10 دقیقه
ستارهشناسان سرشماری دقیقی از چند هزار ستارهٔ نزدیک نوع K — معروف به کوتولههای نارنجی — را به پایان رساندهاند و چندصد ستارهٔ بالغ و آرام را شناسایی کردهاند که بهعنوان اهداف امیدوارکننده در جستجوی دنیاهای قابل سکونت مطرحاند. این ستارگان تعادلی میان طول عمر و رفتار ستارهای آرام برقرار میکنند و به سیارات میهمان بازههای طولانیتری از شرایط باثبات میدهند که میتواند امکان توسعهٔ زندگی پیچیده را فراهم آورد. در این مطالعهٔ فهرستبندی و تحلیل طیفی، شاخصهای مهمی مانند سن ستارهای، نرخ چرخش، فلزیته و میزان فعالیت مغناطیسی بررسی شدهاند تا فهرستی از بهترین اهداف برای بررسی زیستپذیری سیارات فراخورشیدی ارائه شود.
چرا کوتولههای نارنجی اهمیت دارند: پایداری، طول عمر و زیستپذیری
هنگام ارزیابی اینکه کدام ستارگان احتمال بیشتری برای میزبانی سیارات قابل سکونت دارند، دو عامل طول عمر و فعالیت ستارهای از اهمیت حیاتی برخوردارند. برخی ستارگان بزرگ سوخت هستهای خود را ظرف میلیونها سال مصرف میکنند که این مدت برای پدید آمدن حیات به شیوهٔ شناختهشدهٔ ما بسیار کوتاه است. در سمت دیگر طیف، کوتولههای سرخ (ستارههای نوع M) میتوانند بسیار طولانیتر از سن کنونی کیهان عمر کنند، اما فورانهای پرانرژی و تشعشعات فرابنفش قوی آنها میتواند جو سیارات را بزداید یا سطوح را عقیم کند.
ستارههای نوع K در میانهٔ این دو گروه قرار میگیرند. آنها کمی خنکتر و کمجرمتر از خورشید ما (که ستارهای نوع G است) هستند و بهطور کلی عمر طولانیتر و رفتار آرامتری نشان میدهند. در حالی که ستارههای G مانند خورشید حدود ۱۰ میلیارد سال در ردیف اصلی باقی میمانند، کوتولههای K میتوانند برای دهها میلیارد سال بهطور پایدار بسوزند — برآوردها در محدودهٔ تقریباً ۲۰ تا ۷۰ میلیارد سال قرار میگیرند. این طول عمر افزودهشده بهعلاوهٔ نرخ کمتر فلیرهای ستارهای در مقایسه با بسیاری از کوتولههای M، آنها را به اهداف جذابی برای مطالعات زیستپذیری سیارات فراخورشیدی تبدیل میکند. برای بررسی پتانسیل زیستپذیری، فاکتورهایی مانند ناحیه قابل سکونت (habitable zone)، تابش فرابنفش، و ثبات بلندمدت شار تابشی نیز مد نظر قرار میگیرند.
ستارههای ردیف اصلی از کوتولههای سرخِ خنک و بلندعمر (سمت چپ) تا غولهای آبیِ داغ و کوتاهعمر (سمت راست) گستردهاند.
چه کاری این سرشماری جدید انجام داد و چرا مهم است
تیمی به سرپرستی سباستیان کاررازکو-گاکسیولا از دانشگاه جورجیا یک سرشماری رصدی از بیش از ۲۰۰۰ ستارهٔ نوع K در همسایگی خورشیدی انجام داده و طیفهای با وضوح بالا برای چندصد مورد بهدست آوردهاند. با استفاده از طیفنگارها روی دو تلسکوپ ۱.۵ متری — CHIRON روی تلسکوپ SMARTS در شیلی و TRES روی تلسکوپ تیلینگهست در آریزونا — گروه سن ستارهها، نرخ چرخش، دماهای سطحی، ترکیب شیمیایی (فلزیته) و موقعیتهای کهکشانی آنها را اندازهگیری کردند. این ویژگیها بهطور جمعی تعیین میکنند که آیا یک ستاره محیطی پایدار و بلندمدت برای سیارات فراهم میآورد یا نه.
نتایج که در نشست انجمن ستارهشناسی آمریکا ارائه شد و در مقالهای که به The Astronomical Journal ارسال شده توصیف گردیدهاست، ۵۲۹ کوتولهٔ نوع K بالغ و کمفعال را در فاصلهٔ حدود ۳۳ پارسک (تقریباً ۱۰۸ سال نوری) بهعنوان اهداف اصلی برای جستجوی سیارات سنگی معرفی میکند. براساس آرشیو سیارات فراخورشیدی ناسا (NASA Exoplanet Archive)، تنها بخش کوچکی — تقریباً ۷.۵٪ یا ۴۴ مورد — از این ستارگان نوع K نزدیک پیشتر بهعنوان میزبان سیارات تأییدشده شناخته شده بودند. این شکاف عمدتاً ناشی از سوگیری رصدی است تا کمبود واقعی؛ ستارههای درخشانتر شبیه خورشید و نسبتهای جرم سیاره-ستاره مطلوبتر در کوتولههای نوع M بیشتر راهنمای جستجوهای پیشین بودهاند، در حالی که کوتولههای K تا کنون کمتر هدف قرار گرفته بودند.
این نمودار انواع کوتولهها را در فاصلهٔ ۱۰ پارسکی خورشید نشان میدهد. ستارههای نوع K دومین گروه رایج هستند اما در بررسیهای سیارات فراخورشیدی کمتر نمونهبرداری شدهاند.
تکنیکهای سرشماری و آنچه طیفها نشان میدهند
طیفسنجی اچکل (echelle) با وضوح بالا ابزاری قدرتمند برای تعیین مشخصات ستارهای است. با جداسازی هزاران خط طیفی، ستارهشناسان دماهای سطحی، فراوانی عنصرها و سرعتهای چرخش را استنتاج میکنند. چرخش ستارهها با گذشت زمان کند میشود، بنابراین نرخ چرخش میتواند بهعنوان ساعتی برای سن ستاره عمل کند؛ این روش به نام ژیروکرونولوژی (gyrochronology) شناخته میشود. در این سرشماری از این تشخیصها برای جدا کردن کوتولههای جوان و فعال (که اغلب فلیرهای مغناطیسی و تابشهای پرانرژی بیشتری نشان میدهند) از ستارههای پیرتر و ساکتی که برای جوهای سیارات مناسبترند، استفاده شدهاست.
پوشش تمام-آسمان الزامآور بود. با داشتن طیفنگارهای تکمیلی در هر دو نیمکره، تیم توانست کوتولههای K را در سراسر آسمان مشاهده کند و سوگیریهای انتخابی ناشی از موقعیت تلسکوپ را به حداقل برساند. شناسایی ستارگان در دیسک نازک راه شیری — جایی که فلزیته تمایل به بالاتری دارد و محیط نسبتاً کمخصمانهتری دیده میشود — نیز به اولویتبندی اهدافی که احتمال بیشتری برای داشتن سیارات سنگی با جوهای قابل توجه دارند کمک میکند. در کنار اینها، اطلاعات طیفی میتواند نشانگرهای دیگری مانند خطوط هیدروژن فعال (Hα)، خطوط یونید آهن و شاخصهای کروموسفری را آشکار کند که نشاندهندهٔ میزان فعالیت ستارهای است.
پیامدها برای جستجوی سیارات فراخورشیدی و مأموریتهای آینده
فهرستهای سرشماری مانند این یکی حکم یک فیلتر را دارند: آنها به شکارچیان سیاره اجازه میدهند زمان پرهزینهٔ تلسکوپ و ابزار را روی سامانههای نزدیک و امیدوارکننده متمرکز کنند. ابزارهایی که بهدنبال سیارات کوچک و هماندازهٔ زمین از طریق روش سرعت شعاعی (radial velocity) یا گذر (transit) هستند، وقتی نویز ستارهای پایین و پارامترهای ستارهای بهدقت شناختهشده باشند، بیشترین بهرهوری را دارند. بهطور مشابه، مأموریتهای تصویربرداری مستقیم آینده و تلسکوپهای فضایی نسل بعدی به فهرستهای هدفی با گزینش دقیق نیاز خواهند داشت تا زمان مشاهدهٔ گرانبها را به سامانههایی اختصاص دهند که بیشترین احتمال آشکارسازی نشانههای زیستی یا علائم جوی زیستپذیری را دارند.
تاد هنری، نویسندهٔ ارشد مطالعه و استاد برجستهٔ دانشگاه جورجیا، اشاره کرده است که این پایگاه داده پایهٔ دههها کار پیگیری را تشکیل خواهد داد و در آیندههای دور میتواند مقصدهایی برای کاوشگرهای بینستارهای احتمالی نشان دهد، هرچند آن فناوری هنوز در مراحل نظری و توسعهای قرار دارد. علاوه بر این، همگرایی دادههای طیفی با نتایج پیمایشهای گذر فضایی مثل TESS و مأموریتهای سرعت شعاعی دقیق میتواند امکان شناسایی و تعیین جرم و شعاع سیارات را فراهم کند و بنابراین چگالی و ترکیب ساختاری آنها را برآورد کند — پارامترهایی اساسی برای ارزیابی زیستپذیری.
ملاحضات احتمالی و پرسشهای باقیمانده
اگرچه کوتولههای K امیدوارکنندهاند، هر کوتولهٔ نارنجی میزبان سیارات قابل سکونت نخواهد بود. شکلگیری سیاره به شیمی محلی دیسک سیارهزایی، تاریخچهٔ مهاجرت سیارهها و شانس وابسته است. اندازهگیریهای فلزیته برآورد احتمال شکلگیری سیارات سنگی را بهبود میبخشد، اما تنها آشکارسازی مستقیم سیارهها میتواند پتانسیل زیستپذیری را تأیید کند. علاوه بر این، حتی ستارگان ساکت هم ممکن است گهگاه فلیرهای پراکنده یا چرخههای مغناطیسی داشته باشند که بر جوها در بازههای زمانی بلند اثر میگذارند؛ از این رو مانیتورینگ پیوسته و سنجش مستمر فعالیت ستارهای لازم است.
سؤالات باز شامل گسترهٔ دقیق دامنهٔ تابشی فرابنفش کوتولههای K، تأثیر بادهای ستارهای بر فرار جو و تعاملات طولانیمدت بین میدانهای مغناطیسی ستاره و جوهای سیارهای است. همچنین، شناسایی نواحی قابل سکونت دقیق و بررسی بیوفیزیک احتمالی در سیاراتی که حول ستارهای با طیف K میچرخند، نیازمند مدلسازی اقلیمی پیشرفته و دادههای طیفیِ با کیفیت برای شناسایی گازهای مهم مانند آب، اکسیژن، متان و دیگر نشانگرهای زیستی است.
دیدگاه کارشناسی
«ستارههای نوع K به ما یک آزمایشگاه طولانی و آرام برای مطالعهٔ جوها و تکامل اقلیم روی جهانهای دیگر میدهند،» میگوید دکتر مایا ریچاردسون، پژوهشگر سیارات فراخورشیدی در مؤسسهٔ علوم سیارهای. «از آنجا که این ستارگان در طی میلیاردها سال بهآرامی تغییر میکنند و تمایل کمتری به فورانهای عظیم نسبت به بسیاری از کوتولههای سرخ دارند، سیارات شانس بیشتری برای حفظ جو و توسعهٔ شیمی پیچیده دارند. این موضوع تضمینکنندهٔ وجود زندگی نیست، اما احتمال آن را افزایش میدهد و کوتولههای K را به محلی کارآمد برای جستجو تبدیل میکند.»
ریچاردسون اضافه میکند که ترکیب طیفسنجی با وضوح بالا، پیمایشهای گذر مبتنی بر فضا و ابزارهای سرعت شعاعی با دقت بالا کلید تبدیل فهرست نامزدهای این سرشماری به فهرستی از دنیاهای تأییدشده و قابلمشاهده خواهد بود. علاوه بر این، ادغام دادهها با مدلهای تولید سیاره و شبیهسازیهای اقلیمی میتواند دید بهتری از ثبات بلندمدت جو و قابلیت نگهداری آب سطحی ارائه دهد.
چه چیزهایی را باید دنبال کرد
- رصدهای پیگیری سرعت شعاعی و گذر برای کشف سیارات هماندازهٔ زمین حول کوتولههای K شناساییشده.
- مانیتورینگ بلندمدت چرخههای فعالیت ستارهای برای پالایش اینکه کدام ستارگان در بازههای زمانی زیستی واقعاً آرام باقی میمانند.
- تصویربرداری و طیفسنجی با کنتراست بالا با تلسکوپهای آینده برای بررسی جوها و جستجوی بخار آب، اکسیژن، متان و دیگر گازهای نشانگر زیستی.
با فشردهسازی هزاران ستارهٔ نزدیک به چند صد هدف با اولویت بالا، این سرشماری به متمرکز کردن جستجوی حیات در همسایگی کهکشانی ما کمک میکند. کوتولههای نارنجی شاید به جذابیت غولهای آبی داغ یا تعداد فراوان کوتولههای سرخ نباشند، اما پایداری آرام آنها میتواند آنها را به بهترین گزینه برای یافتن جهانهایی تبدیل کند که در آنها زندگی فرصت و ثبات لازم برای شکوفایی را داشته است. ایجاد فهرستهای هدف دقیق و قابل اتکا برای مأموریتهای آینده مانند تصویربرداری مستقیم و آنالیز طیفی پیشرفته، گام مهمی در جهت تشخیص نشانگرهای زیستی و فهم بهتر توزیع زیستپذیری در کهکشان است.
منبع: sciencealert
نظرات
رضا
خوبه ولی یه کم اغراق شده؛ گفتن «بهترین گزینه» زوده، چون شکلگیری سیاره و تاریخچه مهاجرت تاثیر زیادی داره. پیگیری طولانی لازمه.
ویبلاین
فکر کنم این فهرست میتونه وقت تلسکوپها رو صرفهجویی کنه فقط با مانیتورینگ پیوسته تا ستارههای آرام واقعی جدا بشن
آسترون
من تو پروژهای روی تابش UV و اثرش روی جو کار کردم، این سرشماری برام جذاب بود اما مانیتورینگ بلندمدت لازمه، وگرنه نتایج گمراهکننده میشه 🙂
توربوژ
همه چیز خوبه، ولی آیا تابش فرابنفش کوتولههای K واقعا کمتره؟ دادهها رو دیدم، کمی شک دارم، محاسبات کامل نیست؟
کویناکس
معقول به نظر میاد. عمر بیشتر و فلیر کمتر یعنی سرمایهگذاری روی اینها منطقیه اما باید حتما دنبال سیارات واقعی هم بود
دیتاپالس
وااای، یعنی کوتولههای نارنجی واقعن گزینهای بهترن؟! این خبر کلی شور و شوق داد، مخصوصا ایده هدفگیری دقیق برای جستجوی حیات…
ارسال نظر