9 دقیقه
اخترشناسان سه سیاره به اندازهٔ زمین را کشف کرده‌اند که به‌صورت فشرده به دور یک سیستم ستارهای دوتایی نزدیک می‌گردند و تفکرات رایج دربارهٔ محل شکلگیری و بقأ سیارات سنگی را دگرگون می‌کنند. این سیستم که تقریباً در فاصلهٔ 190 سال نوری قرار دارد و با نام TOI-2267 شناخته میشود، چیدمانی بی‌سابقه دارد: دو سیاره از مقابل یک ستاره عبور (ترانزیت) می‌کنند و سیارهٔ سوم از مقابل ستارهٔ همراه آن ترانزیت می‌نماید.
یک سیستم دوتایی که قوانین را به چالش می‌کشد
ستاره‌های دوتایی—دو ستاره که از نظر گرانشی درهم‌تنیده و به دور یکدیگر می‌گردند—محیطهای گرانشی پیچیده‌ای ایجاد می‌کنند که مدت‌ها اخترشناسان را از انتظار وجود سیستم‌های سیاره‌ای فشرده و پایدار منصرف می‌ساخت. با این حال، یافتهٔ جدید که در نشریهٔ Astronomy & Astrophysics گزارش شده است، نشان میدهد سه سیارهٔ کوچک و سنگی در مدارهای کوتاه و فشرده هر یک از مولفه‌های TOI-2267 می‌گردند. این نتیجه انتظارات مرسوم در متون درسی را به چالش کشیده و نیاز به بازنگری در نظریهٔ شکلگیری سیارات در سامانه‌های چندستارهای را ضروری میکند.
«تحلیل ما یک آرایش سیاره‌ای بی‌نظیر را نشان میدهد: دو سیاره از مقابل یک ستاره ترانزیت می‌کنند و سومی از مقابل ستارهٔ همراه آن»، می‌گوید سباستین زونیاگا-فرناندز از گروه ExoTIC در دانشگاه لیژ، نویسندهٔ اصلی مطالعه. «این موضوع TOI-2267 را به نخستین سیستم دوتایی تبدیل میکند که در آن سیارات ترانزیت‌کننده حول هر دو ستاره مشاهده شدهاند.»
چگونه سیارات کشف و تأیید شدند
نشانه‌های اولیه از ماهوارهٔ TESS ناسا (Transiting Exoplanet Survey Satellite) برآمد که قادر است کاهش‌های بسیار جزئی در نور ستارگان را هنگام گذر سیارات از جلوی آنها آشکار کند. اما داستان TOI-2267 با یک جستجوی اختصاصی توسط تیم‌هایی در دانشگاه لیژ و مؤسسهٔ اخترفیزیک اندلس (IAA-CSIC) آغاز شد؛ آنها از خط لولهٔ آشکارسازی داخلی خود با نام SHERLOCK روی داده‌های TESS استفاده کردند. دو سیاره را زود شناسایی کردند و منابع زمینی را برای پیگیری فعال نمودند.
تلسکوپ‌های زمینی نقشی تعیین‌کننده ایفا کردند. رصدخانههای روباتیک مانند SPECULOOS و TRAPPIST—که تحت رهبری دانشگاه لیژ توسعه و بهره‌برداری می‌شوند—نقش محوری داشتند و اندازهگیریهای فوتومتری دقیق و حساس به زمان را روی ستارگان کم‌نور و خنک این سامانه انجام دادند. یک کمپین فشردهٔ چندرصدخانهای سپس طبیعت سیاره‌ای سیگنال‌های ترانزیت را تأیید و به محدودسازی اندازه‌ها و دوره‌های مداری آنها کمک کرد.
در تأیید نهایی، ترکیب داده‌های فوتومتری فضایی و زمینی همراه با بررسی‌های تصویربرداری تفکیکی و تحلیل احتمال‌های اشتباه‌آمیز (false positive) اهمیت داشت. برای نمونه، تصویربرداری تفکیکی/آداپتیو اپتیکال می‌تواند نشان دهد آیا منبع نوری که ترانزیت را تولید میکند واقعاً همان ستارهٔ هدف است یا یک جسم پس‌زمینهٔ وابسته. همچنین بررسی‌های طیفسنجی و سرعت خطی شعاعی (radial velocity) برای تعیین جرمها و رد سناریوهای دیگر برنامه‌ریزی شدهاند و تا رسیدن به نتایج دقیق‌تر ادامه خواهند یافت.
اهمیت این سیستم برای نظریهٔ شکلگیری سیارات
یافتن سه سیارهٔ زمینوار در یک سیستم دوتایی فشرده، یک آزمایشگاه طبیعی نادر فراهم میآورد. تصور میشود سیارات سنگی در دیسکهای پیشسیارهای از گاز و غبار شکل می‌گیرند، جایی که اندرکنش‌های گرانشی، مهاجرت و رزونانس‌ها مدارهای نهایی را شکل می‌دهند. در سیستم‌های دوتایی، این فرآیندها پیچیده‌تر می‌شوند: کشش گرانشی ستارهٔ همراه می‌تواند دیسک را کوتاه کند و مدارهای سیاره‌زا (planetesimal) را برانگیزد، که تجمع و بقا را دشوارتر می‌سازد.
«این سیستم یک آزمایشگاه واقعی برای فهمیدن چگونگی ظهور و بقأ سیارات سنگی در شرایط دینامیکی شدید است»، می‌گوید فرانسیسکو جِی. پوزئولوس، هم‌رهبر مطالعه و پژوهشگر در IAA-CSIC. وجود ترانزیت‌ها حول هر دو ستاره نشان میدهد طبیعت می‌تواند معماری‌های سیاره‌ای فشرده را حتی زمانی که مدلهای نظری عدم‌پایداری پیش‌بینی می‌کنند، سامان دهد.
از منظر مدل‌سازی، TOI-2267 ابزار مهمی برای ارزیابی چندین مکانیزم است: نقش مهاجرت دیسکی، تأثیر گریزها و برخوردهای اولیهٔ بزرگ، و اثرات تحریکات مداری بلندمدت از طرف ستارهٔ همدم. مدلهای عددی که از شبیهسازیهای N-بدنه و هیدرودینامیک دیسک استفاده می‌کنند میتوانند سناریوهایی را بازآفرینی کنند که در آنها سیارات زمینوار در مدارهای نزدیک شکل گرفته یا به آنها رانده شدهاند و سپس برای مدت‌های قابل‌توجهی پایدار باقی مانده‌اند.
سوالاتی که اکنون مطرح شدهاند
این کشف پرسشهای فوری جدیدی ایجاد میکند: جرمها و چگالی‌های واقعی این سیارات چقدر است؟ آیا هیچ‌یک از آنها هنوز جو نگه داشته‌اند؟ آیا نیروهای کشندی (tidal) یا مهاجرت‌های گذشته موقعیت کنونی آنها را توضیح میدهد؟ رصدهای آینده با ابزارهای قدرتمندی مانند تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) و تلسکوپ‌های زمینی نسل بعدی به دنبال اندازهگیریهای دقیق جرم و، در صورت امکان، نشانه‌های جوی خواهند بود. داده‌های طیفسنجی و سرعت شعاعی برای تعیین ترکیب و پایداری بلندمدت حیاتی خواهند بود.
اندازهگیری جرم با سرعت شعاعی (RV) می‌تواند چگالی را مشخص کند و تمایز میان سیارات صخره‌ایِ کم‌جرم، اَبَرزمین‌های حاوی آب، یا سیارات با پوستهٔ گازی سبک را ممکن سازد. اگر سیارات چگالی بالایی نشان دهند، احتمالاً سنگی و خشک خواهند بود؛ چگالی‌های پایین می‌تواند نشان‌دهندهٔ حضور آب یا جوهای غلیظ تر باشد. همچنین مطالعهٔ تأثیرات کشندی می‌تواند نرخ دگرشکلی داخلی (tidal heating) را مشخص کند که در برخی موارد می‌تواند شرایط زیست‌پذیری یا آتشفشانی داخلی را تحت تأثیر قرار دهد.
نقش همکاری‌های بین‌المللی و شبکه‌های رصدی
TOI-2267 هم‌افزایی نظرسنجی‌های فضایی و شبکه‌های متمرکز زمینی را برجسته میکند. TESS پوشش گسترده و زمان‌بُردار لازم را برای علامت‌گذاری نامزدها فراهم میآورد؛ نرم‌افزارهای تخصصی مانند SHERLOCK جستجوها را پالایش می‌کنند؛ و تلسکوپ‌های روباتیک به‌ویژه برای ستارگان کوچک و خنک، یافته‌ها را تأیید و مشخصهٔابی می‌کنند. ترکیب این ابزارها می‌تواند شمار سیارات کوچک فراخورشیدی را حتی در محیط‌هایی که پیش‌تر دشمن‌پنداشته می‌شدند، گسترش دهد.
پروژه‌های رصدی چندرصدخانهای که شامل تلسکوپ‌های 1 تا 10 متری و همچنین طیفسنجی با دقت بالا می‌شوند، برای تأیید نهایی و تعیین پارامترهای فیزیکی ضروریاند. به علاوه، داده‌های باز از ماموریت‌های فضایی و پایگاه‌های دادهٔ عمومی امکان بازتجزیه و تحلیل مستقل توسط گروه‌های مختلف را میدهد که برای اعتبارسنجی علمی و تقویت اعتماد جامعهٔ اخترشناسی اهمیت دارد.
بینش‌های تخصصی و پیامدهای گسترده‌تر
«کشف‌هایی مثل TOI-2267 به ما یادآوری می‌کنند که سامانه‌های سیاره‌ای متنوع‌تر از آن هستند که مدلهای ابتدایی ما پیش‌بینی می‌کردند»، می‌گوید دکتر مایا هررا، یک دانشمند نمونه و نماینده در زمینهٔ سیارات فراخورشیدی. «سیستم‌های دوتایی پیچیدگی‌های دینامیکی معرفی می‌کنند، اما این پیچیدگی مانع شکلگیری دنیاهای اندازهٔ زمین نمی‌شود. با JWST و تلسکوپ‌های زمینی عظیم، اکنون توانایی بررسی جو و ترکیب آنها را داریم—و این به ما خواهد گفت که آیا این سیارات سنگ‌های خشک هستند، اَبَرزمین‌های غنی از آب یا چیز دیگری.»
TOI-2267 به‌عنوان یک سامانهٔ معیار عمل خواهد کرد زمانی که اخترشناسان مدلهای شکلگیری و پایداری سیارات را پالایش می‌کنند. پیکربندی نادر آن—وجود سیاراتی که از مقابل هر دو ستاره ترانزیت می‌کنند—آزمونی مستقیم برای نظریه‌ها و هدفی جذاب برای رصدهای آینده با دقت بالا است. مقایسهٔ این سیستم با دیگر سامانه‌های شناخته‌شده مانند سیاره‌های اطراف ستاره‌های تک یا سیستم‌های دوتایی با فاصلهٔ بیشتر می‌تواند نقش پارامترهای محیطی مثل فاصلهٔ بین ستارگان، جرم و دما را در شکل‌دهی معماری سیاره‌ای روشن کند.
جزئیات فنی و راه‌های تحقیق آینده
برای تکمیل تصویر فیزیکی این سیارات، مراحل بعدی شامل ترکیب چندین نوع داده خواهد بود: منحنی‌های نوری دقیق برای تعیین شعاع‌ها و زمان‌های گذر، مشاهدات RV برای تعیین جرمها، طیف‌های عبوری (transmission spectra) در صورت امکان برای آشکارسازی مولکول‌های جوی، و مدل‌سازی‌های دینامیکی برای پیش‌بینی پایداری در مقیاس‌های زمانی میلیون‌ها تا میلیاردها سال. علاوه بر این، تحلیل‌هایی مانند بررسی پایداری طولیِ رزونانس، نرخ تغییرات دوره‌های مداری (TTV) و احتمالات برخوردهای گذشته می‌تواند تاریخ تکاملی سامانه را بازسازی نماید.
این نوع مطالعات نیازمند همکاری میان رشته‌ای بین اخترفیزیکِ نظری، مشاهداتی و مهندسی داده است. استفاده از تکنیک‌های پیشرفتهٔ کاهش نویز، جداسازی سیگنال ترانزیت از فعالیت ستارهای و روش‌های یادگیری ماشینی برای پالایش کاندیداها، می‌تواند حساسیت به سیارات کوچک‌تر و سیگنال‌های ضعیف‌تر را افزایش دهد. در نهایت، درک بهتر فراوانی و تنوع سیارات زمینوار در محیطهای چندستارهای به سوالات بنیادی دربارهٔ احتمال وجود سیارات قابل سکونت در کهکشان پاسخ خواهد داد.
در مجموع، TOI-2267 تصویری تازه و تحریک‌آمیز از چگونگی آرایش و بقأ سیارات در محیطهای پیچیدهٔ گرانشی ارائه میدهد و راه را برای مطالعات آینده دربارهٔ سیارات فراخورشیدی کوچک، پویایی سامانه‌های چندستارهای و جستجوی جوهای احتمالی قابل سکونت هموار میکند. با پیشرفت رصدها و تحلیل‌ها، انتظار می‌رود این سیستم معیار جدیدی برای آزمایش نظریه‌ها و هدایت پژوهش‌های آینده در زمینهٔ سیارات زمینوار و اخترزیست‌شناسی فراهم آورد.
منبع: scitechdaily
نظرات
نوآ_کس
خب جذابه، ولی تیترها یه خورده اغراق داره. منتظر تأییدهای دقیق تر با RV و احتمالا JWST می‌مونم.
نیک_
همکاری TESS و شبکه‌های زمینی جالب بود، اما سوالای بزرگی باقیه، مخصوصا در مورد جرم و چگالی؛ نمیشه عجله کرد.
آرمین
من تو مدل‌سازی کار کردم، چنین پیکربندی‌ای خیلی نادره. اگه داده‌ها واقعی باشن باید خیلی از مفروضات شکلگیری سیاره بازنگری بشه، جدی
ستارنیکس
واقعا هر سه ترانزیت حول دو ستاره؟ یه جاهایی شبیه تداخل نوریه یا false positive.. کسی از روش تصویربرداری تفکیکی سر در میاره؟
دیتاپالس
وااااای، سه سیاره اندازهٔ زمین توی یه سامانه دوستاره‌ای؟! ذهنم درگیره، باید کلی نظریه بازنویسی بشه... خیلی هیجان‌انگیز و در عین حال ترسناک
ارسال نظر