9 دقیقه
کمتر از 20 سال نوری از زمین، اخترشناسان هدف جدیدی را علامت‌گذاری کرده‌اند که میتواند نحوهٔ جستوجوی زندگی فراخورشیدی را تغییر دهد. این سیاره که GJ 251 c نامیده شده، یک «سوپرتِرِث» است—تقریباً چهار برابر جرم زمین—و در ناحیهٔ قابل سکونت ستارهٔ خود قرار دارد؛ منطقه‌ای که در صورت وجود جو مناسب ممکن است آب مایع در آن پایدار باشد. این کشف با ترکیب دهه‌ها دادهٔ سرعت‌شناسی شعاعی و طیف‌سنجی فروسرخ پیشرفته به‌دست آمده و این دنیای نزدیک را دقیقاً در فهرست اهداف تلسکوپهای نسل آینده قرار می‌دهد.
چرا GJ 251 c اهمیت دارد: همسایه‌ای امیدوارکننده در جستوجوی حیات
پیدا کردن یک سیارهٔ سنگی محتمل درون ناحیهٔ قابل سکونت یک ستارهٔ نزدیک، برای اخترفیزیکدانان معادل پیدا کردن سرنخ روشن و در دسترسی در یک معمای بلندمدت است. GJ 251 c چندین ویژگی کلیدی را دارد که آن را از دید علمی ارزشمند میکند: نزدیکی به زمین (کمتر از 20 سال نوری)، ترکیب احتمالی سنگی، و فاصلهٔ مداری‌ای که دماها می‌توانند اجازهٔ وجود آب مایع را بدهند—مشروط بر اینکه سیاره جو خود را حفظ کرده باشد. این عوامل در کنار هم، GJ 251 c را به نامزد اصلی برای تحلیل جو با تلسکوپهای بزرگ آینده تبدیل می‌کنند.
چرا به «سوپرتِرث»ها اهمیت می‌دهیم؟ این سیارات در محدودهٔ اندازه و جرم میان زمین و نپتون قرار دارند و از شایع‌ترین نتایج فرایندهای شکل‌گیری سیاره‌ای هستند. آنها نوعی میانهٔ جذاب ارائه می‌دهند: بزرگ‌تر از زمین (که کار آشکارسازی و پیگیری را آسان‌تر میکند) و در عین حال ممکن است سنگی باشند نه گازی. اگر GJ 251 c جو مناسبی داشته باشد، ممکن است گازهای نشانهٔ زیستی (biosignature gases) مانند اکسیژن یا متان یا ترکیباتی که تولید غیرزیستی آنها دشوار است را نشان دهد؛ این امر برای اخترزیست‌شناسان و کمیته‌های تخصیص زمان تلسکوپی اهمیت زیادی دارد.
چگونه اخترشناسان GJ 251 c را کشف کردند: ابزارها و بازه‌های زمانی طولانی
این کشف نمونهٔ آموزشی صبر در گردآوری داده به‌همراه نوآوری در ابزارهاست. سیارهٔ نامزد از بیش از دو دهه مشاهدات با استفاده از تکنیک‌های دقیق سرعت‌شناسی شعاعی بیرون کشیده شد. ابزار کلیدی که پیشگام این کشف بود، Habitable-Zone Planet Finder (HPF) است؛ یک طیفسنج فروسرخ با وضوح بالا که روی تلسکوپ Hobby-Eberly در رصدخانهٔ مک‌دونالد نصب شده است. HPF بهطور مشخص برای شکار سیارات کم‌جرم اطراف ستاره‌های خنک و نزدیک طراحی شده تا تغییرات کوچک داپلری در نور ستاره ناشی از حضور سیارات مداری را شناسایی کند.
سرعت شعاعی، شیفت داپلر و تلوتلو خوردن ستارگان
سیارات به ستارهٔ میزبان خود نیرو وارد می‌کنند و این کشش موجب تغییرات دوره‌ای در طیف ستاره می‌شود. با اندازهگیری دقیق این تغییرات، اخترشناسان می‌توانند از حضور سیاره، دورهٔ مداری و حد پایین جرم آن اطلاع پیدا کنند. در مورد GJ 251، پژوهشگران دادههای سرعت تاریخی را با دادههای جدید HPF ترکیب کردند تا حرکت ستاره را بهطور دقیق‌تر مدل کنند. آنها یک سیگنال قوی با دورهٔ 54 روزه را در کنار یک سیارهٔ داخلی قبلاً شناخته‌شده با دورهٔ 14 روزه، GJ 251 b، تأیید کردند—که یک همراه بزرگ‌تر و جدید را آشکار نمود که اکنون GJ 251 c نامیده می‌شود.
بازبینی متقابل با NEID و مجموعه‌های دادهٔ جهانی
برای تأیید نتیجه، تیم از NEID—یک طیفسنج پیشرفته در رصدخانهٔ Kitt Peak—نیز استفاده کرد. NEID و HPF پوشش طول موجی مکملی ارائه می‌دهند و تأیید مستقل سیگنال‌های ضعیف داپلری را ممکن می‌سازند. ترکیب مشاهدات چنددههای از تلسکوپهای سراسر جهان به گروه اجازه داد سیگنال‌های پایدار سیاره‌ای را از نویزهای گذرا جدا کند و یک تشخیص قانع‌کننده بسازد که در برابر ارزیابی‌های دقیق ایستادگی میکند.
غلبه بر فعالیت‌های ستارهای: جدا کردن سیاره از ستاره
یکی از سخت‌ترین بخش‌های آشکارسازی با روش سرعت شعاعی این است که حرکت ناشی از سیاره را از «آب‌وهوای» ستاره—فعالیت مغناطیسی، لکه‌های سطحی و پدیده‌های دیگر روی سطح ستاره که می‌توانند سیگنال‌هایی شبیه به سیاره تولید کنند—تمیز دهیم. سامانهٔ GJ 251 دقیقاً این چالش را ایجاد کرد. فعالیت ستارهای میتواند تناوب‌هایی در خطوط طیفی القا کند که شبیه شیفت‌های داپلری به‌نظر برسند؛ بنابراین پژوهشگران از تحلیل‌های وابسته به طول موج و مدلهای آماری پیشرفته برای جدا کردن سیگنال واقعی سیاره‌ای از تغییرپذیری ذاتی ستاره استفاده کردند.
در عمل این به معنای تحلیل نحوهٔ تغییر سرعت ظاهری در رنگ‌های مختلف نور و در بازه‌های زمانی طولانی است. از آنجا که لکه‌های ستارهای و چرخه‌های مغناطیسی طیف‌ها را به شیوه‌ای متفاوت از حرکت مداری تحت تأثیر قرار می‌دهند، ابزارهای چندطول‌موجی مانند HPF (فروسرخ) و NEID (مرئی تا نزدیک به فروسرخ) ابزارهای قدرتمندی برای اعتبارسنجی متقابل هستند. علم داده و مدلهای نویز سفارشی نقش اساسی داشتند: تیم کشف روش آماری خود را برای این ستاره و مجموعهٔ ابزارها تطبیق داد تا خطاهای مثبت کاذب را کاهش دهد و اطمینان از کشف GJ 251 c را افزایش دهد.
آنچه هنوز نمی‌دانیم — و گام‌های بعدی
در حال حاضر، GJ 251 c با رصدخانههای موجود قابل تصویرسازی مستقیم یا اندازهگیری جوی نیست. مجهولات کلیدی شامل این است که آیا سیاره جو قابل توجهی دارد، فشار و دمای سطح آن چگونه است و آیا آب به‌صورت مایع وجود دارد یا خیر. همهٔ این موارد برای ارزیابی قابلیت زیست واقعی بسیار اهمیت دارند. با این حال، فاصله و جرم مناسب این سیاره آن را به نامزدی برجسته برای مشاهدات پیگیری با تاسیسات آینده تبدیل میکند.
تلسکوپهای زمینی نسل بعد—رصدخانههای کلاسی 30 متری که به تصویربرداری با کنتراست بالا و طیفسنجهای پیشرفته مجهز هستند—می‌توانند در شرایط مناسب این سامانه را بهطور مستقیم تصویر کنند یا اگر جو وجود داشته باشد، ویژگی‌های جذب جو را اندازهگیری کنند. مأموریتهای فضایی طراحی‌شده برای شناسایی نشانههای زیستی یا انجام طیف‌سنجی با دقت بالا نیز موقعیت مناسبی برای بررسی GJ 251 c خواهند داشت. بنابراین این کشف هم به‌عنوان یک ورودی در فهرست اهداف و هم به‌عنوان یک اثبات مفهوم عمل میکند: نظرسنجی‌های صبورانه همراه با ابزارهای تخصصی می‌توانند اهداف نزدیک و متقاعدکنندهٔ میان‌مدت برای جستوجوی حیات فراهم کنند.
در سطح فنی‌تر، اندازه‌گیری‌های بعدی باید بر تعیین دقیق‌تر جرم و شعاع (برای محاسبهٔ چگالی میانگین)، مشخص کردن احتمال وجود یک جو غلیظ یا نازک، و جستوجوی خطوط طیفی احتمالی گازهای مولد نشانههای زیستی متمرکز شوند. مدل‌سازی تعامل پرتو ستار و سیاره، فرار جو، و تاریخچهٔ تشکیل سیاره‌ای هم به درک اینکه آیا GJ 251 c میتواند شرایط پایدار مناسب برای حیات داشته باشد، کمک خواهد کرد.
نظر تخصصی
دکتر النا موراِلِس، دانشمند کاریابی سیارات فراخورشیدیِ مشاهداتی (نمونهٔ فرضی)، اظهار میکند: «GJ 251 c نشان می‌دهد که توانمندی‌های کشف ما تا چه حد پیشرفت کرده‌اند. این یک آزمایشگاه نزدیک برای علم جوّی سیاره‌ای است. حتی اگر هرگز نشانهٔ حیات در آن پیدا نکنیم، مطالعهٔ این سیاره مدلهای ما از جوّ سیارات سنگی را پالایش خواهد کرد و به اولویتبندی اهداف برای عصر نخستین تصویرسازی مستقیم جوّهای فراسیاره‌ای کمک میکند.» نکتهٔ او یک حقیقت عملی را برجسته می‌سازد: هر سوپرتِرِث نزدیک که خوب‌شناسایی شود، فضای جست‌وجو را محدودتر میکند و به ما می‌آموزد چگونه زمان تلسکوپهای گرانبها را بهتر تخصیص دهیم.
پیامدها برای اخترزیستشناسی و مأموریتهای آینده
کشف GJ 251 c دلایل بیشتری برای سرمایهگذاری مستمر در طیفسنجهای دقیق و تلسکوپهای با دهانهٔ بزرگ ارائه می‌دهد. از منظر اخترزیستشناسی، این سیاره هیجان‌انگیز است زیرا دنیاهای نزدیک در ناحیهٔ قابل سکونت تنها مواردی هستند که در دهه‌های پیشِ رو می‌توانیم امیدوار باشیم بهطور مفصل بررسی‌شان کنیم. کشف گازهای نشانهٔ زیستی نه تنها نیازمند وجود جو است، بلکه نیازمند ابزارهایی است که قادر به جداسازی نور ضعیف سیاره از درخشش ستارهٔ میزبان باشند—چالشی که کروناگراف‌های پیشرفته و استارشِیدها (starshades) تلاش می‌کنند حل کنند.
علاوه بر نشانههای زیستی، مطالعهٔ GJ 251 c نظریه‌های شکل‌گیری و مهاجرت سیاره‌ای را روشن‌تر خواهد کرد. سوپرتِرِث‌ها در نظرسنجی‌های فراخورشیدی شایع هستند، اما ترکیب و تاریخچهٔ جوّی آنها بسیار متفاوت است. آیا GJ 251 c دنیایی متراکم و سنگی است، یا یک پوشش قابل‌توجه از ترکیبات فرّار (volatiles) دارد؟ اندازه‌گیری‌های طیف‌سنجی آینده—ترجیحاً در باندهای مرئی و فروسرخ—برای پاسخ به این پرسش لازم خواهند بود.
در حال حاضر، دانشمندان در حال آماده‌سازی پروپوزال‌های رصدی، پالایش مدلهای بازیابی جوّی (atmospheric retrieval)، و آموزش نسل جدیدی از دانشجویان برای بهره‌برداری از قابلیت‌های HPF، NEID و تلسکوپهای کلاسی 30 متری در دست ساخت هستند. GJ 251 c فانوسی نزدیک برای آن کار است: وعدهٔ حیات نیست، بلکه هدفی عملی و خوش‌بینانه در نقشهٔ راه پاسخ به یکی از بزرگ‌ترین پرسش‌های بشر به‌شمار می‌آید.
منبع: scitechdaily
نظرات
پمپزون
تو پروژه‌ای مشابه کار کردم، جداکردن سیگنال از نویز ستارهای واقعن سخته... تیم کار درست کرده.
کوینپایل
شاید کمی اغراق رسانه‌ای باشه، اما نقطه‌ی شروع خوبیه. سرمایهگذاری روی ابزارها منطقیه، نه؟
ستاره‌سنج
تحلیل متین و فنیه، ترکیب دادههای دهه‌ها واقعا ارزشمنده. لازمِ رصد مستقیم و طیف‌سنجی دقیق‌تر.
دیتاپالس
وای، کمتر از ۲۰ سال نوری؟ هیجان‌انگیزه... امیدوارم جو داشته باشه، کلی سوال باقیه، اما چشم‌گیره!
ارسال نظر