قابلیت جدید یک تلسکوپ فضایی برای مطالعه سیاره‌های در حال مرگ

ستاره‌شناسان قبل از مشاهده اولین سیاره فراخورشیدی در مدار یک شبه‌ستاره خورشیدی در سال ۱۹۹۵، تنها به منظومه شمسی برای مدل‌سازی دسترسی داشتند. از آن زمان، بررسی‌ دانشمندان توسط تلسکوپ‌های زمینی و فضایی منجر به شناسایی هزاران سیاره فراخورشیدی شد. اکنون ستاره‌شناسان به لطف تلسکوپ‌های نسل جدید مانند «تلسکوپ فضایی جیمز وب»(JWST)، حتی می‌توانند آنها را توصیف کنند.

به نقل از یوتی، در میان سیارات فراخورشیدی مشاهده شده، هزاران سیاره با دوره تناوب کوتاه و متوسط ​​در اطراف انواع ستاره‌ها مشاهده شده است. این مشاهدات به ستاره‌شناسان این فرصت را می‌دهد تا «فرسایش مداری» را مطالعه کنند. اما تاکنون، شناسایی‌ مستقیم سیارات فراخورشیدی بسیار کم بوده است که از این نظریه پشتیبانی کنند.

طبق یک مطالعه جدید با حمایت ناسا، تلسکوپ فضایی «نانسی گریس رومن» یک تحول عظیم در این زمینه خواهد بود و فرصت‌های بسیار بیشتری را برای ستاره‌شناسان فراهم می‌کند تا سیاراتی را که مدارهایشان در حال فروپاشی است، به صورت مستقیم مطالعه کنند.

این مطالعه به سرپرستی «کایلی کاردن»(Kylee Carden) دانشجوی کارشناسی ارشد رشته نجوم در«دانشگاه ایالتی اوهایو»(OSU) انجام شده است. وی با  «اسکات گائودی»(Scott Gaud) استاد اکتشاف و فضا و محقق ارشد «دانشگاه ایالتی اوهایو» و «رابرت ویلسون»(Robert Wilson) پژوهشگر فوق دکترا در «دانشگاه مریلند»(Maryland) همراه شد.

مطالعات پیشین، شواهد غیرمستقیمی مبنی بر از بین رفتن سیارات در منظومه‌های ستاره‌ای جوان نشان می‌دهند که در نهایت توزیع سیاره‌ای آنها را شکل می‌دهد. این موضوع در مورد سیارات «مشتری داغ» که در سرشماری فعلی سیارات فراخورشیدی بسیار رایج هستند، مشاهده شده است.

این غول‌های گازی که در نزدیکی ستاره‌های خود می‌چرخند، منجر به کنجکاوی بسیاری از دانشمندان شده‌اند، زیرا اعتقاد بر این بود که غول‌های گازی فقط می‌توانند در فواصل دورتر از ستاره‌های خود تشکیل شوند.

«کاردن» می‌گوید: این یافته‌ها نشان می‌دهد که منظومه‌های جوان توسط مهاجرت سیاره‌ای شکل می‌گیرند. اول اینکه مطالعات متعددی نشان داده‌ است که ستاره‌هایی که میزبان سیارات عظیم و نزدیک به هم  هستند، از حد متوسط ​​جوان‌ترند. این نکته می‌تواند نشان‌دهنده مکانیسم تخریب مشتری داغ باشد.

وی افزود: دوم اینکه مشتری‌های داغ، کمتر در اطراف «ستارگان زیرغول»(subgiant stars) نسبت به ستارگان رشته اصلی یافت می‌شوند. از آنجایی که انتظار می‌رود «فرسایش مداری» برای سیاراتی که به دور زیرغول‌ها می‌چرخند، سریع‌تر باشد، این مسئله نکته دیگری است که «فرسایش مداری» می‌تواند به عنوان یک مکانیسم تخریب عمل کند.

«ستاره زیرغول» ستاره‌ای است که سوخت هیدروژنی آن در هسته تمام شده و در حال تبدیل شدن به یک «ستاره غول» است.

با این حال، شواهد مستقیمی از این مکانیسم تخریب وجود نداشته است و تنها دو مورد مشاهده‌ شده از این نظریه پشتیبانی می‌کنند. این موارد شامل یک «مشتری داغ» موسوم به «WASP-۱۲b» است که آنقدر نزدیک به ستاره مادر خود می‌چرخد که در حال از هم پاشیدن است و یک مشتری داغ دیگر موسوم به «Kepler۱۶۵۸b» که دارای مداری بسیار نزدیک به ستاره خود و دوره مداری بسیار کوتاه است.

با این وجود، دانشمندان انتظار دارند این وضعیت به لطف استقرار «RST» در سال ۲۰۲۷ با بررسی مجموعه‌ای از داده‌های جامعه مرکزی مانند «بررسی دامنه زمانی برآمدگی کهکشانی»(GBTDS)، به زودی تغییر کند.

«بررسی دامنه زمانی برآمدگی کهکشانی» سرشماری بی‌سابقه‌ای از «سیارات فراخورشیدی» کشف‌شده را توسط «ریزهمگرایی گرانشی»(gravitational microlensing) ستارگان پس‌زمینه ارائه خواهد داد. این موضوع یکی از اهداف مهم ماموریت « تلسکوپ فضایی رومن» است.

کاردن گفت: ماموریت «GBTDS» در «تلسکوپ رومن» قرار است به رصد منطقه «برآمدگی کهکشانی» بپردازد. این منطقه، مکانی متراکم از ستاره‌ها در نزدیکی مرکز کهکشان ماست. طی تخمین‌های زده شده «رومن» به تنهایی حدود ۱۰۰ هزار سیاره در حال عبور را شناسایی خواهد کرد. با وجود همه این سیارات، همراه با مجموعه داده‌های دقیق می‌توانیم به دنبال «فرسایش مداری» باشیم و تخمین اولیه ما این است که تقریباً ۵ تا ۱۰ مورد پدیده «فرسایش مداری» قابل شناسایی خواهد بود.

ماموریت «GBTDS» از ابزار «میدان دید وسیع »(WFI) در «رومن» و ابزار حساس «پرتو نزدیک به فروسرخ »(NIR) برای انجام مشاهدات با دقت بالا به سمت مرکز کهکشان راه شیری استفاده خواهد کرد. این تلسکوپ فضایی به اندازه کافی حساس خواهد بود تا سیاره‌ها را تا ۲۶ هزار سال نوری دورتر شناسایی کند.

نیروی گرانشی این اجرام، انحنای فضا و زمان اطراف آنها را تغییر می‌دهد و باعث می‌شود نور ستاره پس‌زمینه تحریف و دچار بزرگنمایی شود. این هم‌ترازی‌ها به عنوان یک عدسی عمل می‌کنند و باعث افزایش ناگهانی روشنایی می‌شوند که اخترشناسان را از رویدادهای «ریزهمگرایی» آگاه می‌کند.

این به تلسکوپ «رومن» اجازه می‌دهد که تا ۶۵ هزار و ۲۳۰ سال نوری و در مناطق کشف نشده کهکشان راه شیری سیارات فراخورشیدی را شناسایی کند. این امر سرشماری جدیدی از «سیارات فراخورشیدی» ایجاد خواهد کرد که بسیار کامل‌تر است.

کاردن گفت: این تلسکوپ، سیارات فراخورشیدی را در فاصله بسیار دورتر از خورشید شناسایی خواهد کرد و به ما نشان می‌دهد که تراکم کهکشانی سیارات فراخورشیدی چگونه است.

وی خاطرنشان کرد: ما به کمک «تلسکوپ رومن» متوجه می‌شویم که آیا «فرسایش مداری» یک پدیده رایج است و آیا معمولاً سرنوشت نهایی سیارات نزدیک به خورشید، مارپیچ شدن به درون ستارگانشان است یا خیر. این تلسکوپ همچنین به ما کمک خواهد کرد تا فیزیک اتلاف جزر و مدی در ستارگان را بهتر درک کنیم.

این یافته‌ها می‌تواند مدل‌های فعلی را برای چگونگی شکل‌گیری و تکامل سامانه‌ها مانند منظومه شمسی متحول کند. سال‌هاست که ستاره‌شناسان گمان می‌کنند که منظومه شمسی اولیه بسیار متفاوت از آنچه امروز به نظر می‌رسد، بوده است.

همچنین این اطلاعات می‌تواند مطالعات اخترشناسی را به روز کند و به دانشمندان اجازه دهد تا یاد بگیرند که چگونه سیارات در «منطقه سکونت»(HZ) یک ستاره قرار می‌گیرند و منجر به شکل‌گیری حیات می‌شوند.

این مطالعه در حال حاضر برای انتشار در مجله The Astronomical Journal در دست بررسی است.