ستاره شناسان ستاره ای با مشتری داغ و ابر مشتری سرد در مدار پیدا کردند

در سال ۱۳۸۴، اخترشناسان یک سیاره فراخورشیدی (HD 118203 b) از نظر اندازه و دو برابر جرم مشتری را کشف کردند که در مداری بسیار نزدیک به Liesma (7٪ از فاصله زمین و خورشید) می چرخد و آن را به ‘مشتری داغ’ تبدیل می کند. در مطالعه اخیر، یک تیم بین المللی از ستاره شناسان از کشف دومین سیاره فراخورشیدی در این منظومه خبر دادند: یک ابر مشتری با مداری وسیع به دور ستاره خود. به طور خلاصه، آنها یک ‘سوپر مشتری سرد’ را در حومه این منظومه کشف کردند.

گرایجان ماچیه‌وسکی – دانشیار موسسه نجوم در دانشگاه نیکلاس کوپرنیک (NCU) در تورون، لهستان – این مطالعه را که به تازگی در مجله Astronomy & Astrophysics منتشر شده است، رهبری کرد. محققانی از دپارتمان نجوم و اخترفیزیک و مرکز سیارات فراخورشیدی و جهان‌های قابل سکونت در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا (PSU)، موسسه آستروفیزیکا دِ کانیارس، آژانس فضایی اسپانیایی (AEE)، مؤسسه آستروفیزیکا دِ آندلوسیا (IAA-CSIC) و مرکز بررسی‌های اخترفیزیکی در مرکز ملی کاربردهای ابررایانه (NCSA) به او پیوستند.

طبق مطالعه آنها، این سیاره (HD 118203 c) تا یازده برابر مشتری جرم دارد و در فاصله ۶ واحد نجومی (شش برابر فاصله زمین و خورشید) با دوره ۱۴ ساله به دور ستاره مادر خود می چرخد. ستاره شناسان ستاره مادر را در سال ۱۲۶۹ با استفاده از تلسکوپ دریپر، که اکنون در موسسه نجوم NCU در Piwnice، نزدیک تورون قرار دارد، کشف کردند. Liesma یک کوتوله زرد نوع G (مانند خورشید ما) است، اما ۲۰٪ پرجرم تر و دو برابر بزرگتر است. ستاره شناسان تخمین می زنند که این ستاره و کل منظومه سیاره ای آن کمی قدیمی تر از خورشید هستند (حدود ۵ میلیارد سال).

5d45540 32 — اختر نگار هنری دریپر (۱۲۶۹)، اهدایی توسط رصدخانه کالج هاروارد در سال ۱۳۲۵. اعتبار: آندری رومانسکی

در حالی که اخترشناسان می‌دانستند که سیاره‌ای نسبتاً عظیم حدود بیست سال به دور HD 118203 می‌چرخد، تنها در سال ۱۳۸۴ بود که با استفاده از اندازه‌گیری‌های سرعت شعاعی (طیف‌سنجی داپلر) تأیید شد. با این حال، این اندازه‌گیری‌ها روندی خطی را نشان می‌دهد که نشان می‌دهد ممکن است سیاره‌ای همراه با مدار وسیع‌تری وجود داشته باشد. وجود سیاره ای دیگر نشان می دهد که این منظومه دارای معماری مداری سلسله مراتبی است که می تواند به اخترشناسان کمک کند تا درباره منشأ مشتری های داغ بیشتر بدانند. همانطور که پروفسور Andrzej Niedzielski، یکی از نویسندگان این مطالعه، در یک خبر NCU توضیح داد:

«با این حال، مشاهدات داپلر نشان داد که این پایان داستان نیست، ممکن است سیاره دیگری در آنجا وجود داشته باشد. بنابراین بلافاصله این سیستم را در برنامه های رصدی خود قرار دادیم. در ابتدا، به عنوان بخشی از برنامه تحقیقاتی سیاره فراخورشیدی تورون-پنسیلوانیا، که با همکاری پروفسور الکساندر ولسچان انجام شد، ما این شی را با یکی از بزرگترین ابزارهای نوری روی زمین، تلسکوپ ۹ متری هابی-ابرلی در تگزاس ردیابی کردیم.»

نتایج آنقدر امیدوارکننده بود که تیم بین‌المللی به رصد این ستاره با استفاده از تلسکوپ ملی گالیله (TNG) در رصدخانه Roque de los Muchachos ادامه داد. اما ابتدا لازم بود که احتمال پنهان شدن سیارات بیشتری در منظومه رد شود. من مشاهدات فتومتریک به‌دست‌آمده با تلسکوپ فضایی ماهواره‌ای بررسی سیاره فراخورشیدی را تجزیه و تحلیل کردم و نشان داد که هیچ سیاره دیگری در اطراف HD 118203 بزرگ‌تر از دو برابر زمین وجود ندارد و بنابراین به اندازه کافی جرم نیست که برای مطالعه دینامیک سیستم مرتبط باشد. جولیا سیرزپوتوسکا – دانشجوی نجوم و یکی از نویسندگان این مطالعه گفت.

تا سال ۱۴۰۲، این تیم داده های جامدی از یک ابر مشتری با مداری وسیع به دست آورد که نشان می دهد HD 118203 یک سیستم سیاره ای سلسله مراتبی است. پروفسور ماسیجوسکی گفت:

«صبر نتیجه می دهد. مشاهدات جدید جمع آوری شده در اسفند ۱۴۰۱ در تعیین پارامترهای مداری سیاره بسیار مهم بود. علاوه بر این، از آنجایی که یک سیاره چندین سال طول می کشد تا به دور ستاره خود بچرخد، ما توانستیم مشاهدات داپلر خود را با اندازه گیری های نجومی موجود ترکیب کنیم تا جرم آن را به طور واضح تعیین کنیم. این به ما این امکان را داد که یک مدل کامل از این منظومه سیاره ای بسازیم و رفتار دینامیکی آن را مطالعه کنیم.»

ar685272 — ستاره شناسان NCU سیاره جدیدی را در صورت فلکی دب اکبر کشف کردند. اعتبار: آندری رومانسکی

پیکربندی عجیب و غریب است، جایی که یک سیاره از نزدیک با ستاره خود می چرخد (با تشکیل یک جفت) در حالی که سیاره دوم به اندازه کافی به دور آنها می چرخد تا جفت دیگری را با سیاره اول تشکیل دهد. در حالی که هر دو سیاره پرجرم هستند و مدارهای نسبتاً کشیده ای دارند، تأثیر گرانشی متقابل آنها باعث بی ثباتی سیستم در طی چندین سال نمی شود. طبق مطالعه آنها، این به دلیل تأثیرات نسبیت عام است که از تغییر مداوم شکل مدارها و جهت گیری سیارات در فضا جلوگیری می کند.

این امر HD 118203 را به یکی از معدود سیستم‌های سلسله مراتبی شناخته شده برای ستاره‌شناسان تبدیل می‌کند که به بررسی نظریه‌های چگونگی تشکیل سیارات پرجرم کمک می‌کند. این به نوبه خود به اخترشناسان اجازه می دهد تا درباره شکل گیری و تکامل غول های گازی در منظومه شمسی – مشتری، زحل، اورانوس و نپتون، اطلاعات بیشتری کسب کنند. این تیم بین‌المللی همچنین قصد دارد به جمع‌آوری داده‌ها در مورد این سیستم به امید یافتن سیارات فراخورشیدی اضافی ادامه دهد.