این پرسش یکی از معماهای مهم اخترشناسی فراخورشیدی است که یک پژوهش تازه منتشرشده در The Astronomical Journal تلاش کرده به آن پاسخ دهد. در این مطالعه، گروهی از پژوهشگران دانشگاه توکیو به بررسی روند تکامل مداری مشتریهای داغ پرداختهاند، بهویژه اینکه این سیارات در ابتدا از کجا شروع کردهاند و چگونه به مدارهای بسیار نزدیک به ستارههایشان رسیدهاند. نتایج این پژوهش میتواند به دانشمندان کمک کند تا درک دقیقتری از شکلگیری و تحول سیارات فراخورشیدی به دست آورند و در نهایت، پیامدهای آن را برای جستوجوی حیات فراتر از زمین بهتر بفهمند.
برای انجام این تحقیق، پژوهشگران از مجموعهای از معادلات ریاضی استفاده کردند و بیش از ۵۰۰ سیارهی مشتریگون داغ را مورد بررسی قرار دادند. هدف آنها تعیین منشأ مداری این سیارات در چارچوب دو فرایند شناختهشده بود: «مهاجرت دیسکی» و «مهاجرت با خروج از مرکزیت بالا» یا همان HEM. مهاجرت دیسکی به حالتی گفته میشود که مدار یک سیاره در زمانی تغییر میکند که سیاره هنوز درون دیسک پیشسیارهای جوان اطراف ستارهاش قرار دارد. در مقابل، مهاجرت با خروج از مرکزیت بالا زمانی رخ میدهد که مدار سیاره بهشدت کشیده (بیضوی) میشود و سپس بهتدریج، در اثر برهمکنشهای گرانشی و کشندی، به یک مدار تقریباً دایرهای تبدیل میگردد.
تمرکز اصلی این پژوهش بر مقایسهی مقیاسهای زمانی این دو فرایند بود؛ بهعبارت دیگر، پژوهشگران بررسی کردند که چه مدت زمانی طول میکشد تا یک مدار بسیار کشیده به مداری دایرهای تبدیل شود و این زمان چگونه با سن کل سامانهی سیارهای مقایسه میشود. این مقایسه میتواند سرنخ مهمی دربارهی این بدهد که کدام فرایند—مهاجرت دیسکی یا مهاجرت با خروج از مرکزیت بالا—در شکلگیری مشتریهای داغ نقش اصلی را ایفا کرده است.
در نهایت، نتایج نشان داد که برای اکثریت بسیار بزرگی از سیارات بررسیشده، زمانی که برای تبدیل مدار بسیار کشیده به مدار دایرهای لازم است، کمتر از سن سامانهی سیارهای آنهاست. این موضوع نشان میدهد که در این موارد، فرایند مهاجرت با خروج از مرکزیت بالا میتوانسته در طول عمر سامانه بهطور کامل انجام شود. با این حال، پژوهشگران دریافتند که حدود ۳۰ مشتری داغ با این الگو سازگار نیستند. در این موارد خاص، مقیاس زمانی لازم برای دایرهای شدن مدار از سن سامانه بیشتر است، به این معنا که مهاجرت با خروج از مرکزیت بالا نمیتوانسته در زمان موجود به پایان برسد.
در بخش نتیجهگیری مقاله آمده است:
«در این پژوهش، ما مشتریهای نزدیکی را شناسایی کردیم که به احتمال زیاد از طریق مهاجرت دیسکی به مدارهای کنونی خود رسیدهاند. این کار با تکیه بر این ایده انجام شد که اگر مقیاس زمانی دایرهای شدن مدار یک سیاره طولانیتر از سن سامانه باشد، فرایند مهاجرت با خروج از مرکزیت بالا نمیتواند در زمان موجود کامل شود. برای این منظور، ما عامل کیفیت کشندی را بهصورت تجربی و با استفاده از توزیع خروج از مرکزیت ۵۷۸ سیاره با جرم مشتری و با جرم و شعاع اندازهگیریشده کالیبره کردیم.»
پژوهشگران در ادامه تأکید میکنند که برای دستیابی به نتایج دقیقتر، به نمونههای آماری بزرگتری نیاز است. همچنین، آنها بر اهمیت مطالعهی کجی یا انحراف (Obliquity) دیسکهای پیشسیارهای تأکید دارند و اینکه این ویژگی چگونه میتواند بر فرایند مهاجرت دیسکی تأثیر بگذارد. از دید این گروه، بررسی دادههای آرشیوی تلسکوپ فضایی کپلر—که اکنون بازنشسته شده—و همچنین دادههای مأموریت فعال TESS ناسا، نقش کلیدی در پیشبرد این پژوهشها خواهد داشت.
مشتریهای داغ از جذابترین اجرام شناختهشده در جهان هستند، چرا که هیچ نمونهی مشابهی در منظومهی شمسی ما ندارند. در منظومهی شمسی، غولهای گازی مانند مشتری در فاصلههای بسیار دورتر از خورشید گردش میکنند. جالب آنکه نخستین سیارهی فراخورشیدی تأییدشده در سال ۱۹۹۵، یک مشتری داغ بود؛ کشفی که بلافاصله درک ما از چگونگی شکلگیری و تحول سامانههای سیارهای را به چالش کشید. از آن زمان تاکنون، دانشمندان وجود حدود ۵۰۰ تا ۶۰۰ مشتری داغ را تأیید کردهاند که تقریباً یکدهم کل سیارات فراخورشیدی شناختهشده را تشکیل میدهند.
علاوه بر افزایش تعداد کشفیات، شناخت ما از نحوهی شکلگیری و تحول این سیارات نیز بهطور قابلتوجهی گسترش یافته است، بهویژه در این زمینه که آیا مدارهای آنها از ابتدا تا این حد به ستارههای میزبان نزدیک بوده یا اینکه در ابتدا در فاصلههای بسیار دورتری شکل گرفته و سپس به درون مهاجرت کردهاند.
نام «مشتری داغ» بهدلیل مدارهای بسیار نزدیک این سیارات به ستارههایشان به آنها داده شده است. دورهی مداری این سیارات معمولاً بین ۱ تا ۱۰ روز است و برخی از آنها حتی در کمتر از یک روز یک دور کامل به دور ستارهی خود میچرخند. در سالهای اولیهی کشف سیارات فراخورشیدی، نسبت مشتریهای داغ به سایر انواع سیارات بسیار بیشتر از امروز به نظر میرسید؛ موضوعی که عمدتاً به محدودیتها و نوپا بودن روشهای کشف در آن زمان بازمیگشت. با پیشرفت فناوری و روشهای رصدی، این نسبت کاهش یافته، اما منشأ مشتریهای داغ همچنان یک معمای حلنشده باقی مانده است.
دانشمندان هنوز بر سر این موضوع بحث میکنند که آیا این سیارات سوزان نتیجهی مهاجرت دیسکی هستند یا حاصل مدارهایی با خروج از مرکزیت بسیار بالا. هرچند دماهای بسیار بالای مشتریهای داغ—و هر قمر احتمالی آنها—امکان وجود حیات بهشکلی که ما میشناسیم را عملاً از بین میبرد، اما مطالعهی آنها میتواند سرنخهای ارزشمندی دربارهی شکلگیری و تکامل سیارات فراخورشیدی در اختیار ما بگذارد.
اینکه پژوهشگران در سالها و دهههای آینده چه بینشهای تازهای دربارهی مشتریهای داغ به دست خواهند آورد، پرسشی است که تنها گذر زمان به آن پاسخ خواهد داد. و درست به همین دلیل است که علم را ادامه میدهیم.
همیشه علم را دنبال کنید و همیشه به آسمان نگاه کنید!
