سیستم پفی‌ترین در کهکشان راه شیری سیاره جدیدی را افشا کرد

این سیستم که «کپلر-۵۱» نام دارد، یک ستاره کوتوله زرد مشابه خورشید است که در سال۱۳۹۰کشف شد که سه سیاره فراخورشیدی در مدار آن قرار دارند؛ هر یک از این سیاره‌ها، که به نظر می‌رسید چگالی سبک‌تری نسبت به پنبه قند دارند، در یک دسته‌بندی جالب به نام «سیاره‌های فوق‌پف» قرار گرفتند. حالا، ستاره‌شناسان یک سیاره چهارم پیدا کرده‌اند و هم‌اکنون از هیجان و تعجب سرشار هستند. «سیاره‌های فوق‌پف نسبتاً نادرند و وقتی که رخ می‌دهند، معمولاً تنها سیاره‌ای از این نوع در یک سیستم سیاره‌ای هستند»، می‌گوید جسی کا لیبی-رابرتس، دانشمند سیاره‌ای از دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا. «اگر توضیح دادن اینکه چگونه سه سیاره فوق‌پف در یک سیستم شکل گرفته‌اند کافی چالش‌برانگیز نبود، حالا باید سیاره چهارم را توضیح دهیم، حتی اگر آن هم فوق‌پف نباشد. و نمی‌توانیم سیارات اضافی در این سیستم را هم نادیده بگیریم.»

ماهیت عجیب سه سیاره فراخورشیدی شناخته‌شده که به دور کپلر-۵۱ می‌چرخند در سال ۲۰۱۹ ثابت شد، زمانی که مشاهدات به ستاره‌شناسان این امکان را داد تا اندازه‌گیری‌های دقیقی از شعاع و جرم این سیارات انجام دهند. این اندازه‌گیری‌ها برای محاسبه چگالی آنها استفاده شد، که کمتر از ۰.۱ گرم در سانتی‌متر مکعب، نشان داد که هر سه سیاره در دسته‌بندی سیاره‌های فوق‌پف قرار می‌گیرند.

تیمی از ستاره‌شناسان به رهبری لیبی-رابرتس و کنتو ماسودا از دانشگاه اوساکا اولین بار به این فکر افتادند که شاید چیزهای بیشتری در این سیستم وجود داشته باشد، زمانی که برای مشاهده یکی از این سه سیاره فراخورشیدی در حال عبور تلاش می‌کردند. زمانی که سیاره فراخورشیدی بین ما و ستاره‌اش عبور می‌کند، این امکان را به ما می‌دهد که خواص سیاره را بر اساس کاهش نور ستاره اندازه‌گیری کنیم.

چون زمان‌بندی‌های مداری سیارات قبلاً اندازه‌گیری شده بود، این باید کار ساده‌ای می‌بود. اما وقتی که تلسکوپ‌ها را به سمت کپلر ۵۱ گرفتند تا عبور سیاره را با استفاده از رصدخانه آپاچی پوینت (APO) و تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) مشاهده کنند، شرایط مطابق برنامه پیش نرفت.

لیبی-رابرتس می‌گوید: «خوشبختانه ما چند ساعت زودتر شروع به مشاهده کرده بودیم تا یک مبنای اولیه تنظیم کنیم، چون ساعت ۲ صبح رسید، سپس ۳، و هنوز تغییرات روشنی در نور ستاره با استفاده از APO مشاهده نکرده بودیم.»

«بعد از بازبینی مدل‌ها و داده‌ها، متوجه کاهش جزئی در درخشندگی ستاره بلافاصله پس از شروع مشاهده با APO شدیم که در واقع آغاز عبور سیاره بود – دو ساعت زودتر از آنچه که مدل‌های ما پیش‌بینی کرده بودند، که خیلی بیشتر از بازه ۱۵ دقیقه‌ای عدم قطعیت مدل‌ها بود!»

چیزی اشتباه به نظر می‌رسید، بنابراین تیم تلاش کرد تا متوجه شود چه چیزی اشتباه است. آنها به دقت داده‌های زمان‌بندی عبور را که توسط تلسکوپ فضایی TESS ناسا جمع‌آوری شده بود و مشاهدات آرشیوی از چندین تلسکوپ زمینی بررسی کردند. آنها همچنین مشاهدات جدیدی با استفاده از هابل و رصدخانه پالومار انجام دادند.

پس از بررسی دقیق مجدد داده‌ها برای اطمینان از عدم وجود خطا، تنها توضیحی که با تمامی داده‌ها مطابقت داشت، وجود یک سیاره فراخورشیدی چهارم بود که به صورت گرانشی، سه سیاره دیگر را در یک رقص مداری پیچیده کشیده و زمان‌بندی عبور آنها را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

این سیاره فراخورشیدی چهارم «کپلر-۵۱e» نام گرفت. سه سیاره دیگر عبارتند از کپلر-۵۱b، کپلر-۵۱c، و کپلر-۵۱d.

ماسودا توضیح می‌دهد: «ما یک جستجوی به اصطلاح «نیروهای ساده» انجام دادیم و ترکیب‌های مختلف خواص سیاره‌ای را آزمایش کردیم تا مدل چهار سیاره‌ای که تمامی داده‌های عبوری جمع‌آوری‌شده در طی ۱۴ سال گذشته را توضیح دهد، پیدا کنیم.»

«ما دریافتیم که بهترین توضیح برای سیگنال این است که کپلر-۵۱e جرمی مشابه با دیگر سیارات دارد و مداری تقریباً دایره‌ای به مدت حدود ۲۶۴ روز دارد – چیزی که بر اساس دیگر سیستم‌های سیاره‌ای انتظار داریم. دیگر راه‌حل‌های ممکن که پیدا کردیم شامل سیاره‌ای با جرم بیشتر در مداری وسیع‌تر است، اما به نظر می‌رسد این احتمال کمتری دارد.»

از آنجا که هنوز مشاهده عبور کپلر-۵۱e ممکن نشده است، این احتمال وجود دارد که مدار آن با زاویه مشاهده ما هماهنگ نباشد. برای محاسبه شعاع ستاره، عبور سیاره ضروری است، بنابراین نمی‌دانیم که این سیاره چقدر بزرگ است یا چگالی آن چقدر است. اما همین که در سیستمی با سه سیاره فوق‌پف وجود دارد، خود یک عجیب‌وغریب است.

برای کشف دقیق‌تر آنچه که در حال رخ دادن است در سیستم کپلر-۵۱، نیاز به کار بیشتری است. یکی از راه‌های انجام این کار، بررسی جو سیارات عبوری پفی و دیدن دقیقاً اینکه از چه چیزی ساخته شده‌اند خواهد بود – که این دقیقاً کاری است که تیم در ابتدا در تلاش برای انجام آن بود.

همچنان تحلیل‌ها ادامه دارد.