سیارات با مدارهای گسترده، سیاراتی هستند که حداقل ۱۰۰ برابر فاصله زمین تا خورشید، به دور ستاره‌شان می‌گردند.
محققان می‌گویند این نوع سیارات شاید چندان هم نادر نباشند و در واقع می‌توانند نتیجه طبیعی دوره پرآشوب شکل‌گیری سیستم‌های سیاره‌ای اولیه در خوشه‌های ستاره‌ای باشند.
برخی سیارات، مانند سیاره فرضی نهم، ممکن است از نواحی داخلی سیستم خورشیدی به بیرون پرتاب شده باشند اما به دلیل نیروی گرانش ستارگان نزدیک، همچنان در سیستم باقی بمانند.
راز سیارات با مدارهای گسترده
در نواحی سرد و تاریک دوردست سیستم‌های سیاره‌ای، بسیار فراتر از محدوده سیارات شناخته‌شده، سیارات غول‌پیکر گازی و اجرام سیاره‌ای مرموز به آرامی به دور ستارگان خود می‌گردند، گاهی هزاران واحد نجومی (AU) دورتر.
سال‌هاست دانشمندان در تلاش‌اند بفهمند چگونه این سیارات با مدارهای وسیع، از جمله سیاره نهم که در منظومه شمسی ما فرض شده است، شکل گرفته‌اند.
در ۶ خرداد ۱۴۰۴، تیمی از ستاره‌شناسان اعلام کردند که شاید بالاخره پاسخ این پرسش را یافته‌اند.
نتایج مطالعه جدید
در مطالعه‌ای تازه که در مجله معتبر Nature Astronomy منتشر شده، پژوهشگرانی از دانشگاه رایس و مؤسسه علوم سیاره‌ای با استفاده از شبیه‌سازی‌های پیچیده نشان داده‌اند که سیارات با مدارهای گسترده، پدیده‌ای غیرعادی نیستند، بلکه محصول طبیعی یک مرحله پرآشوب اولیه در تکامل سیستم‌های سیاره‌ای هستند.
این مرحله زمانی رخ می‌دهد که ستارگان هنوز در خوشه‌های تولد خود به‌صورت فشرده کنار هم قرار دارند و سیارات برای تصاحب فضا در سیستم‌های پرآشوب و شلوغ با یکدیگر درگیر هستند.
توضیح از زبان پژوهشگر اصلی
آندره ایزیدورو، استادیار علوم زمین، محیط زیست و سیاره‌ای در دانشگاه رایس و نویسنده اصلی مقاله می‌گوید:
“در اصل، ما مانند تماشای توپ‌های پین‌بال در یک بازی آرکید کیهانی هستیم. وقتی سیارات غول‌پیکر از طریق تعاملات گرانشی یکدیگر را پراکنده می‌کنند، برخی از آنها به دور دست‌ها پرتاب می‌شوند. اگر زمان‌بندی و شرایط محیطی درست باشد، این سیارات از سیستم پرتاب نمی‌شوند، بلکه در مدارهای بسیار گسترده به دام می‌افتند.”
شبیه‌سازی سیستم‌های سیاره‌ای اولیه
تیم تحقیقاتی هزاران شبیه‌سازی از سیستم‌های سیاره‌ای مختلف در محیط‌های واقع‌گرایانه خوشه‌های ستاره‌ای اجرا کرد. آنها شرایط متنوعی را مدل‌سازی کردند، از سیستم‌هایی شبیه به منظومه شمسی ما با ترکیبی از سیارات گازی و یخی گرفته تا سیستم‌های عجیب‌تر با دو ستاره.
نتیجه، یک الگوی تکرارشونده بود: سیارات اغلب به دلیل ناپایداری‌های داخلی به مدارهای گسترده و بیضوی رانده شده، سپس توسط نیروی گرانش ستارگان نزدیک در خوشه تثبیت می‌شوند.
ناتان کایب، همکار پژوهشگر و متخصص ارتباطات علمی در مؤسسه علوم سیاره‌ای گفت:
“وقتی این ضربه‌های گرانشی در زمان مناسبی رخ می‌دهند، مدار یک سیاره از سیستم سیاره‌ای داخلی جدا می‌شود. این باعث ایجاد یک سیاره با مدار گسترده می‌شود که عملاً پس از پراکندگی خوشه، در جای خود ثابت می‌ماند.”
سیارات مدار گسترده و سیاره نهم
محققان سیارات با مدارهای گسترده را سیاراتی تعریف می‌کنند که محورهای بزرگ مداری آنها بین ۱۰۰ تا ۱۰,۰۰۰ واحد نجومی است، یعنی بسیار فراتر از دیسک‌های متداول شکل‌گیری سیاره‌ها.
این یافته‌ها می‌توانند به حل معمای قدیمی سیاره نهم کمک کنند، سیاره‌ای فرضی که باور می‌رود در فاصله ۲۵۰ تا ۱۰۰۰ واحد نجومی به دور خورشید گردش کند.
اگرچه این سیاره تاکنون مستقیماً مشاهده نشده، اما مدارهای عجیب چند جسم فرا نپتون نشان‌دهنده حضور آن هستند.
ایزیدورو گفت:
“شبیه‌سازی‌های ما نشان می‌دهد اگر منظومه شمسی اولیه دو مرحله ناپایداری مشخص را پشت سر گذاشته باشد – رشد اورانوس و نپتون و پراکندگی بعدی در میان سیارات گازی – احتمالاً تا ۴۰ درصد امکان دارد که جسمی شبیه سیاره نهم در آن زمان به دام افتاده باشد.”
سیارات مدار گسترده و سیارات سرگردان
جالب اینکه مطالعه، سیارات مدار گسترده را با جمعیت رو به رشد سیارات سرگردان یا آزاد پیوند می‌دهد. این‌ها سیاراتی هستند که کاملاً از سیستم‌های خود پرتاب شده‌اند.
کایب گفت:
“هر سیاره پراکنده شده به دام نمی‌افتد. اکثر آنها به فضای بین‌ستاره‌ای پرتاب می‌شوند. اما نرخ به دام افتادن آنها ارتباطی بین سیارات مدار گسترده و سیارات سرگردان ایجاد می‌کند.”
مفهوم “کارایی به دام افتادن” – احتمال اینکه یک سیاره پراکنده شده همچنان به ستاره‌اش متصل بماند – نکته کلیدی مطالعه است.
محققان دریافتند که سیستم‌های شبیه منظومه شمسی در این زمینه بسیار کارآمد هستند و احتمال به دام افتادن بین ۵ تا ۱۰ درصد دارند. سیستم‌های دیگر مثل آنهایی که فقط شامل سیارات یخی یا سیارات دوتایی هستند، کارایی کمتری داشتند.
ایزیدورو گفت:
“ما انتظار داریم تقریباً برای هر هزار ستاره، یک سیاره با مدار گسترده وجود داشته باشد. شاید این عدد کوچک به نظر برسد، اما وقتی میلیاردها ستاره در کهکشان وجود دارد، جمع بزرگی می‌شود.”
اهداف جدید برای شکارچیان سیارات فراخورشیدی
علاوه بر این، مطالعه اهداف جدید و امیدوارکننده‌ای برای جستجوی سیارات فراخورشیدی معرفی می‌کند. نشان می‌دهد که سیارات مدار گسترده احتمالاً بیشتر اطراف ستارگان با فلزات سنگین بالا که از قبل میزبان سیارات گازی هستند یافت می‌شوند. این سیستم‌ها بهترین گزینه‌ها برای کمپین‌های تصویربرداری عمیق هستند.
پژوهشگران همچنین خاطرنشان کردند اگر سیاره نهم وجود داشته باشد، احتمال کشف آن پس از شروع کامل عملیات رصدخانه ورا سی روبین بسیار بالاست. این رصدخانه با قابلیت بی‌نظیرش در پایش دقیق و عمیق آسمان، انتظار می‌رود پیشرفت بزرگی در جستجوی اجرام دوردست منظومه شمسی ایجاد کند. این امر احتمال کشف سیاره نهم یا ارائه شواهد کافی برای رد وجود آن را افزایش می‌دهد.
ایزیدورو گفت:
“هرچه بهتر بدانیم کجا و چه چیزی را جستجو کنیم، نه تنها شانس یافتن سیاره نهم را بالا می‌بریم، بلکه پنجره جدیدی به ساختار و تکامل سیستم‌های سیاره‌ای در سراسر کهکشان باز می‌کنیم.”
