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 فراخورشیدی، تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا (JWST) موفق شد کوچک‌ترین دنیای فرازمینی خود را تاکنون به‌طور مستقیم تصویر کند. این سیاره فراخورشیدی که با نام TWA-7b شناخته می‌شود، به دور ستاره‌ای جوان در فاصله حدود ۱۱۱ سال نوری از زمین می‌گردد و نقطه عطفی شگفت‌انگیز در مسیر درک جهان‌های ورای منظومه شمسی به‌شمار می‌رود.

زمینه علمی: معیاری نوین برای تصویربرداری مستقیم سیارات فراخورشیدی

تا پیش از این، بیشتر نزدیک به ۶۰۰۰ سیاره فراخورشیدی تأییدشده در کهکشان راه شیری با روش‌های غیرمستقیم کشف شده‌اند، مانند بررسی کاهش جزئی نور ستاره هنگام عبور سیاره از جلوی آن یا مشاهده اثرات گرانشی سیاره بر حرکت ستاره. تصویربرداری مستقیم، یعنی جدا کردن نور سیاره از نور ستاره، به‌مراتب دشوارتر است، زیرا سیارات فراخورشیدی معمولا کم‌نور و در نزدیکی ستاره میزبان خود قرار دارند. تاکنون تنها حدود ۸۰ سیاره فراخورشیدی به‌طور مستقیم تصویر شده‌اند که اغلب بسیار بزرگ‌تر از مشتری هستند.

سیاره TWA-7b یک نقطه عطف جدید است. این سیاره غول گازی سرد با جرمی معادل یک‌سوم مشتری (حدود ۱۰۰ برابر زمین)، سبک‌ترین سیاره فراخورشیدی است که تاکنون به‌طور مستقیم رصد شده است. مدار آن به دور ستاره کوتوله سرخ TWA-7، سیاره را در فاصله‌ای ۵۲ برابر دورتر از فاصله زمین تا خورشید قرار می‌دهد؛ منطقه‌ای مشابه کمربند کویپر در منظومه شمسی ما، دورتر از پلوتو.

پیشرفت مشاهداتی با ابزار MIRI تلسکوپ جیمز وب

این کشف مهم به سرپرستی آن-ماری لاگرانژ و تیم او از رصدخانه پاریس، با استفاده از ابزار فروسرخ میانی (MIRI) تلسکوپ جیمز وب حاصل شد. فناوری MIRI امکان مشاهده با جزئیات بالا و تصویربرداری مستقیم از سیاراتی با جرمی پایین‌تر از مشتری را فراهم کرده است.

پژوهشگران در یافته‌های خود اعلام کردند که TWA-7b راه تصویربرداری مستقیم از دنیاهایی با جرم حداقل ده برابر کمتر از نمونه‌های قبلی را هموار کرده است؛ حتی شاید بتوان در شرایط مناسب سیاراتی با جرم ۲۵ تا ۳۰ برابر زمین را نیز رصد کرد. این پیشرفت بزرگ، جایگاه JWST را در خط مقدم جستجوی سیارات فراخورشیدی کوچک‌تر و دورتر تثبیت می‌کند.

بررسی فرآیند شکل‌گیری سیارات در یک سامانه جوان

ستاره میزبان، TWA-7، بسیار جوان است و تنها ۶.۴ میلیون سال سن دارد؛ معادل یک نوزاد در میان ستارگان. این ستاره هنوز در میان قرص پیش‌سیاره‌ای از گاز و غبار قرار دارد که زمینه‌ساز شکل‌گیری سیارات است. ماده داخل این قرص با چرخش به دور ستاره، تجمیع یافته و در نهایت سیارات را پدید می‌آورد؛ فرآیندی مشابه ایجاد شکاف و حلقه‌ها توسط ماه‌های شبانی در اطراف حلقه‌های زحل.

آن‌چه داده‌های JWST را برجسته می‌کند، دقت بسیار بالای تصاویر است. برای نخستین بار ستاره‌شناسان توانستند نه تنها سیاره‌ای درون قرص پیش‌سیاره‌ای را شناسایی کنند، بلکه شواهدی برای صحت پیش‌بینی‌های نظری در مورد تعامل سیارات شکل‌گیرنده با ماده تولدشان بیابند. محور چرخش TWA-7 رو به زمین است که دیدی واضح از قرص و سه حلقه متمایز آن ارائه داده است. با هدف‌گیری شکاف‌های بین این حلقه‌ها، JWST موفق به شناسایی جرمی کم‌نور در فاصله زاویه‌ای ۱.۵ ثانیه کمانی از ستاره شد؛ که به عنوان سیاره سرد و سبک‌تر از مشتری TWA-7b تأیید شده است. تحلیل‌ها نشان می‌دهد جرم این سیاره به زحل نزدیک است.

پیامدها برای علم سیارات فراخورشیدی و آینده اکتشافات

تصویربرداری موفق از TWA-7b نقش کلیدی JWST را در گسترش مرزهای دانش سیارات فراخورشیدی نمایان می‌سازد. برخلاف روش‌های غیرمستقیم یا روش‌های مبتنی بر بررسی تغییرات نور ستاره، تصویربرداری مستقیم اجازه می‌دهد تا ویژگی‌های جوی و ساختار داخلی سیارات را به طور بی‌واسطه مطالعه کنیم.

تیم پژوهشی TWA-7b را گزینه‌ای عالی برای مطالعات طولانی مدت، به ویژه برای مدل‌سازی تعامل پویا سیارات جوان با بقایای قرص سیاره‌ساز، می‌داند. فاصله زاویه‌ای قابل توجه این سیاره از ستاره‌اش، شرایطی ایده‌آل برای بررسی طیف‌سنجی مستقیم فراهم می‌آورد. مشاهدات آینده می‌تواند جزئیات مهمی درباره جو، دمای (تقریبا ۳۲۰ کلوین) و ساختار درونی این سیاره ارائه دهد. علاوه بر این، نتایج با غول‌های گازی منظومه شمسی قابل مقایسه است و سرنخ‌هایی بنیادی درباره روند تکامل و تنوع سیارات در اختیار دانشمندان قرار می‌دهد.

به گفته تیم دکتر لاگرانژ: «ابزار MIRI تلسکوپ جیمز وب عصر جدیدی را در مطالعه سیارات با جرم کمتر از مشتری از طریق تصویربرداری مستقیم آغاز کرده است.» آنان معتقدند کشف TWA-7b تنها آغاز راه است و با ادامه فعالیت‌های JWST، احتمالا سیارات فراخورشیدی بسیار کوچک‌تر و سردتری نیز شناسایی خواهد شد؛ دنیایی که تا پیش از این قابل رصد نبودند.

جمع‌بندی

تصویربرداری مستقیم از TWA-7b توسط تلسکوپ جیمز وب نقطه عطفی در کاوش سیارات فراخورشیدی محسوب می‌شود. با ثبت تصاویر کوچک‌ترین دنیای بیگانه با مشاهده مستقیم، مرزهای شناخته شده سامانه‌های سیاره‌ای فراتر رفت و راه‌های جدیدی برای بررسی منشأ و گوناگونی سیارات در سراسر کهکشان گشوده شد. موفقیت JWST نویدبخش عصری تازه در اکتشافات نجومی است؛ عصری که درک ژرف‌تری از فرآیند شکل‌گیری و تحول سیارات، چه در مناطق آشنا و چه در گوشه‌های ناشناخته کیهان، به ارمغان خواهد آورد.