کشف جو هلیومی در سیاره سنگی قابل سکونت ال اچ اس ۱۱۴۰ بی

جهانی کوچک را در فاصله ۵۰ سال نوری تصور کنید که هنوز زمزمه‌ای از زمان تولد خود را حفظ کرده است: پوششی نازک و سرشار از هلیوم که به سیاره‌ای سنگی چسبیده و در ناحیه‌ای قرار دارد که آب مایع می‌تواند در آن وجود داشته باشد. شاید شبیه داستان‌های علمی‌تخیلی به نظر برسد، اما این دقیقا همان چیزی است که گروهی از اخترشناسان پس از مشاهده عبور ال‌اچ‌اس ۱۱۴۰ بی از برابر ستاره‌اش گزارش کرده‌اند.

ال‌اچ‌اس ۱۱۴۰ بی یک غول گازی نیست. این سیاره یک ابرزمین چگال است؛ جرمی حدود ۵.۲ برابر زمین و شعاعی نزدیک به ۱.۷ برابر شعاع زمین دارد و به دور یک کوتوله سرخ سرد می‌گردد. همین ترکیب، آن را درست در ناحیه قابل سکونت ستاره‌اش قرار می‌دهد؛ جایی که دما شاید امکان وجود اقیانوس‌ها را فراهم کند. تا امروز، جو سیارات فراخورشیدی به‌طور قانع‌کننده فقط در جهان‌های پف‌کرده و سوزان دیده شده بود؛ شناسایی جو در اطراف یک دنیای سنگی و معتدل، نخستین نمونه از نوع خود است.

تصویری هنری از سیاره‌ای بادخیز شبیه مشتری داغ و میدان مغناطیسی آن.

آن‌ها چگونه این کار را انجام دادند؟ با ثبت گذر سیاره و خواندن اثر انگشت نور ستاره که از میان هرگونه گاز پیرامونی عبور کرده بود. این گروه با استفاده از طیف‌نگار واینرد در رصدخانه لاس کامپاناس شیلی، خطوط هلیوم را در شبی کمیاب در سپتامبر ۲۰۲۴ هدف گرفت؛ زمانی که ال‌اچ‌اس ۱۱۴۰ بی و سیاره هم‌خانواده‌اش هر دو از مقابل ستاره خود گذشتند. نوری که از آن پرده کم‌رمق عبور کرد، داستان را آشکار کرد: جذب هلیوم برای ال‌اچ‌اس ۱۱۴۰ بی وجود داشت، اما در همسایه‌اش دیده نشد.

این جذب ثابت و بی‌تغییر نیست. مشاهدات نشان می‌دهد جریانی از هلیوم با نرخ‌هایی در حد صدها هزار کیلوگرم در ثانیه از سیاره می‌گریزد و بر اثر تابش ستاره‌ای تا دماهایی بیش از ۴۷۰۰ درجه سانتی‌گراد گرم می‌شود. احتمالا نیروی این جریان از برهم‌کنش با ستاره ناشی می‌شود؛ از بادهای ستاره‌ای گرفته تا میدان‌های مغناطیسی. همچنین به نظر می‌رسد این پدیده در گذر زمان تغییر می‌کند، زیرا مشاهدات پیگیری در سال ۲۰۲۵ همان سیگنال را آشکار نکرد.

نمایی کلی از روش گذر که معمولا برای کشف سیارات فراخورشیدی به کار می‌رود.

اصلا چرا هلیوم در آنجا وجود دارد؟ این کشف از مدلی پشتیبانی می‌کند که کالین کروبی، نویسنده اصلی پژوهش، با راهنمایی رابین وردزورث توسعه داده است. این مدل نشان می‌دهد چگونه برخی سیارات کوچک می‌توانند هیدروژن سبک خود را از دست بدهند اما هلیوم سنگین‌تر را حفظ کنند؛ فرایندی که جدایش جرمی نام دارد. نتیجه، جوی با غلبه هلیوم است؛ دسته‌ای از جهان‌ها که کروبی آن‌ها را «جهان‌های هلیومی» می‌نامد. بر اساس محاسبات این گروه، ال‌اچ‌اس ۱۱۴۰ بی در نقطه‌ای مناسب قرار گرفته است؛ آن‌قدر از ستاره‌اش دور است که جو آن کاملا زدوده نشود و در عین حال آن‌قدر نزدیک است که بخشی از هلیوم نخستین در آن باقی بماند.

در این داستان، نکات شگفت‌انگیزی درباره دوام و پایداری نیز وجود دارد. با وجود شهرت کوتوله‌های سرخ به فوران‌های پرانرژی و بمباران شدید فرابنفش در دوران اولیه زندگی‌شان، به نظر می‌رسد ال‌اچ‌اس ۱۱۴۰ بی بخشی از جو نخستین خود را برای بیش از سه میلیارد سال حفظ کرده است. این سیاره تنها حدود ۴۲ درصد از انرژی ستاره‌ای را دریافت می‌کند که زمین از خورشید می‌گیرد؛ عاملی که احتمالا به حفظ آن پوشش نازک کمک کرده است.

پیامدهای این کشف دو جنبه دارد. نخست، این نخستین شناسایی معتبر جو در اطراف یک سیاره سنگی واقع در ناحیه قابل سکونت ستاره‌ای دیگر است؛ نقطه عطفی که مطالعات سیارات فراخورشیدی را از صرفا فهرست‌برداری به سوی شناخت واقعی جو جهان‌های سنگی معتدل سوق می‌دهد. دوم، این یافته نشان می‌دهد ابزارهای زمینی همچنان شرکای ضروری تلسکوپ‌های فضایی مانند جیمز وب هستند. با روش دقیق و شب‌های پایدار، رصدخانه‌های زمینی می‌توانند ردهای طیفی گازهای بیگانه را آشکار کنند.

یک سیاره فراخورشیدی نامرتبط با دو دنباله هلیومی که با تلسکوپ فضایی جیمز وب کشف شده است. 

گام بعدی چیست؟ طیف‌های بیشتر، طول موج‌های متفاوت‌تر و نگاه‌های عمیق و صبورانه برای اینکه مشخص شود آیا ال‌اچ‌اس ۱۱۴۰ بی بخار آب، مولکول‌های سنگین‌تر یا شرایط سطحی سازگار با اقیانوس‌ها دارد یا نه. اگر هلیوم یادگاری از زمان شکل‌گیری باشد، ممکن است نشانه‌های دیگر را نیز پنهان کند یا شبیه‌سازی کند؛ جدا کردن این سیگنال‌ها به پیگیری‌های زمینی و فضایی نیاز خواهد داشت.

این مقاله که در نشریه ساینس منتشر شده، مانند فصل آغازین عصری تازه خوانده می‌شود؛ عصری که در آن نه فقط غول‌های گازی، بلکه جهان‌های کوچک‌تر و بالقوه قابل سکونت نیز موضوع کالبدشکافی جوی قرار می‌گیرند. این کشف پرسشی تازه و فوری مطرح می‌کند: چه تعداد سیاره سنگی آرام دیگر، جوهای کم‌نور و پنهانی دارند که اگر بدانیم کجا و چگونه نگاه کنیم، می‌توانیم آن‌ها را شناسایی کنیم؟