افشای یکی از رازهای مشتریهای داغ بزرگ
مطالعهی سیارههای فراخورشیدی به اطلاعات خارقالعادهای منجر شده است. از میان هزاران سیارهای که تاکنون کشف شده است، بسیاری از آنها از خورشید منظومهشان بزرگتر هستند. برای مثال، اکثر غولهای گازی که در نزدیکی ستارههایشان به گردش میپردازند، جرمی مشابه با مشتری یا زحل داشتهاند، اما از اندازهی بسیار بزرگتری هم برخوردار بودند.
از زمانی که اخترشناسان برای نخستین بار محدودیتهایی برای غولهای گازی فراخورشیدی قائل شدند، این راز بهقوت خود باقی مانده است که چرا این سیارهها به این قدر بزرگ هستند؟ به پاس اکتشاف اخیر سیارههای دوقلو در منظومهی «k2-132» و «k2-97» که گروهی از موسسهی اخترشناسی دانشگاه هاوایی و با کمک دادههای حاصل از عملیات کپلر موفق به آن شد، دانشمندان اعلام کردند که به پاسخ نزدیکتر میشویم.
این مطالعه که به جزئیات اکتشاف فوق میپردازد، اخیراً در مجلهی Astrophysical منتشر گردید. گروه تحقیق توسط «ساموئل کی گرانبلات» دانشجوی فارغالتحصیل در دانشگاه هاوایی، رهبری میشد و اعضایی از موسسهی اخترشناسی سیدنی، مرکز اخترفیزیک هاروارد اسمیتسونیان، مرکز پروازهای فضایی گودارد ناسا، موسسهی SETI و چندین دانشگاه و موسسهی تحقیقاتی در این مطالعه به ایفای نقش پرداختهاند.
به دلیل ماهیت داغ این سیارهها، اندازههای غیرعادیشان میتواند به گرمایی مربوط باشد که در بیرون و درون جو آنها جریان پیدا میکند. نظریههای گوناگونی برای توضیح این فرآیند ارائه شده است، اما ابزارهای آزمایش آنها همچنان در اختیاز نیست. گرانبلات اینگونه توضیح میدهد: «از آنجا که ما میلیونها سال برای دیدن چگونگی تکامل منظومهای خاص، سیارهای در اختیار نداریم، تایید یا رد نظریههای تورم سیاره امری دشوار بوده است.»
گرانبلات و همکارانش برای بررسی دقیق این مساله به جستجوی دادههای جمعآوری شده توسط عملیات کپلر ناسا پرداختند تا مشتریهای داغی را بیابند که به دور ستارههای غولپیکر سرخ میچرخند. اینها ستارههایی هستند که از زنجیرهی اصلی عمرشان خارج شده و به مرحلهی شاخهی غولپیکر سرخ «RGB» وارد شدهاند. در این مرحله، انبساط وسیع و کاهش دمای سطحی روی میدهد. در نتیجه، ستارههای غولپیکر سرخ از سیارههایی که در نزدیکی آنها میچرخند، پیشی میگیرند و سیارههایی که زمانی در نقطهی دوری بودند، شروع به چرخش در نزدیکی خواهند کرد.
بر طبق نظریهی ارائه شده توسط «اریک لوپز»، عضو هیئت مدیرهی کاوش و علوم گودارد ناسا، مشتریهای داغی که به دور ستارههای غولپیکر سرخ میچرخند، اگر خروجی انرژی مستقیم از ستارهی میزبان بهعنوان فرآیندی غالب در تورم سیارهها عمل کند، باید متورم شده باشند. تاکنون جستجوی آنها به کشف دو سیاره با نامهای K2-132b و K2-97b ختم شده است، که دورههای گردش ۹ روز، شعاع و جرم یکسانی داشتند. بر اساس مشاهدات آنها، گروه تحقیق توانست بهطور دقیق شعاع هر دو سیاره را محاسبه کرده و تعیین کند که آنها ۳۰ درصد بزرگتر از مشتری بودهاند. مشاهدات بعدی در رصدخانهی W. M. Keck واقع در هاوایی نیز نشان میدهد که سیارهها جرمی برابر با نصف جرم مشتری داشتند.
سپس گروه از مدلهایی برای بررسی تکامل سیارهها و ستارههای آنها با گذشت زمان استفاده کرد. این کار به محققان اجازه داد تا میزان گرمای جذب شده توسط سیارهها از ستارههایشان را محاسبه نمایند. با انتقال این گرما از لایههای بیرونیشان به بخشهای عمیق درونی، اندازهی سیارهها افزایش یافته و چگالیشان با کاهش مواجه گشت. نتایج آنها نشان میدهد که اگرچه سیارهها احتمالاً به تابش فزایندهای برای تورم نیاز داشتند، اما مقدار تابش دریافتیشان کمتر از میزان مورد انتظار بود.
اگرچه این مطالعه با محدودیتهایی همراه بود، اما مطالعهی گرانبلات و همکارانش با این نظریه سازگار است که میگوید، سیارههای غول گازی در اثر گرمای ستارههای میزبانشان دچار تورم شدهاند. بدین ترتیب، مطالعهی ستارههای غول سرخ و دور و اتفاقاتی که بر سر سیارههای آنها میآید، میتواند به اخترشناسان کمک کند تا رویدادهایی را که منظومهیشمسی ما تجربه خواهد کرد، پیشبینی کنند.
آقای گرانبلات در توضیحات خود خاطر نشان کرد: «مطالعهی چگونگی تحت تاثیر قرار گرفتن سیارهها به واسطه تکامل ستاره گامی رو به جلو است. با داشتن بینشی عمیقتر نسبت به نحوهی واکنش سیارهها به این تغییرات، ما میتوانیم مشخص کنیم که تکامل خورشید چگونه بر جو، اقیانوسها و حیات در زمین تاثیر خواهد گذاشت.»
امید است تحقیقات آینده بتوانند بحثها در خصوص نظریههای تورم سیارهای را پایان ببخشند. انتظار میرود جستجو برای سیارهها در اطراف ستارههای غول سرخ در سالهای آتی تشدید یابد، چرا که ماهوارهی TESS ناسا و تلسکوپ فضایی جیمز وب، در آینده به کار گرفته خواهند شد. این عملیات به ترتیب در سالهای ۲۰۱۸ و ۲۰۱۹ وارد فاز اجرایی خواهند شد.
