تولد باورنکردنی یک سیاره فراخورشیدی غول‌پیکر از یک ستاره کوچک!

یک ستاره کوچک، یک سیاره فراخورشیدی عظیم الجثه را به دنیا آورده که هنوز هیچ‌کس نمی‌داند چگونه این اتفاق محقق شده است و ستاره‌شناسان را گیج کرده است.

کد خبر: ۸۰۹۶۳۹

تاریخ: ۱۶ خرداد ۱۴۰۴ - ۰۲:۰۲

به گزارش ایران اکونومیست، مانند خانواده‌هایی که در آن والدین کوتاه‌قد، فرزندانی بلند قد دارند، یک ستاره کوتوله سرخ کوچک با درک ما از نحوه تشکیل سیارات با وجود در کنار یک سیاره فراخورشیدی غول پیکر متفاوت است.

به نقل از اسپیس، سیارات غول پیکر به خودی خود کمیاب نیستند. ما خودمان چهار سیاره از این نوع در منظومه شمسی خودمان داریم. با این حال، چنین جهان‌های بزرگی به ندرت در اطراف کوچکترین ستاره‌ها که کوتوله‌های سرخ هستند، یافت می‌شوند، چرا که کوتوله‌های سرخ به سادگی نباید مواد کافی برای تشکیل چنین جهان‌های عظیمی را داشته باشند.

این در حالی است که این درباره ستاره کوتوله سرخ «TOI-۶۸۹۴» که در فاصله ۲۳۸ سال نوری از ما قرار دارد، صادق نیست. این سیاره فقط ۲۰ درصد از جرم خورشید را دارد، اما مشخص شده است که میزبان یک سیاره غول پیکر به نام «TOI-۶۸۹۴b» است که کمی بزرگتر از زحل است، البته تنها نصف زحل جرم دارد.

کارهای آماری نشان داده است که تنها حدود ۱.۵ درصد از کوتوله‌های سرخ، سیاره‌های غول‌پیکر گازی را در خود جای داده‌اند، بنابراین «TOI-۶۸۹۴» یکی از نژادهای کمیاب است و تا حد زیادی کم‌جرم‌ترین ستاره‌ای است که با یک سیاره غول‌پیکر در حال چرخش یافت شده است.

با توجه به کمیاب بودن چنین جهان‌هایی در اطراف کوتوله‌های سرخ، یافتن این سیاره جدید در داده‌های ماهواره بررسی سیارات فراخورشیدی ناسا موسوم به «TESS» آسان نبود.

ادوارد برایانت(Edward Bryant) از دانشگاه وارویک(Warwick) که رهبری این کشف را برعهده داشت، در بیانیه‌ای گفت: من در ابتدا از طریق مشاهدات TESS از بیش از ۹۱ هزار ستاره کوتوله سرخ کم‌جرم به دنبال سیارات غول‌پیکر گشتم.

پس از کشف اینکه ماهواره TESS  سیاره فراخورشیدی «TOI-۶۸۹۴b» را در حال عبور از ستاره خود ثبت کرده است، تیم برایانت سپس آن را با طیف‌نگار «ESPRESSO»(طیف‌نگار سیارات فراخورشیدی سنگی و مشاهدات طیف‌سنجی پایدار) روی «تلسکوپ بسیار بزرگ» در شیلی مشاهده کردند. همچنین از تلسکوپ «کانادا-فرانسه-هاوایی» برای تعیین جرم آن استفاده شد.

وینسنت ون آیلن(Vincent Van Eylen)، یکی از اعضای این تیم تحقیقاتی از آزمایشگاه علوم فضایی مولارد کالج دانشگاهی لندن در بیانیه‌ای گفت: ما واقعاً نمی‌دانیم که چگونه یک ستاره با جرم کم می‌تواند چنین سیاره عظیمی را تشکیل دهد.

دو مدل برای توصیف شکل‌گیری سیارات غول‌پیکر وجود دارد. یکی از راه‌ها این است که مشتری، زحل، اورانوس و نپتون از طریق فرآیندی به نام «برافزایش هسته» شکل گرفته‌اند. یک هسته سیاره‌ای غول‌پیکر، تا ۱۰ برابر جرم زمین، ابتدا از عناصر سنگین‌تر از هیدروژن و هلیوم تشکیل می‌شود و گرانش جرم صخره‌ای بزرگ حاصل می‌تواند بخش‌های عظیمی از گاز را در فرآیندی فرار از دیسک تشکیل‌دهنده سیاره اطراف بکشد.

با توجه به اینکه کوتوله‌های سرخ ستارگان کوچک‌تری هستند، مواد موجود در دیسک تشکیل‌دهنده سیاره‌شان نیز کم است، از این رو ما سیارات کوچک‌تری را در اطراف کوتوله‌های سرخ نسبت به غول‌های گازی پیدا می‌کنیم.

محاسبات نشان می‌دهد که هسته سیاره «TOI-۶۸۹۴b» دارای ۱۲ برابر جرم زمین است. با این حال، در بررسی قبلی از ۷۰ قرص تشکیل‌دهنده سیاره در اطراف کوتوله‌های سرخ با جرم بین ۱۵ تا ۲۵ درصد خورشید، تنها ۵ عدد حاوی بیش از ۱۲ برابر جرم زمین از عناصر سنگین بودند و تنها یکی از آنها دارای فراوانی به طور قابل توجهی بیشتر از ۱۲ جرم زمین بود.

احتمال این است که سیلره «TOI-۶۸۹۴b» نباید قادر به پشتیبانی از نظریه «برافزایش هسته» باشد.

با این حال، «برایانت» سعی کرده است فرآیندی از برافزایش هسته را نصفه و نیمه در نظر بگیرد. با توجه به اینکه جرم کلی «TOI-۶۸۹۴b» کمتر از زحل است، ممکن است برای ایجاد جرم آن نیازی به فرآیند «برافزایش گریز» نباشد.

وی می‌گوید: با توجه به جرم این سیاره، «TOI-۶۸۹۴b» می‌تواند از طریق یک فرآیند برافزایش هسته میانی شکل گرفته باشد که در آن یک پیش‌سیاره تشکیل می‌شود و به طور پیوسته گازی را تشکیل می‌دهد، بدون اینکه هسته به اندازه کافی برای تجمع گاز فرار کند.

یک راه جایگزین برای تشکیل سیارات غول‌پیکر، ناشی از ناپایداری دیسک است که به موجب آن بخشی از یک دیسک تشکیل‌دهنده سیاره ناپایدار می‌شود و تحت گرانش خود فرو می‌ریزد و به یک سیاره ادغام می‌شود. این یک فرآیند تشکیل از بالا به پایین است تا برافزایش هسته از پایین به بالا، اما در جامعه نجومی در مورد اینکه آیا چنین ستارگان کم‌جرمی حتی می‌توانند ناپایداری دیسک را تجربه کنند، اختلاف نظر وجود دارد.

بنابراین، منشاء سیاره «TOI-۶۸۹۴b» همچنان یک سوال باز است، اما تلسکوپ فضایی جیمز وب(JWST) به طور بالقوه می‌تواند پاسخ را در جو این سیاره کشف کند.

سیاره «TOI-۶۸۹۴b» هر ۳.۳۷ روز یک بار در فاصله ۳.۸۹ میلیون کیلومتری به دور ستاره خود می‌چرخد. چنین غول گازی بسیار نزدیک به ستاره خود را می‌توان به عنوان یک «مشتری داغ» با دمای اتمسفر بالای صدها یا هزاران درجه سانتیگراد طبقه‌بندی کرد. با این حال ستاره «TOI-۶۸۹۴» به عنوان یک کوتوله سرخ، بیش از ۲۵۰۰ درجه سانتیگراد سردتر از خورشید ماست، به این معنی که دمای سیاره «TOI-۶۸۹۴b» فقط ۱۴۷ درجه سانتیگراد است که البته باز هم خیلی گرم است، اما به هیچ وجه داغ نیست.

آموری تریاد(Amaury Triaud) از دانشگاه بیرمنگام در بیانیه‌ای گفت: بر اساس تابش ستاره‌ای از سیاره «TOI-۶۸۹۴b» انتظار داریم که جو آن تحت سلطه شیمی متان باشد که شناسایی آن بسیار نادر است. دماها به اندازه‌ای پایین است که مشاهدات جوی حتی می‌توانند آمونیاک را به ما نشان دهند که اولین بار است که در یک جو سیاره فراخورشیدی یافت می‌شود.

پیشنهاد رصد جو «TOI-۶۸۹۴b» قبلاً به عنوان بخشی از چهارمین چرخه مشاهدات علمی تلسکوپ فضایی «جیمز وب» پذیرفته شده است که طی ۱۲ ماه آینده انجام می‌شود. علاوه بر جستجوی موادی مانند متان و آمونیاک، ویژگی‌های جوی این سیاره که برای «جیمز وب» قابل تشخیص است، می‌تواند نشان دهد که کدام مدل بین «برافزایش هسته» یا «بی‌ثباتی قرص» در مورد آن صدق می‌کند یا حتی به یک مدل کاملاً جدید نیاز است.

اگرچه سیارات غول‌پیکر اطراف ستاره‌های کوتوله سرخ نادر هستند، نمونه‌های دیگر شامل جهان‌های «LHS ۳۱۵۴b»، «GJ ۳۵۱۲b»، «GJ ۳۵۱۲c» و «TZ Ari b» هستند.

به این دلیل که کوتوله‌های سرخ رایج‌ترین نوع ستاره در کهکشان راه شیری هستند و سه چهارم از ۱۰۰ میلیارد ستاره در این کهکشان را تشکیل می‌دهند، بنابراین حتی ۱.۵ درصد از ۷۵ میلیارد، تعداد زیادی از ستاره‌های کوتوله سرخ (به طور دقیق ۱.۱۲۵ میلیارد) خواهد بود که می‌توانند میزبان سیارات غول‌پیکر باشند.

برایانت در پایان گفت: این کشف، سنگ بنایی برای درک فراوانی شکل‌گیری سیاره‌های غول‌پیکر خواهد بود.

مقاله کشف سیاره فراخورشیدی «TOI-۶۸۹۴b» به تازگی در مجله Nature Astronomy منتشر شده است.