6 دقیقه
هاتژوپیترها — سیارات غولآسایی که در مدارهایی بسیار کوتاه و نزدیک به ستارههای خود میچرخند — دهههاست که اخترشناسان را متحیّر کردهاند. یک تحلیل جدید مبتنی بر زمانبندی اکنون نشان میدهد که زیرمجموعهای از این جهانها احتمالاً بهطور ملایم از طریق دیسکِ زادگاهشان به سمت ستارهها مهاجرت کردهاند و مدارهای منظم و همراهان سیارهای مجاور را که تاریخچههای خشونتآمیز نابود میکردهاند، حفظ کردهاند.
یک روش نوین مبتنی بر زمانبندی نشان میدهد که برخی هاتژوپیترها مسیر آرام و ناشی از دیسک را به سمت ستارههایشان طی کردهاند، نه مسیر آشوبناک. مدارهای منظم و محیط سیارهای پایدارِ اطراف این سیارات، سرنخهایی از منشأ و تاریخچه شکلگیری آنها حفظ کردهاند.
چرا هاتژوپیترها بازنگری در نظریهٔ شکلگیری سیارهای را طلب کردند
اولین سیارهٔ فراخورشیدی کشفشده در مدار یک ستارهٔ شبیه به خورشید در سال 1995 شوکی بزرگ بود: سیارهای همجرم مشتری که گردش مداریاش در تنها چند روز کامل میشد. این گونهٔ سیارات که امروزه بهعنوان هاتژوپیتر شناخته میشوند، بسیار نزدیکتر به ستارگان خود نسبت به فاصلهٔ مشتری از خورشید قرار دارند. دیدگاه غالب این است که آنها در فواصل دورتر — فراتر از خط یخِ سامانه، جایی که غولهای گازی میتوانند شکل بگیرند — پدید آمدهاند و سپس به سمت داخل حرکت کردهاند. اما چگونگی این جابجایی موضوع اختلافنظر بوده است.
دو ایدهٔ اصلی برای مهاجرت غالب بحثها بودهاند. مهاجرت با برونمرکزی بالا (high-eccentricity migration) از تعاملات گرانشی — با دیگر سیارات، ستارگان گذرنده یا اجرام همراه — بهره میگیرد که مدار یک سیاره را بهشدت کشیده و بیضوی میکنند. رویدادهای نزدیکِ مکرر با ستاره سپس به نیروهای کشندی فرصت میدهد تا مدار را کوچک و گرد کنند. در مقابل، مهاجرت دیسکی فرایندی آرامتر است: سیارهٔ جوان در گاز و غبار دیسکِ پروپلنتری مدفون میماند و بهتدریج تحت اثر درگ و گشتاورهای گرانشی به سمت داخل مارپیچ میزند.
زمانبندی همهچیز است: یک آزمون مشاهداتی جدید
تشخیص این تاریخچهها بهصورت مشاهداتی دشوار بوده است. ناهماهنگیِ مداری — زاویهٔ بین صفحهٔ مداری سیاره و محور دوران ستاره — میتواند حکایت از گذشتهٔ آشفته داشته باشد، اما نیروهای کشندی و تکامل بلندمدت ممکن است شواهد پیشین را بپوشانند. برای رفع این ابهام، پژوهشگرانی در دانشگاه توکیو به سرپرستی دانشجوی دکتری یوگو کاوای و استادیار آکیهیکو فوکویی معیار جدیدی مبتنی بر زمانبندی توسعه دادند که تمرکزش بر خودِ زمانِ گرد شدن مداری بهواسطهٔ نیروهای کشندی (tidal circularization) است.
ایدهٔ اصلی ساده است: اگر یک هاتژوپیتر از مسیر برونمرکزی بالا عبور کرده باشد، باید مدتی قابلتوجه را در مداری بسیار بیضوی گذرانده باشد قبل از آنکه نیروهای کشندی مدارش را به شکلِ کوتاه و دایرهایِ امروزی تبدیل کنند. این روند گرد شدنِ مدار زمانبر است و به جرم سیاره، دورهٔ مداری و ویژگیهای برخورندهٔ کشندی بستگی دارد. با محاسبهٔ بازههای زمانیِ گرد شدن و مقایسهٔ آنها با سن سامانهها، تیم میتواند آزمایش کند آیا زمان کافی برای تکاملِ برونمرکزی وجود داشته است یا خیر.
نتایجی که این بررسی نشان داد
با اعمال این روش بر بیش از ۵۰۰ هاتژوپیتر شناختهشده، پژوهشگران حدود ۳۰ سیاره را شناسایی کردند که زمانِ گرد شدنِشان بیشتر از سنِ تخمینی سامانههایشان است. به بیان ساده: این سیارات در حال حاضر در مدارهای کوتاه و دایرهای قرار دارند، اما برای اینکه با مسیر بلند و کشندیِ ناشی از مهاجرت برونمرکزی به این حالت رسیده باشند، زمان کافی وجود نداشته است. این یافته، مهاجرت دیسکی را بهعنوان منشأ محتملتر برای این گروه نشان میدهد.
شواهد دیگری نیز این روایت را تقویت میکنند. بسیاری از این هاتژوپیترهای انتخابشده بر اساس زمانبندی، ناهماهنگی کمِ اسپین-اوربیت (spin–orbit misalignment) نشان میدهند؛ یعنی صفحههای مداری آنها با دوران ستارگانشان منطبق است. چند مورد نیز در سامانههای چندسیارهای وجود دارند — پیکربندیای که پراکندگیِ خشونتبار یا دورههای پرِ برونمرکزی احتمالاً آن را برهم میزده است.
اهمیت این یافتهها برای علم فراخورشیدی
شناسایی هاتژوپیترهایی که اثرات شکلگیریشان را حفظ کردهاند، به اخترشناسان یک آزمایشگاه طبیعی برای آزمون مدلهای شکلگیری و مهاجرت سیارهای میدهد. اگر این سیارات واقعاً از طریق دیسک پروپلنتری جابهجا شده باشند، شیمی جوّی و محتوای عناصر سنگینِ آنها ممکن است سرنخهایی دربارهٔ محل تشکیلشان در دیسک و موادی که در مسیر داخل جمعآوری کردهاند، نگهدارد. این اطلاعات برای درک توزیع عناصر سنگین، فلز بودن جو (metallicity) و بازتابهای ترکیبی در جوهای هاتژوپیترها حیاتی است.
جهتهای آینده و مشاهدات تکمیلی
مطالعات پیگیری بر جوّ، ترکیب و ساختار این سامانهها متمرکز خواهد شد. طیفنگاری با تفکیک بالا، اندازهگیریهای زمانِ گذر (transit timing)، و مطالعات دقیق سیارات همسایه میتواند سنها، پارامترهای کشندی و تاریخچههای مداری را دقیقتر کند. ترکیب آزمونهای زمانبندی با اندازهگیریهای اُبلیکوتهٔ ستارهای (stellar obliquity) و آمار جمعیتی، تصویر ما را از اینکه هر مسیر مهاجرتی تا چه حد رایج است، شفافتر خواهد ساخت.
دیدگاهِ یک کارشناس
«این رویکرد زمانبندی به ما یک اهرم جدید برای حلِ یک مشکل دیرین میدهد،» میگوید دکتر النا مورالس، اخترفیزیکدانی متخصص در دینامیک سیارهای. «با پرسیدن اینکه آیا اصلاً زمان کافی برای عملکردنِ یک مسیر آشوبناک وجود داشته است یا نه، میتوانیم سیاراتی را که مجبوراً آرام جابهجا شدهاند از آنهایی که ممکن است خشونتآمیز بازچیده شده باشند، جدا کنیم. این امر مطالعات بعدیِ جوّی و سطحِ سامانه را بسیار پُرمایهتر میکند.»
در نهایت، ترکیب استدلالهای زمانبندی با شیمی و معماریِ سامانهها وعده میدهد که نهتنها مکانِ کنونیِ هاتژوپیترها را روشن کند، بلکه مسیرهایی را که طی کردهاند و آنچه این مسیرها دربارهٔ تنوع سامانههای سیارهای در کهکشان میگویند، نیز آشکار سازد. درک عمیقتر این فرآیندها بهبود مدلهای مهاجرت سیارهای، پیشبینی ویژگیهای جوّی و حتی تعیین احتمال وجود سامانههای مشابه در محیطهای ستارهای مختلف را ممکن میسازد.
منبع: scitechdaily
نظرات
اتموب
من دلم می خواد ببینم جوها چه چیزهایی از محل تشکیلشون بگن، شیمی و فلز بودن جو مهمه، امیدوارم طیفنگاری جواب بده...
نیما_
خلاصه ش اینکه منطقیه اما بنظر من کمی اغراق شده، هنوز آمار جمعیتی و اندازهگیری اوبلیکوته لازمه، عجله نکنیم
امین
واقعاً؟ چطور مطمئنن از سن سامانه ها؟ اگه تخمین سن یا پارامترهای کشندی اشتباه باشه، نتیجه عوض میشه...
آسترو
وااای، یعنی بعضی هاتژوپیترها آروم اومدن داخل؟ این یعنی جوهاشون میتونه کلی داستان نگه داره... باید اسپکترومتری دقیق ببینیم، زودتر!
ارسال نظر