آشكار سازی جهانهای دور

تاسال ۱۹۹۹ ,ستاره شناسان قاطعانه وجود۳۰ سیاره فراخورشیدی را تصدیق كرده بودند اما ما واقعاً هیچ چیز درباره ی آنهابه جز جرم و مدارشان نمی دانستیم

● ستاره شناسان تا كنون بیش از ۱۶۰ سیاره بیرون از منظومه خورشیدی كشف كرده اند.واقعاً این دنیاها چه شكلی هستند؟

تاسال ۱۹۹۹ ،ستاره شناسان قاطعانه وجود۳۰ سیاره فراخورشیدی را تصدیق كرده بودند. اما ما واقعاً هیچ چیز درباره ی آنهابه جز جرم و مدارشان نمی دانستیم . برای اینكه حتی به آسانترین سوالات درباره خصوصیات فیزیكی آنها پاسخ دهیم، می بایست سیاره ای دارای گذر (Transit) كشف می كردیم كه از مقابل ستاره ی اصلی بگذرد به طوری از روی زمین قابل مشاهده باشد. طبق قوانین احتمالات و تعداد در حال افزایش سیارات بیرونی (فرا خورشیدی )، می دانستیم كه جسم عبور كننده بالاخره در هر زمانی كشف خواهد شد.

من(نویسنده مقاله) آن قدر به این یقین داشتم كه بعد از تعطیلاتی یك ماهه ودوری از تلفن،ایمیل و روزنامه،اولین سوالی كه پرسیدم این بود: آیا در این مدت ستاره شناسان سیاره ای دارای ترانزیت كشف كرده اند؟!

حالا ما بیش از ۱۶۰ سیاره ی بیرونی پیدا كرده ایم و میل ما برای توصیف آنها شدت یافته است.نزدیك۳۰مشتری مانندداغ مثل۵۱فرس b شناخته شده اند.

كشفیات اخیر این طبقه بندی را به اجرام داغ هم جرم نپتون و حتی اجرام داغ باجرم فوق زمین گسترش داده است.

برخلاف همدمان منظومه ای آنان، بیشتر این سیارات مداراتی با خروج از مركز خیلی بالا دارند و به طور شگفت انگیزی به ستاره ی مادر نزدیكند- در فضای كوچكی برای سیارات كوچك مثل زمین. مطلب مورد اشتراك تمام این كشفیات این است كه ساختار این سیارات گوناگون و تصادفی است، ظاهراً این احتمالات ، جرم، اندازه، فاصله از ستاره و خصوصیات دیگر را شامل می شود. تقریباً تمام سیارات بیرونی به طور غیرمستقیم و از طریق روش اثر داپلر كشف شدند، روشی كه دو شخص با نامهای آرپاول باتلرR.paul Butler) )و جفری دابلیو مارسی(Geoffrey W.Marcy) از طریق آن ،ستاره ای را برای بررسی حركت جزیی تحریك شده توسط سیاره اش، مورد مطالعه قرار دادند.

نوسان یك ستاره تنها به مدار و حداقل جرم سیارات شناخته نشده آن باز می گردد. این اندازه گیری ها سوالات زیادی را بی پاسخ می گذارند. آیا این سیارات،گازی واصولاً شبیه برجیس و كیوان هستند یا سنگی و مثل سیارات زمینی یا چیزی بین این دو هستند ؟ اگر در صفحه ای مستدیر،آنگونه كه درفرضیه شكل گیری ستارگان لازم است ،شكل گرفته اند ،چگونه دارای خروج از مركزی به این بالایی هستند ؟

آیا به مكان فعلی خود مهاجرت كرده اند؟ طبیعت و تركیبات اتمسفر آنان چگونه است؟ آیا مشتری مانندهای داغ،اتمسفرهای ضخیم دارند،یا اینكه اتمسفر آنان توسط گرمای ستاره ی مادر شان بخارشده؟آیا دارای حلقه یاقمرهایی هستند؟بااین احتمالات جالب،ستاره شناسان می خواهند فقط از دانستن اینكه این سیارات وجود دارند فراتر روند.

ما می خواهیم این داده ها را مثل سیارات منظومه ی خودمان، به جهان واقعی تعمیم دهیم. متاسفانه ما فعلاً نمی توانیم از ابزار معمولی مان برای مطالعات اجرام دوراستفاده كنیم-همچون طیف سنجی-چون درخشندگی و تشعشعات زیاد ستارگان همجوار تابش ضعیف این سیارات را می پوشاند.

برای بدست آوردن طیف یك سیاره ی بیرونی در طول موجهای مرئی، یك تلسكوپ با آینه هایی جندین هزار بار صاف تر و تكنیكهایی یك میلیون بار بهتر از تكنیكهای سد كننده ی نور ستارگان نسبت به تلسكوپهای فعلی نیاز است. خوشبختانه طبیعت با دسته ای از سیاراتش خیلی سخاوتمند است و مجموعه ای از سیارات دارای ترانزیت فراهم می كند كه ما می توانیم قبل از عكسبرداری مستقیم و انجام طیف سنجی ، مطالعاتی انجام دهیم.

در اواخر سال ۱۹۹۹، اخترشناسان اعلام كردند كه سیاره ی اچ دی ۲۰۹۴۵۸ بی از مقابل ستاره اش عبور می كند. با داشتن دوره ی تناوب ۳.۵ روزه به دور ستاره ای درخشان(قدر ۷.۶)،Rosetta stone برای نشان دادن مشخصه های سیارات فرا منظومه ای تبدیل شده است. و تعداد در حال افزایش سیارات دارای گذر این شكل را كامل می كند.

● چه چیز مخفی مانده است؟

سیارات دارای ترانزیت تنها اجرامی هستند كه ستاره شناسان خصوصیات فیزیكی آنان را می توانند اندازه بگیرند. چگالی(جرم بر حجم) اساسی ترین پارامتر فیزیكی در بین تمامشان هست، چرا كه به ما درباره ی تركیبات عمده ی سیاره می گوید. اخترشناسان می توانند جرم سیاره ی ترانزیت كننده را از انداره گیریهای سرعت شعاعی سیاره تعیین كنند و مقدار تضعیف نور ستاره به ما اندازه ی سیاره را می دهد.

از این روش ما فهمیدیم كه ۸ تا از ۹ سیاره ی دارای ترانزیت چگالیهای كمی دارند پس باید اجرام گازی باشند كه از تركیب هلیوم و هیدروژن اند( مثل مشتری و زحل).اما دو تا از سیارات بیرونی چنان عجیب و غریب هستند كه جرقه ای برای تحقیقاتی گسترده اند. اولین كشف شده ها، اچ دی ۲۰۹۴۵۸ بی، قطرهایی ۳۵% بیشتر از قطر مشتری و جرمهایی دو سوم مشتری دارتد. این اعداد نشان دهنده ی چگالی كم ۰.۳۳ گرم در هر سانتیمتر مكعب است (كم چگالیترین سیاره ی منظومه ی ما سیاره كیوان است،كه چگالی اش ۰.۶۹ g/cm۳ است).اچ دی ۲۰۹۴۵۸ بی، نسبت به وزنش خیلی بزرگ است.

غولهای گازی داغ و بزرگ متولد می شوند، اما در پیری سرد و منقبض می شوند. این سیاره هم احتمالاً قریب به اندازه و دمای برجیس منقبض و سرد شده است،اما منبع گرمایی دیگر(علاوه بر ستاره نزدیكش) كه مستمراً به داخل سیاره منتقل می شود محتمل ترین راه برای متورم ماندن سیاره است.

● منبع این انرژی از كجاست؟

شاید بادهای ستاره ای كسر كوچكی از انرژی ستاره را به سیاره منتقل می كنند. عمل همرفتی هم می تواند این انرژی را به مركز سیاره منتقل كند. ولی چرا چنین فرایندگرمسازی كلی بردیگرسیارات دارای ترانزیت شناخته شده تاثیر نمی گذارد . محتمل ترین توضیح گرم سازی كشندی است.

با این مجاورت نزدیك، ستاره ی مادر برآمدگی كشندی در اتمسفر مشتری مانند داغ ایجاد می كند. با استمرار این تورم طی میلیونها سال، ستاره ، مشتری مانند داغ را به كسب مداری مستدیر وادار می كند.

در بیشتر موارد ستاره تكانی سخت و شدید به محور چرخشی سیاره وارد می كند كه آنرا عمودی كرده و به صفحه ای مداری تبدیل می كند. اچ دی ۲۰۹۴۵۸ بی مداری دایره ای دارد، همانطور كه انتظار می رفت، ولی انحراف محوری اش اندازه گرفته نشده است.

اگر محور سیاره در اثر تشدیدكج شده باشد، تورم كشندی توسط ستاره ای كه می خواهد جنوب و شمال سیاره را در تمام ۳.۵ روز سال آن در هم ریزد، بالا می رود، و باندازه كافی گرمای درونی برای متورم نگاه داشتن سیاره را تولید می كند.

به ندرت عواملی مثل تاریخ جابجایی سیاره، زمان تصادم و وجود سیارات اضافی یك مشتری مانند داغ را به این حالت غیرعادی در می آورد، كه می تواند توضیح دهد كه چرا اچ دی ۲۰۹۴۵۸ بی تنها سیاره ی دارای ترانزیت بیرونی با این چگالی است. اخترشناسان حتی از دومین سیاره ی غول پیكر دارای ترانزیت غیرعادی، بهت زده تر شدند،اچ دی ۱۴۹۰۲۶ بی- عجیبترین حیوان در باغ وحش سیارات است.

این سیاره به طور شگفت انگیزی نسبت به حجمش چگال است(۱.۴ g/cm۳) كه باید ۵۰ تا ۷۰ درصدش از عناصر سنگین تشكیل شده باشند.اچ دی ۱۴۹۰۲۶ بی این قدر با سیاره ی ترانزیت كننده تفاوت دارد،كه به طور برجسته از هیدروژن و هلیوم تشكیل شده اند. اخترشناسان هنوز به توافق نرسیده اند كه چگونه اج دی ۱۴۹۰۲۶ بی می تواند با چنین مواد سنگینی شكل گرفته باشد(قابل قیاس با تمام موادی كه در سیارات منظومه ی شمسی ما تركیب شده اند).

نویسنده : سارا سیگر

مترجم :آرش فراست

منبع : مجله S & T فوریه ۲۰۰۶

---