کشف ابرزمین سنگی قابل سکونت در همسایگی منظومه شمسی

ستاره‌شناسان یک جهان بالقوه قابل سکونت نزدیک به منظومهٔ شمسی را شناسایی کرده‌اند: یک «ابرزمین» سنگی که به دور یک کوتولهٔ M در فاصلهٔ تنها حدود 18 سال نوری گردش می‌کند. اندازه‌گیری‌های اولیه نشان می‌دهد که این سیاره که GJ 251 c نامیده شده، ممکن است در منطقهٔ قابل سکونت ستارهٔ خود قرار داشته باشد؛ ناحیه‌ای که دماهای سطحی می‌تواند امکان حضور آب مایع را فراهم کند — عنصری کلیدی برای حیات به شکلی که اکنون می‌شناسیم.

یک تیم بین‌المللی از دانشمندان این سیارهٔ فراخورشیدی را «ابرزمین» نامیده‌اند؛ داده‌ها نشان می‌دهد که ترکیب آن سنگی و مشابه زمین است و جرم آن تقریباً چهار برابر جرم زمین برآورد می‌شود. تصویر: تصویرسازی از دانشگاه کالیفرنیا ایرواین

یک جهان نزدیک با پیامدهای بزرگ

GJ 251 c به دو دلیل برجسته است: نزدیکی‌اش و ماهیت صخره‌ای‌اش. این سیاره که در فاصلهٔ تقریبی 18 سال نوری از زمین قرار دارد، به دور یک کوتولهٔ M گردش می‌کند — پرتعدادترین نوع ستاره در کهکشان راه شیری. مشاهدات نشان‌دهندهٔ ساختار داخلی سنگی با جرمی چند برابر جرم زمین است که آن را در دستهٔ «ابرزمین‌ها» قرار می‌دهد. از آنجا که داخل منطقهٔ قابل سکونت ستاره جای گرفته، پژوهشگران می‌گویند شرایط ممکن است دماهایی را ایجاد کند که برای پایداری آب مایع روی سطح مناسب باشد.

«ما تا امروز سیارات فراخورشیدی زیادی یافته‌ایم، بنابراین کشف یک سیارهٔ جدید به خودیِ خود همیشه خبر فوق‌العاده‌ای نیست،» گفت پال رابرتسون، دانشیار فیزیک و نجوم در دانشگاه کالیفرنیا ایرواین و یکی از نویسندگان مشترک مطالعه. «آنچه این کشف را به‌خصوص ارزشمند می‌کند، ستارهٔ میزبان نزدیک آن است؛ تنها حدود 18 سال نوری فاصله دارد. از منظر کیهانی، عملاً همسایهٔ ماست.»

چگونگی کشف سیاره: ابزارها و روش‌ها

GJ 251 c با استفاده از اندازه‌گیری‌های دقیق سرعت شعاعی (radial velocity یا RV) و به کمک دو ابزار پیشرفته کشف شد: آشکارساز منطقهٔ زیست‌پذیر (Habitable-zone Planet Finder یا HPF) و NEID. این طیف‌نماها تغییرات بسیار کوچک در نور ستاره را اندازه‌گیری می‌کنند که ناشی از نیروی گرانشی کشیده‌شدن توسط سیارهٔ در گردش است. هنگامی که سیاره به دور ستاره می‌چرخد، نیروی گرانشی‌اش موجب تکان کوچک ستاره می‌شود و این نوسان باعث ایجاد جابجایی‌های کوچکی در طول موج نور (شیفت داپلر) می‌گردد که ابزارهای حساس قادر به آشکارسازی آن هستند.

کشف سیارات اطراف کوتوله‌های M به‌خصوص دشوار است، زیرا این ستاره‌ها اغلب فعالیت مغناطیسی بالایی دارند. لکه‌های ستاره‌ای و فوران‌های نجومی می‌توانند سیگنال‌هایی تولید کنند که با علائم ضعیف سرعت شعاعی سیارات کوچک اشتباه گرفته شوند یا آن‌ها را مخفی کنند. HPF بخشی از این نویز را با کار در طول موج فروسرخ کاهش می‌دهد؛ در این ناحیهٔ طیفی، فعالیت ستاره‌ای برای بسیاری از کوتوله‌های M کمتر برجسته است. از سوی دیگر، NEID که در طول موج‌های نوری روی تلسکوپی متفاوت کار می‌کند، دادهٔ تکمیلی فراهم آورد تا سیگنال تناوبی مشاهده‌شده که با وجود یک جرم مداری سازگار است، تأیید شود.

مطلب مرتبط

ادامه مطلب

کشف سیاره GJ 251 c؛ همسایهٔ امیدبخش برای جست وجوی حیات

کمتر از 20 سال نوری از زمین، اخترشناسان هدف جدیدی را علامت‌گذاری کرده‌اند که می‌تواند نحوهٔ...

در عمل، تحلیل داده‌های سرعت شعاعی نیازمند فیلتر کردن نویزهای مرتبط با فعالیت ستاره‌ای و ساخت مدل‌هایی است که رفتار ستاره را از ترکیب سیگنال‌های سیاره‌ای جدا کنند. تیم پژوهشی از روش‌های آماری پیشرفته و مدل‌سازی زمان-سنجی (time-series modeling) استفاده کرد تا پیوستگی و تناوب سیگنال را بررسی کند و احتمال خطای ناشی از خطاهای سیستماتیک یا تغییرات ستاره‌ای را کاهش دهد.

چرا نزدیکی اهمیت دارد: چشم‌انداز تصویربرداری مستقیم

نزدیک بودن GJ 251 c به زمین آن را به یک هدف درجه‌یک برای مطالعات تصویربرداری مستقیم تبدیل می‌کند. تصویربرداری مستقیم به معنای جداسازی نور خفیف یک سیاره از درخشندگی ستارهٔ میزبان است — قابلیتی که از نسل بعدیِ تلسکوپ‌های فوق‌العاده بزرگ انتظار می‌رود. تلسکوپ سی‌متری دانشگاه کالیفرنیا (Thirty Meter Telescope یا TMT)، با آینهٔ اولیهٔ عظیم و سامانه‌های اپتیک تطبیقی پیشرفته، ممکن است قادر باشد سیاره‌هایی مانند GJ 251 c را مستقیم تصویربرداری کند و برای علائم اتمسفری یا حتی آب سطحی آزمایش‌های غیرمستقیم انجام دهد.

«TMT تنها تلسکوپی خواهد بود که وضوح کافی برای تصویربرداری از سیارات فراخورشیدی مشابه را دارد. تلسکوپ‌های کوچکتر این توانایی را ندارند،» گفت کوری بیرد، دکترای علوم داده در Design West Technologies و نویسندهٔ اصلی مطالعه، و تأکید کرد که دهانهٔ بزرگ‌تر دید جدیدی را برای کاراکترسازی (characterization) باز می‌کند.

تصویربرداری مستقیم امکان مطالعهٔ طیف بازتابی یا نشریه‌ای از سیاره را فراهم می‌کند که می‌تواند آثاری از مولکول‌های جوی مانند اکسیژن، متان، دی‌اکسیدکربن یا آب را نشان دهد. البته جداسازی این سیگنال‌ها از تابش ستاره‌ای و بازتاب ابرها و سطح بسیار چالش‌برانگیز است و مستلزم سیستم‌های بلوک‌کنندهٔ نور (coronagraph) و روش‌های پردازش تصویری پیشرفته خواهد بود.

زمینهٔ علمی و مباحث نامطمئن باقی‌مانده

تیم کشف گزارش داده است که شواهد آماری برای وجود GJ 251 c قوی است، اما آن‌ها هشدار می‌دهند که محدودیت‌های ابزاری و فعالیت ستاره‌ای هنوز جای شک و تردید باقی می‌گذارد. سرعت شعاعی جرم حداقلی و دورهٔ مدار را تعیین می‌کند، اما اندازهٔ شعاعی یا ترکیب اتمسفری را به‌طور مستقیم به ما نمی‌دهد. برای تأیید وجود آب مایع روی سطح، اخترشناسان به تصویربرداری مستقیم یا کشف گذر (transit) نیاز دارند که اجازهٔ طیف‌سنجی اتمسفری را بدهد.

وجود یک سیارهٔ ابرزمینی سنگی در منطقهٔ قابل سکونت لزوماً به معنای وجود حیات نیست: فاکتورهای متعددی از جمله ترکیب اتمسفر، فشار سطحی، میدان مغناطیسی، و تاریخچهٔ فرّگشت حرارتی سیستم ستاره‌ای تعیین‌کننده‌اند. کوتوله‌های M ممکن است فوران‌های فرابنفش و ذرات پرانرژی را به مدت طولانی‌تر از ستاره‌های مشابه خورشید تولید کنند که می‌تواند جوهای سطحی را فرسایش دهد یا شرایط زیست‌پذیر را تغییر دهد. این نکات علمی باعث می‌شود که مطالعهٔ بیشتر و چندوجهی — شامل مدل‌سازی اقلیمی و شبیه‌سازی‌های فرار جو — ضروری باشد.

مطلب مرتبط

ادامه مطلب

GJ 251c؛ ابرزمین نزدیک در ناحیه قابل سکونت برای بررسی جو

یک کاندیدای جدید برای سیاره فراخورشیدی به‌عنوان یکی از امیدوارکننده‌ترین جهان‌های نزدیک برای مطالعه قابلیت سکونت...

با این وجود، کشف GJ 251 c یک گام مهم به‌شمار می‌آید. سامانه‌های کوتولهٔ M نزدیک به زمین برای چندین روش دسترسی‌پذیرند — سرعت شعاعی، فوتومتری گذر، و در آینده تصویربرداری مستقیم — که به دانشمندان مجموعه‌ای از ابزارها برای کاوش ترکیب، اقلیم و قابلیت سکونت سیاره‌ای می‌دهد. سازوکارهایی مانند HPF و NEID که ویژهٔ پیشروی مرزهای اندازه‌گیری ساخته شده‌اند، نشان می‌دهند چگونه ابزار دقیق می‌تواند دانش تازه‌ای فراهم کند.

نگاه به آینده: سرمایه‌گذاری جمعی و گام‌های بعدی

پژوهشگران بر حمایت جامعه علمی و عمومی برای رصدخانه‌های نسل بعد و کمپین‌های پی‌گیری تأکید می‌کنند. تأیید اینکه GJ 251 c واقعاً جهانی قابل سکونت است، نیازمند زمان رصد مداوم با تلسکوپ‌های بزرگ و تخصیص منابع برای تحلیل داده و مدل‌سازی است. تیم امیدوار است که نتیجهٔ آن‌ها انگیزه‌ای برای مطالعات بیشتر این سامانه پیش از راه‌اندازی TMT و تأسیسات مشابه ایجاد کند.

گام‌های عملی بعدی شامل:

• پی‌گیری با رصدهای سرعت شعاعی بیشتر برای کاهش عدم قطعیت‌های جرمی و پالایش دورهٔ مداری.
• جستجوی گذر با فوتومتری دقیق تا در صورت وجود امکان تعیین شعاع و چگالی سیاره فراهم شود.
• آمادگی برای تصویربرداری مستقیم با استفاده از coronagraph و تکنیک‌های جداسازی طیفی بر تلسکوپ‌های بزرگ آینده.
• مدل‌سازی اقلیمی و اتمسفری برای بررسی سناریوهای مختلف بقای جو و احتمال وجود آب مایع.

دیدگاه کارشناسان

«یک ابرزمین نزدیک در منطقهٔ قابل سکونت دقیقاً همان دست هدف‌هایی است که می‌خواهیم در اولویت قرار دهیم،» گفت دکتر لنا اورتیز، اخترفیزیک‌دانی که اتمسفرهای سیارات فراخورشیدی را مطالعه می‌کند. «اگر بتوانیم داده‌های سرعت شعاعی، داده‌های گذر و تصویربرداری مستقیم را با هم ترکیب کنیم، فرصت واقعی برای اندازه‌گیری گازهای جوی و شرایط سطحی خواهیم داشت. این همان نقشهٔ راهی است که می‌تواند به سؤال اینکه آیا سیارات سنگی نزدیک می‌توانند میزبان حیات باشند پاسخ دهد.»

GJ 251 c اکنون به فهرست کوتاهی از سیارات فراخورشیدی دسترس‌پذیر و بالقوهٔ معتدل خواهد پیوست که در دسترس موج بعدی ابزارها هستند. برای پژوهشگران و عموم، دنیایی به این نزدیکی هم فرصت علمی ایجاد می‌کند و هم کنجکاوی نسبت به حیات فرازمینی را دوباره بیدار می‌سازد.

به‌طور خلاصه، کشف GJ 251 c اهمیت چندجانبه‌ای دارد: از نقطه‌نظر تکنیکی، نشانگر توانمندی ابزارهایی مانند HPF و NEID است؛ از نظر علمی، هدفی مناسب برای پی‌گیری‌های چندروشی فراهم می‌آورد؛ و از منظر جامعهٔ علمی و عمومی، یادآور این است که برخی از نزدیک‌ترین سیارات می‌توانند اطلاعات بسیار ارزشمندی دربارهٔ قابلیت سکونت فراتر از زمین در اختیار ما قرار دهند.

مطلب مرتبط

ادامه مطلب

تصویربرداری مستقیم از کوچک ترین سیاره فراخورشیدی با تلسکوپ جیمز وب: انقلابی در نجوم

کشفی انقلابی: تصویربرداری مستقیم از کوچک‌ترین سیاره فراخورشیدی با JWST در دستاوردی مهم برای دانش سیارات...