راز کم آبی در برخی از غول های گازی فراخورشیدی

اخترشناسان به کمک تلسکوپ فضایی اِسا/ناسای هابل و تلسکوپ فضایی اسپیتزر ناسا جَو ۱۰ سیاره ی فراخورشیدی داغ و تقریبا هم- اندازه ی مشتری را به دقت بررسی کرده اند. این بیشترین شمار از چنین سیاره هایی بود که تاکنون بررسی شده است. دانشمندان در پی این پژوهش توانستند پاسخ یک راز دیرپا را بیابند: چرا برخی از این سیاره ها به نظر می رسد دارای "آب" کمتر از پیش بینی ها هستند؟ این یافته ها بینش تازه ای به گستردگی گونه های جو سیاره ای در کهکشان راه شیری و چگونگی پیدایش سیاره ها به ما می دهد.

برداشت هنری (نقاشی) از ده مشتری داغی که در این پژوهش بررسی شدند. دانشمندان از رنگ واقعی هیچ کدام از این سیاره ها آگاه نیستند به جز HD 189733b که رنگی آبی دارد و به نام "سیاره ی آبی" آوازه یافته [اینجا درباره اش خواندید]. شماری از داغ ترین آن ها با نوری که از سمت شبشان باید بتابد نشان داده شده اند. این نوریست که در طیف فروسرخ از درونشان می تابد و آن ها را مانند فانوسی روشن کرده است. اینجا را ببینید: * فانوسی به نام کیوان - این تصویر در دو اندازه ی: بزرگ- بسیار بزرگ تر (۵.۸ مگ)

تا امروز اخترشناسان نزدیک به ۲۰۰۰ سیاره پیرامون ستارگان دور و نزدیک یافته اند. برخی از آن ها از گونه ای هستند که به نام "مشتری داغ" شناخته شده اند- سیاره هایی داغ و گازی با ویژگی هایی همانند سیاره ی مشتری. این گونه سیاره ها در مدارهایی تنگ و بسیار نزدیک به ستارگانشان به گرد آن ها می چرخند و از همین رو دمای سطحی بالایی دارند و همچنین به دلیل فرورفتن در نور خیره کننده ی آن، بررسی‌‌شان کار دشواریست.

به دلیل همین دشواری، هابل در گذشته تنها شمار اندکی از مشتری های داغ را، آن هم در بخش محدودی از طیف بررسی کرده بود. این بررسی ها نشان می داد که شماری از این سیاره ها کمتر از چیزی که مدل های جَوی پیش بینی می کنند "آب" دارند.

اکنون یک گروه بین المللی از اخترشناسان با انجام گسترده ترین بررسی بر روی مشتری های داغ، به سراغ این مشکل رفته و ده مشتری داغ را با هدف شناخت جوِشان مورد بررسی و همسنجی قرار داده اند. پیش از این تنها جو سه تا از آن ها به طور دقیق بررسی شده بود، از همین رو در پژوهش تازه، بزرگ ترین کاتالوگ طیفی از جو فراسیاره ها به دست آمد.

این دانشمندان با کمک تلسکوپ های هابل و اسپیتزر رصدهای چندگانه ای را انجام دادند. توانایی هر دو تلسکوپ به آنان اجازه داد تا این سیاره ها که جرم، اندازه، و دماهای گوناگونی داشتند را در گستره ی بی سابقه ای از طول موج ها بررسی کنند.

دیوید سینگ از دانشگاه اکستر بریتانیا و نویسنده ی اصلی این پژوهش می گوید: «من واقعا هیجان زده ام از این که سرانجام توانستیم این گروه گسترده ی سیاره ها را با هم و یکجا "ببینیم". ما دریافتیم که جَو سیاره ها بسیار گونه گون تر (متنوع تر) از آنست که انتظار داشتیم.»

مدار همه ی این سیاره ها به گونه ایست که باعث می شود از چشم انداز زمین، در بخشی از مسیر مداریشان از میان زمین و ستاره ی میزبانشان بگذرند. این باعث می شود نور ستاره از درون لایه ی بیرونی جو سیاره بگذرد و به چشم ما برسد. هانا ویکفورد، یکی از نویسندگان پژوهش از مرکز پروازهای فضایی گودارد ناسا می گوید: «جو سیاره اثر انگشت ویژه ی خود را بر نور ستاره می گذارد و با رسیدن این نور به ما، می توانیم این اثر انگشت را بررسی کنیم.» این اثر انگشت ها به گروه دانشمندان امکان داد تا شناسه های عنصرها و مولکول های گوناگون -از جمله آب- را از طیف این نور بیرون بکشند.

دانشمندان با پیوند داده های دو تلسکوپ توانستند طیف گسترده ای از طول موج ها از فروسرخ تا نور دیدنی (مریی) را به دست آورند. شعاع هر سیاره در طول موج های فروسرخ و نیز در طول موج های دیدنی اندازه گرفته می شد. تفاوت این دو اندازه ابری بودن یا بی ابر بودن جو سیاره را نشان می داد. یک سیاره ی ابرآلود در طیف نور دیدنی بزرگ تر دیده می شود تا در طیف فروسرخ، زیرا ابرها برای نور فروسرخ گذرا (شفاف) هستند. همین مقایسه به دانشمندان اجازه داد تا پیوند دوسویه ای میان جَوهای ابری یا بی ابر و شناسه های آب بیابند.

مدل های دانشمندان نشان داد که فراسیاره های به ظاهر بی-ابر دارای نشانه های نیرومند آب بودند، ولی آن هایی که نشانه های آبشان ضعیف بود هم ابر داشتند و هم ریزگرد!- دوچیزی که می دانیم جلوی دیده شدن آب را می گیرند. پس پاسخ یافته شد. به گفته ی جاناتان فورتنی، یکی دیگر از نویسندگان از دانشگاه کالیفرنیا در سانتاکروز، درست همین ابرها بودند که آب را از چشم ما پنهان می کردند، و بنابراین مشتری داغ خشک و بی آبی در کار نبود.

وی می گوید: «یک نظریه ی دیگر هم داشتیم که می گفت این سیاره ها از آغاز در محیطی بی آب ساخته شده اند- ولی در این صورت باید به کلی در نظریه های کنونی درباره ی چگونگی پیدایش سیاره ها بازنگری کنیم. یافته های ما نظریه ی خشک بودن از آغاز را رد می کند و به خوبی نشان می دهد که همین ابرها دارند جلوی دیده شدن آب ها از چشم تلسکوپ های ما را می گیرند.»

پژوهش جو سیاره های فراخورشیدی در گام های آغازین خود است و تنها شمار کمی از آن ها بررسی شده. جانشین هابل، تلسکوپ فضایی جیمز وب، پنجره ی فروسرخ تازه ای در بررسی فراسیاره ها و جو آن ها به روی ما خواهد گشود.

این یافته ها در شماره ی ۱۴ دسامبر نشریه ی نیچر منتشر شده است.

واژه نامه:

NASA - ESA - Hubble Space Telescope - Spitzer Space Telescope - Jupiter - exoplanet - planet - Nature - star - hot Jupiter - wavelength - spectroscopic catalogue - David Sing - Earth - fingerprint - Hannah Wakeford - Goddard Space Flight Center - element - molecule - water - Jonathan Fortney - James Webb Space Telescope

منبع: nasa

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان