دنیای بی‌نظیر تایلوس: بررسی سیاره فراخورشیدی افراطی WASP-121b

مقدمه: معرفی تایلوس؛ سیاره‌ای بی‌نظیر در میان ستارگان

در میان هزاران سیاره فراخورشیدی که به دور ستارگان دوردست می‌چرخند، تعداد کمی مانند WASP-121b یا همان تایلوس، دانشمندان نجوم را مجذوب خود می‌کنند. تایلوس، با فاصله‌ای حدود ۸۸۰ سال نوری از زمین، یک غول گازی بسیار افراطی است که در جو آن ابرهایی از فلزات بخار شده وجود دارد. این محیط بسیار نامتعارف و خصمانه نه تنها شناخت ما از شکل‌گیری و تحول سیارات در کهکشان راه‌شیری را به چالش کشیده، بلکه افق‌های جدیدی را در علم سیارات فراخورشیدی باز کرده است.

نحوه شکل‌گیری سیاره: از غبار کیهانی تا دیسک پیش‌سیاره‌ای

ساخت دنیای جدید از بقایای کیهان

سیستم‌های سیاره‌ای از بقایای ابرهای مولکولی فروپاشیده ایجاد می‌شوند؛ ابرهایی که پس از تولد ستاره‌ها، دیسک‌هایی چرخان از غبار، سنگ و گاز موسوم به دیسک پیش‌سیاره‌ای را به وجود می‌آورند. با شعله‌ور شدن ستاره مرکزی و افزایش جرم آن، مواد باقی‌مانده به صورت ذرات و دانه‌های یخی به هم پیوسته و به تدریج جرم بیشتری پیدا می‌کنند تا سیارات جوان شکل بگیرند. درباره تایلوس، پژوهش‌های تازه نشان داده‌اند که این سیاره نیز از همین بقایای کیهانی و سنگ‌های کوچک که در سال‌های اولیه تولد ستاره مادرش ایجاد شده‌اند، شکل گرفته است.

بررسی منشأ تایلوس با شیمی جو

تحقیقات پیشرفته زمانی حاصل شد که اخترشناسان با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST)، ترکیباتی چون مونوکسید سیلیکون (نشانه‌ای از صخره‌های بخار شده)، بخار آب، مونوکسید کربن و متان را در جو تایلوس شناسایی کردند. دکتر توماس ایوانز-سوما، پژوهشگر ارشد دانشگاه نیوکاسل استرالیا می‌گوید: «تعادل عناصری مانند کربن، اکسیژن و سیلیکون به ما کمک می‌کند تا بفهمیم WASP-121b چگونه شکل گرفته و در مراحل اولیه، چه موادی را جذب کرده است.»

ویژگی‌های مداری و فیزیکی ویژه تایلوس

WASP-121b در رده «مشتری‌های داغ» طبقه‌بندی می‌شود؛ سیارات غول‌پیکر گازی که مدار بسیار نزدیکی به ستاره میزبان دارند. تایلوس با اندازه‌ای برابر ۱.۷۵ برابر شعاع مشتری اما تنها ۱.۱۶ برابر جرم آن، سیاره‌ای حجیم و کم‌چگال به‌شمار می‌آید. ستاره میزبان آن، دیلمون، جرمی زرد-سفید و حدود ۱.۵ برابر خورشید است. تایلوس تنها در مدت ۳۰ ساعت یک دور کامل به دور دیلمون می‌چرخد و به دلیل همین نزدیکی، گرمای شدید باعث منبسط شدن و حتی تبخیر بخشی از جو آن شده است. این سیاره در مسیر مداری خود، مرتباً بین دیلمون و زمین قرار می‌گیرد و همین موقعیت، شرایط عالی برای بررسی عبور نور ستاره از میان جو ناآرام و غنی از فلزات آن را فراهم می‌کند.

دستاوردهای کلیدی: نقش مونوکسید سیلیکون و متان

اثبات حضور صخره‌های بخار شده توسط مونوکسید سیلیکون

شناسایی مونوکسید سیلیکون در جو سیارات فراخورشیدی موفقیتی کم‌نظیر است؛ زیرا یافتن آن نشان‌دهنده وجود سنگ‌های بخار شده بوده و فرضیه شکل‌گیری تایلوس در محلی دورتر از ستاره میزبان را تقویت می‌کند، جایی که این مواد دوام می‌آورند. تنها ابزارهای پیشرفته‌ای مانند JWST قادرند چنین سیگنال‌های ضعیفی را شناسایی کنند و مسیر تحول سیاره را بازسازی نمایند.

خط برف و مهاجرت سیارات غول‌آسا

بررسی نسبت‌های عناصر در جو تایلوس نشان داد که این سیاره احتمالاً فراتر از «خط برف» شکل گرفته است؛ حد فاصلی در دیسک پیش‌سیاره‌ای که آب و متان آنجا یخ می‌بندند، مشابه منطقه‌ای میان مشتری و اورانوس در منظومه شمسی ما. با توجه به درخشندگی بیشتر دیلمون نسبت به خورشید، تایلوس باید دورتر از این حد تشکیل شده و سپس به سمت مدار فعلی و بسیار گرمش حرکت کرده باشد. این مهاجرت مداری، مدل‌های اصلی شکل‌گیری مشتری‌های داغ را در پژوهش‌های سیارات فراخورشیدی تأیید می‌کند.

پراکنش غیرمنتظره متان: آمیختگی عمودی در دنیایی در حال ذوب شدن

دستاورد جالب دیگر، کشف مقدار زیاد متان در سمت شب تایلوس—نیم‌کره‌ای که همیشه از دیلمون دور است—بود. معمولاً متان در دماهای بالا تجزیه می‌شود، اما فراوانی آن در جو بالایی این سیاره غیرمنتظره است. پژوهشگران این پدیده را ناشی از آمیختگی عمودی نیرومند می‌دانند؛ یعنی جریان‌های شدید گرمایی که متان را از اعماق سیاره به لایه‌های بالایی و قابل رصد جابجا می‌کند. به گفته ایوانز-سوما: «این یافته، مدل‌های فعلی دینامیک جو سیارات فراخورشیدی را به چالش می‌کشد و نشان می‌دهد باید درباره نحوه عملکرد آمیختگی‌های عمودی در مشتری‌های داغ بازنگری اساسی شود.»

پیامدهای وسیع‌تر و آینده کاوش‌های فراخورشیدی

گسترش مرزهای علم سیارات فراخورشیدی

WASP-121b به واسطه جزئیاتی که از جو خود و مسیر مهاجرتش به جا گذاشته، در میان حدود ۶۰۰۰ سیاره فراخورشیدی تأییدشده جایگاه منحصربه‌فردی دارد. شیمی غیرمعمول و پویایی محیط این سیاره نه تنها به فهم بهتر شکل‌گیری سیارات غول‌پیکر نزدیک ستاره‌های پرنور کمک می‌کند، بلکه پژوهشگران را به بازنگری در مدل‌های نظری مهاجرت و تحول سیارات فراخورشیدی وامی‌دارد.

رصدخانه‌های پیشرفته‌ای مانند جیمز وب، علم سیارات فراخورشیدی را بازتعریف می‌کنند و امکان شناخت جو، آب‌وهوا و حتی قابلیت زیست در دورافتاده‌ترین نقاط کهکشان را فراهم می‌آورند.

جمع‌بندی

سرگذشت WASP-121b یا تایلوس، شگفتی تنوع جهانی‌هایی را که از غبار و گاز کیهانی ساخته می‌شوند، برجسته می‌کند. پیدایش از ذرات ریز و نابودی تدریجی بر اثر گرمای ستاره میزبان، بخشی از فرایندهای بنیادی شکل‌گیری سیارات فراخورشیدی افراطی را به نمایش می‌گذارد. با رمزگشایی از جو و مسیر مهاجرت این سیاره، تایلوس همچنان چراغ راه کشف نظام‌های سیاره‌ای در سراسر راه‌شیری باقی‌مانده و نسل آینده تحقیق در نجوم را پرورش می‌دهد.