10 دقیقه
یک کاندیدای جدید برای سیاره فراخورشیدی به‌عنوان یکی از امیدوارکننده‌ترین جهان‌های نزدیک برای مطالعه قابلیت سکونت مطرح شده است. در فاصله‌ای تنها حدود 18 سال نوری، GJ 251c به‌نظر می‌رسد که یک ابرزمین در ناحیه قابل سکونتِ یک کوتوله سرخِ نزدیک باشد — فاصله‌ای که به اندازه کافی نزدیک است تا رصدهای پیگیری بتوانند نشان دهند آیا این سیاره جو دارد یا حتی شرایط لازم برای وجود آب مایع روی سطح آن فراهم است. این کشف میتواند در مطالعات ابرزمین‌ها، سیارات فراخورشیدی و جستجوی نشانه‌های زیستی اهمیت زیادی داشته باشد و فرصت‌های جدیدی برای طیفسنجی و تصویر مستقیم فراهم کند.
یک ابرزمین عملاً در همسایگی ما
گزارش‌ها حاکی است که GJ 251c یک کاندیدای ابرزمین با جرم حداقلی حدود 3.84 برابر جرم زمین است. آنچه این کشف را قابل توجه میکند نه تنها اندازه سیاره است، بلکه موقعیت مداری آن است: این سیاره در آنچه ناحیه قابل سکونت نامیده می‌شود قرار دارد؛ فاصله‌ای از ستاره که در آن دماها در صورتی که سیاره جوی مناسب داشته باشد میتواند اجازه حضور آب مایع روی سطح را بدهد. در ادبیات علمی، ترکیب جرم صخرهای محتمل و قرارگیری در ناحیه قابل سکونت، به‌ویژه برای سیارات نزدیک، نشانه‌ای مهم برای پژوهش‌های زیست‌پذیری و دنبال کردن اثرات اتمسفری است.
«این سیاره فراخورشیدی در ناحیه قابل سکونت یا به اصطلاح 'ناحیه گلدیلاکس' قرار دارد؛ یعنی در فاصله‌ای مناسب از ستاره‌اش که اگر جو مناسب داشته باشد آب مایع ممکن است روی سطح آن وجود داشته باشد،» این خلاصه‌ای است از توضیحات سورات مهادوان، اخترشناس دانشگاه پنسیلوانیا، درباره چرایی جلب توجه به GJ 251c. بیان ایشان نشان میدهد که مهم‌ترین عامل برای علاقه‌مندی جامعه پژوهشی، همزمانی صفات فیزیکی و موقعیت مداری است.
در میان هزاران سیاره فراخورشیدی کشف‌شده تاکنون، ترکیب جرم صخرهای یا نیمه‌صخره‌ای و مدار واقع در ناحیه قابل سکونت چندان شایع نیست. پیدا شدن چنین سیارهای در فاصله‌ای نزدیک از زمین — از منظر کیهانی — یک فرصت مهم است: نزدیکی باعث می‌شود ستاره میزبان روشن‌تر به‌نظر برسد و سیگنالهای دریافتی توسط ابزارهای رصدی قوی‌تر شوند؛ این مسئله برای طیف‌سنجیِ انتقالی، رصدهای سرعت شعاعی و تلاش‌های تصویر مستقیم اهمیت فراوان دارد. ضمن اینکه سیارات نزدیک امکان رصد طولانیمدت و دقیق‌تری را برای بررسی نویز ستاره‌ای، پیوستگی سیگنال و تلاش‌های تأیید فراهم می‌آورند.
چگونه اخترشناسان آن را یافتند و چه اندازه‌گیری‌هایی انجام شد
GJ 251 یک کوتوله سرخ است که حدود یک‌سوم جرم و قطر خورشید را دارد. ستارگان کوچک و خنک مانند این نوع، ناحیه قابل سکونت‌شان را بسیار نزدیک‌تر به ستاره قرار می‌دهند نسبت به خورشید، بنابراین سیاراتی که در آن ناحیه هستند مدارهای کوتاه‌تری تکمیل می‌کنند — و چرخه‌های مداری کوتاه‌تر باعث می‌شود سیگنالهای سرعت شعاعی (radial velocity) سریع‌تر تکرار شده و تشخیص و تأیید آنها آسان‌تر باشد. این ویژگی‌ها سبب می‌شود رصدهای طولانیمدت و با وضوح بالا برای آشکارسازی سیارات کوچک در نزدیکی کوتولههای سرخ مؤثر باشند.
انیمیشنی که نشان میدهد چگونه سرعت شعاعی اندازهگیری می‌شود؛ یکی از روشهایی که یک سیاره میتواند نور ستاره‌اش را تحت تأثیر قرار دهد. (Alysa Obertas/Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0)
تیمی به رهبری کُری بِرِد از دانشگاه کالیفرنیا، ارواین، پس از دهه‌ها رصد مجدد GJ 251 را انجام دادند. این ستاره پیش‌تر میزبانی یک سیاره نزدیک‌تر به نام GJ 251b را نشان داده بود، یک ابرزمین با دوره مداری 14.2 روز. با ترکیب بیش از 20 سال داده آرشیوی سرعت شعاعی و مقادیر جدید با تفکیک بالاتر، پژوهشگران سیگنال دورهای اضافی با دورهٔ 53.6 روز را کشف کردند — که با وجود یک سیاره دوم در ناحیه قابل سکونت ستاره سازگار است. استفاده از آرشیوهای بلندمدت همراه با دادههای نو باعث افزایش قابلیت کشف سیاراتِ کم‌جرم‌تر و کم‌میل‌تر می‌شود.
روش سرعت شعاعی، حرکت‌های کوچک رفت‌وبرگشتی ستاره را که ناشی از کشش گرانشی سیارات مدارگرد است، اندازه می‌گیرد. برای GJ 251c، این تکان نشان‌دهنده جرم حداقلی است اما قادر به ارائه شعاع نیست، چون این سیاره از منظر زمین عبور (ترانزیت) نمی‌کند. فقدان ترانزیت بدین معنی است که ویژگی‌های کلیدی مانند چگالی، شتاب سطحی و ترکیب جو فعلاً نامشخص باقی می‌مانند. برای به‌دست آوردن شعاع نیاز به روشهایی مانند رصدهای عبوری دقیق یا اندازهگیریهای مستقیم نور سیاره با تصویرسازی تکاملی است؛ در غیر این صورت تفسیر جرم تنها بر اساس خروجی سرعت شعاعی محدود خواهد بود.
چرا GJ 251c یک هدف ارزشمند است
چند دلیل وجود دارد که این کاندیدا برای علم سیارات فراخورشیدی جذاب است. اولین نکته نزدیکی آن است: قرار گرفتن در حدود 18 سال نوری آن را در محدوده ابزارهای نسل آینده برای تصویر مستقیم و طیفسنجی دقیق قرار میدهد. دوم، قرار داشتن در ناحیه قابل سکونت احتمال وجود شرایط سطحی معتدل را محتمل میسازد. سوم، نسبتاً ساکت‌تر بودن ستاره میزبان در مقایسه با کوتولههای سرخ فعال‌تر میتواند اثرات مخرب فوران‌های ستاره‌ای و تابش‌های پرانرژی را کاهش دهد و شانس بقای یک اتمسفر را بهتر کند. این ویژگی‌ها باعث می‌شوند GJ 251c نامزد خوبی برای پیگیری‌های بعدی باشد که هدف‌شان بررسی پتانسیل زیست‌پذیری و اندازهگیری شاخص‌های جو است.
پال رُبِرتسون از دانشگاه کالیفرنیا، ارواین به دسترسی‌پذیری این سامانه اشاره کرده و گفته است: «آنچه [GJ 251c] را به‌ویژه ارزشمند میکند این است که ستاره میزبانش نزدیک است، در حدود 18 سال نوری. از منظر کیهانی، عملاً در همسایگی ما قرار دارد.» این نزدیکی اهمیت دارد زیرا جدایی زاویه‌ای بین سیاره و ستاره روی آسمان را افزایش میدهد و نسبت شار سیاره به ستاره را برای تلاش‌های تصویر مستقیم بهتر میکند. هر چه جدایی زاویه‌ای و کنتراست قابل تشخیص‌تر باشد، ابزارهایی مانند کرونوگراف‌ها و اپتیک تطبیقی بهتر می‌توانند نور ضعیف سیاره را از درخشش ستاره جدا کنند.
محدودیت‌ها و نقاط نامعلوم
ملاحظات مهمی همچنان باقی است. سیگنال سرعت شعاعی تنها جرم حداقلی را میدهد — جرم واقعی به تمایل مداری سیاره بستگی دارد که بدون اندازهگیری تمایل (inclination) مشخص نیست. بدون داشتن شعاع اندازه‌گیری‌شده، پژوهشگران نمی‌توانند تأیید کنند که آیا GJ 251c صخرهای مانند زمین است یا بیشتر شبیه مینی-نپتون‌هایی با پوسته‌های فرار و جوهای غلیظ. افزون بر این، کوتولههای سرخ ممکن است فعالیت مغناطیسی متغیری داشته باشند؛ پایش دقیق ستاره‌ای لازم است تا نویز ناشی از فعالیت‌های ستاره‌ای از سیگنالهای سیارهای جدا شود و ارزیابی شود که آیا یک سیاره میتواند اتمسفر خود را در بلندمدت حفظ کند یا نه. فعالیت ستاره‌ای میتواند شناسایی مولکولهای جوی را پیچیده سازد و برای تایید ترکیبات، همزمانی دادههای چند روش (سرعت شعاعی، طیفسنجی و تصویر مستقیم) ضروری است.
گام بعدی: تصویر مستقیم و جستجوی جو
پژوهشگران GJ 251c را به‌عنوان یک نامزد اصلی برای تصویر مستقیم نسل بعد و مطالعه طیفسنجی می‌دانند. هدف تصویر مستقیم جداسازی نور ضعیف سیاره از درخشش خیره‌کننده ستاره است، که از طریق کرونوگراف‌ها، اپتیک تطبیقی یا فناوریِ سایه‌ستاره (starshade) انجام می‌شود. تلسکوپهای عظیم زمینیِ برنامه‌ریزی‌شده — از جمله Extremely Large Telescope (ELT)، Giant Magellan Telescope (GMT) و Thirty Meter Telescope (TMT) — به‌همراه مأموریت‌های فضایی آینده با کرونوگراف‌های پیشرفته، انتظار می‌رود دریچهٔ جدیدی را برای مطالعه سیارات کوچک و نزدیک باز کنند. این ابزارها می‌توانند طیف‌هایی با رزولوشن و کنتراست بالا فراهم کنند که برای شناسایی ترکیبات جوی نظیر آب، دی‌اکسید کربن، متان و اکسیژن حیاتی‌اند.
برد بر نیاز به پیشرفت فناوری و سرمایه‌گذاری جامعه علمی تأکید کرد: «ما در مرز فناوری و روش‌های تحلیل برای این سامانه قرار داریم. گرچه کشف آن از نظر آماری قابل توجه است، هنوز به‌دلیل عدم قطعیت‌های ابزارها و روش‌ها در حال تعیین وضعیت سیاره هستیم. ما به نسل بعدی تلسکوپ‌ها برای تصویر مستقیم این کاندیدا نیاز داریم، اما همچنین نیازمند سرمایه‌گذاری و حمایت جامعه علمی و منابع مشترک هستیم.» این نظر نشان میدهد که تأیید و تصویر مستقیم چنین هدف‌هایی تنها به دادهٔ بیشتر وابسته نیست، بلکه هم‌افزایی بین فناوری، نرم‌افزار، زمان رصد و همکاری‌های بین‌المللی لازم است.
بینشِ کارشناسی
دکتر النا مارکز، اخترشناس سیارات فراخورشیدی در یک رصدخانه تحقیقاتی برجسته (اظهارنظر تهیه‌شده برای این مقاله)، می‌افزاید: «GJ 251c در نقطهٔ ایده‌آلی قرار دارد که ما همیشه آرزو داریم — به‌قدری نزدیک که تلسکوپهای آینده قادر به مطالعه آن باشند، و در ناحیه معتدلِ ستاره. پیش از اینکه بیش از حد در مورد قابلیت سکونت هیجان‌زده شویم، به شناسایی یک اتمسفر و اندازهگیری ترکیبات آن نیاز داریم. اگر طیفسنجی مولکول‌هایی مانند بخار آب، اکسیژن یا گازهای نشانگر حیات را در یک اتمسفر پایدار آشکار کند، این سامانه ممکن است به یکی از بهترین آزمایشگاه‌ها برای مطالعه ابرزمین‌های بالقوه قابل سکونت تبدیل شود.» نکته مهم این است که طیف‌سنجیِ مولکولی و مشاهده پی‌درپی میتواند شواهد قوی‌تری از شرایط سطحی و امتیازات زیست‌پذیری فراهم کند.
چشم‌انداز آینده
GJ 251c یادآور مهمی است که برخی از جالب‌ترین اهداف برای مطالعات سیارات فراخورشیدی ممکن است در همسایگی ستاره‌ای ما قرار داشته باشند. در حالی که تأیید و توصیف دقیق آن نیازمند پیگیری‌های محتاطانه با نسل بعدی رصدخانه‌ها خواهد بود، این کشف نشان میدهد که سرمایه‌گذاری‌های بلندمدت در پایش سرعت شعاعی همراه با مشاهدات هدف‌دار با تفکیک بالا همچنان بازدهی علمی بالایی دارند. برای اخترشناسانی که در حال برنامه‌ریزی مأموریت‌ها و ابزارهای بعدی هستند، یک ابرزمین نزدیک در ناحیه قابل سکونت یک مطالعهٔ موردی قانع‌کننده است — و شاید در آینده‌ای نه‌چندان دور، جهانی باشد که بتوانیم به‌طور مستقیم مطالعه‌اش کنیم به‌جای اینکه تنها از نور ستاره‌اش استنباط کنیم. این مسیر پژوهشی ترکیبی از رصدهای زمینی و فضایی، توسعه فناوری‌های کرونوگرافی و اپتیک تطبیقی، و تحلیل‌های پیشرفتهٔ داده برای تفکیک نویز ستاره‌ای از سیگنالهای حقیقی را می‌طلبد.
منبع: sciencealert
ارسال نظر