سیارات فراخورشیدی مشابه زمین – که به آنها سیاره های فراخورشیدی نیز گفته می شود – چقدر رایج هستند و برای یافتن آنها باید کدام سیستم های فراسیاره ای را مورد هدف قرار دهیم؟ این همان چیزی است که یک مطالعه اخیرا ارائه شده امیدوار است به آن بپردازد، زیرا تیمی از محققان اهداف بالقوه برای رصدخانه جهان‌های قابل سکونت برنامه‌ریزی شده (HWO) را بررسی کردند، که در طول بررسی دهه‌ای در نجوم و اخترفیزیک ۲۰۲۰ (Astro2020)توصیه شد و قرار است در سال ۲۰۲۰ پرتاب شود. دهه ۲۰۴۰ مهم‌تر از همه، HWO از روش تصویربرداری مستقیم برای شناسایی سیارات فراخورشیدی استفاده می‌کند و این مطالعه پتانسیل ایجاد یک رویکرد علمی مقرون‌به‌صرفه‌تر برای شناسایی و مطالعه سیارات فراخورشیدی را دارد.
در اینجا، Universe Today درباره این تحقیق باورنکردنی با دکتر استفان کین، که پروفسور اخترفیزیک سیاره‌ای در UC Riverside و نویسنده اصلی این مطالعه است، در مورد انگیزه پشت این مطالعه، نتایج قابل توجه، نامزدهای احتمالی سیستم برای شناسایی زمین‌های بیرونی، بحث می‌کند. اهمیت استفاده از روش تصویربرداری مستقیم و اینکه چگونه این تحقیق می تواند بر بررسی دهه ۲۰۳۰ تأثیر بگذارد. بنابراین، انگیزه پشت این مطالعه چه بوده است؟
دکتر کین به Universe Today می‌گوید: رصدخانه جهان‌های قابل سکونت (HWO) یک مأموریت تصویربرداری مستقیم است که بالاترین اولویت را در آخرین بررسی دهه‌ای اخترفیزیک قرار داد. بخشی از تلاش فعلی انتخاب مناسب ترین ستاره هایی است که هدف رصد HWO قرار می گیرند. در حال حاضر لیستی از ۱۶۴ ستاره در لیست هدف HWO وجود دارد که جامعه با آنها کار می کند. از آنجایی که برخی از اهداف HWO قبلاً سیاراتی دارند، من یک تجزیه و تحلیل دینامیکی از این سیستم ها انجام دادم تا تعیین کنم که آیا یک سیاره زمینی در منطقه قابل سکونت (HZ) می تواند مداری پایدار داشته باشد یا خیر.
از ۱۶۴ ستاره در این مطالعه، ۳۰ ستاره در مجموع میزبان ۷۰ سیاره شناخته شده هستند: ۱۱ منظومه با ۱ سیاره، ۷ منظومه با ۲ سیاره، ۶ منظومه با ۳ سیاره، ۴ منظومه با ۴ سیاره، ۱ منظومه با ۵ سیاره و ۱ منظومه ای با ۶ سیاره این منظومه با ۵ سیاره HD 75732 است که بیشتر با نام ۵۵ Cancri شناخته می شود و تقریباً ۴۱ سال نوری از زمین فاصله دارد. اندازه این پنج سیاره بین ۸ جرم زمین (سیاره e) و تقریباً ۳ جرم مشتری (سیاره d) است، با مدار سیاره f حداقل تا حدی در سراسر مدار تقریبی ۲۶۰ روزه خود از HZ عبور می کند. این منظومه با ۶ سیاره HD 219134 است که Gliese 892 نیز نامیده می شود و تقریباً در فاصله ۲۱ سال نوری از زمین قرار دارد. اندازه این شش سیاره بین ۴.۳۷ جرم زمین (سیاره c) تا بیش از ۹۸ جرم زمین (سیاره h) متغیر است، که بر اساس مطالعه سال ۲۰۱۵ و مطالعه سال ۲۰۲۱، فرض شده است که مدار سیاره g تا حدی از HZ در طول مدار خود عبور می کند.
برای این مطالعه، محققان از مجموعه‌ای از مدل‌های کامپیوتری برای محاسبه اندازه منطقی منطقه قابل سکونت هر ستاره استفاده کردند که به آن منطقه قابل سکونت پویا (DVHZ) گفته می‌شود. این تیم سپس یک سیاره زمینی را در منطقه قابل سکونت قرار داد تا مشخص شود که آیا می تواند مداری پایدار را برای مدت ۱۰،۰۰۰،۰۰۰ سال مدل کامپیوتری بر اساس جمعیت فعلی سیاره در هر سیستم، که به عنوان معماری سیستم نیز شناخته می شود، حفظ کند. بنابراین، مهمترین نتایج حاصل از مطالعه چه بوده است و چه مطالعات بعدی در حال انجام است؟
دکتر کین به Universe Today می گوید: ما ۳۰ ستاره در لیست هدف HWO را بررسی کردیم و دریافتیم که ۱۱ مورد از آنها HZ دارند که به شدت تحت تأثیر حضور یک سیاره غول پیکر در منظومه قرار گرفته است. این نشان می‌دهد که باید تجزیه و تحلیل دقیق‌تری از ستارگان هدف HWO انجام شود تا مشخص شود آیا آنها ممکن است مشکلات دینامیکی مشابهی داشته باشند یا خیر. ما در حال برنامه ریزی برای بررسی دقیق سرعت شعاعی این ستاره ها برای جستجوی سیارات اضافی هستیم.
دکتر کین به Universe Today می‌گوید که کدام سیستم‌های فراسیاره‌ای امیدوارکننده‌ترین نامزدها برای شناسایی زمین‌های بیرونی هستند، در واقع، کاری که ما در مطالعه خود انجام می‌دهیم شناسایی کمترین اهداف امیدوارکننده با رد حضور سیارات جرم زمین در HZ آن سیستم ها در میان این منظومه‌ها، ستاره درخشان پی منسای (pi Mensae) است که میزبان سیاره‌ای غول‌پیکر است که مدارش آن را مرتباً در HZ می‌فرستد و اطمینان می‌دهد که هیچ سیاره قابل سکونتی نمی‌تواند در آنجا وجود داشته باشد.
شناسایی و مطالعه سیارات فراخورشیدی از طریق انواع روش‌های تشخیص، از جمله عبور، سرعت شعاعی، میکرولنز گرانشی، زمان‌بندی و تصویربرداری مستقیم انجام می‌شود. برای روش ترانزیت، اخترشناسان داده‌هایی را در مورد شیب نور ستاره جمع‌آوری می‌کنند که وقتی یک سیاره فراخورشیدی از مقابل آن عبور می‌کند رخ می‌دهد. برای روش سرعت شعاعی، اخترشناسان تکان‌های کوچکی را که یک ستاره هنگام کشیدن سیاره فراخورشیدی که به دور آن می‌چرخد، از خود نشان می‌دهد. برای روش میکرولنزینگ گرانشی، اخترشناسان از میدان گرانشی یک ستاره به عنوان عدسی استفاده می‌کنند که تقریباً دقیقاً با یک ستاره دور تراز است و ستاره دور را در میدان گرانشی ستاره جلویی بزرگ‌نمایی می‌کند. وقتی این اتفاق می افتد، میدان گرانشی یک سیاره فراخورشیدی فعلی در ستاره جلویی بر میدان گرانشی ستاره جلویی تأثیر می گذارد.
برای روش زمان‌بندی، که روش تغییر زمان گذر نیز نامیده می‌شود، اخترشناسان از داده‌های یک سیاره فراخورشیدی استفاده کردند که با استفاده از روش گذر کشف شده بود تا با تشخیص تغییرات در زمان‌بندی اولین سیاره ناشی از سیاره دیگر، سیارات دیگر را در منظومه بیابند. . برای روش تصویربرداری مستقیم، اخترشناسان از یک تاج نگار برای جلوگیری از درخشندگی یک ستاره استفاده کردند و سیارات فراخورشیدی را که در غیر این صورت در تابش خیره کننده ستاره گم می شدند، آشکار کردند.
از ۵۷۴۳ سیاره فراخورشیدی تایید شده توسط ناسا، ۷۴.۵ درصد مربوط به روش ترانزیت، ۱۹ درصد از روش سرعت شعاعی، ۳.۹ درصد مربوط به میکرولنز، ۱.۴ درصد از روش تصویربرداری مستقیم، ۰.۵۲ درصد مربوط به روش تغییر زمان گذر است. با باقی مانده از روش‌های دیگر، از جمله تغییرات زمان‌بندی خورشید گرفتگی، مدولاسیون روشنایی مداری، زمان‌بندی تپ‌اختر، اخترسنجی، تغییرات زمان‌بندی ضربانی، و سینماتیک دیسک. با برنامه ریزی رصدخانه جهان های قابل سکونت، اخترشناسان قصد دارند از روش تصویربرداری مستقیم استفاده کنند، علیرغم اینکه این رصدخانه به یکی از کمترین تعداد سیارات فراخورشیدی کشف شده دست می یابد. بنابراین، چرا روش تصویربرداری مستقیم برای ماموریت HWO انتخاب شد و آیا تصویربرداری مستقیم مناسب ترین روش برای شناسایی زمین های خارجی است؟ اگر نه، کدام روش(های) بهتر کار می کند
دکتر کین به Universe Today می‌گوید: ما در حال حاضر عمدتاً از روش‌های غیرمستقیم برای شناسایی سیارات فراخورشیدی استفاده می‌کنیم. اگرچه این روش‌ها را می‌توان برای استنباط ویژگی‌های سیاره‌ای مانند جرم، شعاع، و برخی ترکیبات جوی استفاده کرد، اما این تنها برای تعداد بسیار محدودی از سیارات قابل دستیابی است. تصویربرداری مستقیم اطلاعات بیشتری مانند ترکیب دقیق اتمسفر را ارائه می دهد و حتی ممکن است برای استنباط توپوگرافی سطح و سرعت چرخش استفاده شود.
همانطور که اشاره شد، HWO در طول بررسی دهه‌ای در مورد اخترشناسی و اخترفیزیک ۲۰۲۰ (Astro2020) توصیه شد. این مورد اخیر توسط شورای ملی تحقیقات آکادمی ملی علوم حمایت می‌شود و گزارشی است که تقریباً هر ۱۰ سال یکبار برای تعیین وضعیت فعلی رشته نجوم و اخترفیزیک و جهت تحقیقات ۱۰ سال بعد انجام می‌شود. علاوه بر پیگیری تحقیقات بیشتر در مورد سیاهچاله‌ها، ستاره‌های نوترونی و تکامل کهکشان‌ها، Astro2020 همچنین بر جستجوی سیارات فراخورشیدی قابل سکونت و حیات فرازمینی تأکید کرد و HWO از مأموریت‌های پیشنهادی قبلی به نام رصدخانه زیست‌پذیر سیاره فراخورشیدی (HabEx) و نور ماوراء بنفش بزرگ نقشه‌بردار (LUVOIR) متولد شد. بنابراین، با توجه به توصیه HWO توسط نظرسنجی دهه ۲۰۲۰، نتایج حاصل از این مطالعه چگونه می‌تواند بر HWO در بررسی دهه ۲۰۳۰ تأثیر بگذارد؟
دکتر کین به Universe Today می گوید: نتایج ما فهرست هدف HWO را اصلاح می کند و بنابراین خروجی علمی این مأموریت را تقویت می کند. حذف اهداف روشن در نزدیکی ممکن است به این معنی باشد که HWO باید به سمت اهداف کم نورتر و دورتر حرکت کند که به نوبه خود ممکن است برای رسیدن به اهداف مشابه به تلسکوپ بزرگتری نیاز داشته باشد. HWO یک ماموریت هیجان انگیز است و بینش های باورنکردنی در مورد شیوع سیارات قابل سکونت ارائه می دهد. همانطور که در مورد نزدیکترین سیستم های سیاره ای بیشتر می آموزیم، شانس موفقیت HWO را بسیار افزایش خواهیم داد.
HWO چگونه به کشف سیارات فراخورشیدی مشابه زمین در سال ها و دهه های آینده کمک خواهد کرد؟ فقط زمان مشخص خواهد کرد و به همین دلیل است که ما علم داریم!
مثل همیشه، به علم ادامه دهید و به جستجو ادامه دهید!
