته شده بسیار داغ تر از پیش بینی مدل ها بوده اند که نشان می دهد آن ها احتمالا بسیار سریع تر ساخته شده اند، به گونه ای که رُمبش مواد روی آن ها سریع تر انجام شده و در نتیجه سیاره ای بسیار داغ را پدید آورده اند. این یک تفاوت مهم است. به کارگیری GPI برای بررسی سامانه های ستاره ای جوانِ بیشتری مانند "۵۱-جوی" به اخترشناسان کمک خواهد کرد تا به شناخت بهتری درباره ی چگونگی شکل گیری همسایگان خودمان، و میزان رواج این سازوکار سیاره زایی در سرتاسر کیهان برسند.

مکینتاش می گوید: «سیاره ی نویافته ی "۵۱-جوی-بی" نخستین سیاره ایست که به اندازه ی کافی سرد و به اندازه ی کافی به ستاره اش نزدیک است که واقعا می توانسته به شیوه ی سیاره های پیر ساخته شده باشد. مسیر شکل گیری این سیاره شاید درست مانند مشتری خودمان بوده- کل آن سامانه می تواند بسیار همانند سامانه ی خودمان باشد.»

این یافته ها در شماره ی کنونی ساینس اکسپرس و در شماره ی ۲۰ اوت نشریه ی ساینس منتشر شده.

واژه نامه:

NASA - solar system - star system - Jupiter - planet - decoder ring - sun - 51 Eridani b - Gemini Planet Imager - GPI - Gemini South Telescope - star - adaptive optics - James Graham - Kepler mission - Bruce Macintosh - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology - infrared - exoplanet - 51 Eri b - methane - carbon - carbon monoxide - Mark Marley - Ames Research Center - gas giant - hydrogen - Science Express - Science

منبع: nasa

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان