سیاره‌ای تازه‌متولدشده زیر فشار گرمای ستاره در حال فروپاشی است

در حالی که برخی سیارات از مسیر اصلی خود خارج شده و سرگردان در فضا شناورند، بیشتر آن‌ها در منظومه‌های ستاره‌ای قرار دارند و تحت تأثیر گرانش، به‌صورت منظم به دور ستاره‌ی خود می‌گردند. اما برخی سیارات بیش‌ازحد به ستاره‌ی خود نزدیک می‌شوند و این نزدیکی پیامدهای ناگواری دارد. این سیارات فراخورشیدی اطلاعات ارزشمندی درباره جمعیت سیارات در کیهان به ما می‌دهند.

تا امروز حدود ۶۰۰۰ سیاره‌ی فراخورشیدی کشف شده‌اند و این کشفیات نشان داده‌اند که منظومه شمسی ما یک نمونه معمولی نیست. بسیاری از منظومه‌های دیگر دارای سیاراتی با ویژگی‌هایی کاملاً متفاوت از سیارات منظومه شمسی هستند و در مدارهایی قرار دارند که در منظومه ما دیده نمی‌شود. یکی از این موارد خاص، سیاره TOI-1227b است.

TOI-1227b سیاره‌ای به اندازه‌ی تقریبی مشتری است اما تنها ۲۰٪ جرم آن را دارد. این سیاره به دور یک ستاره کوتوله سرخ (M-dwarf) در فاصله‌ی حدود ۳۳۰ سال نوری از زمین می‌چرخد. در سال ۱۴۰۱ با استفاده از داده‌های ماهواره‌ی TESS ناسا کشف شد.

اما این سیاره‌ی جوان با بحران وجودی دست‌وپنجه نرم می‌کند. مدار آن به‌طرز خطرناکی نزدیک به ستاره‌اش است، تنها حدود یک‌پنجم فاصله‌ی عطارد تا خورشید. پژوهش‌های جدید نشان می‌دهد که این سیاره تنها هشت میلیون سال سن دارد؛ یعنی هنوز در دوره‌ی نوزادی خود به سر می‌برد. اما متأسفانه، به جای آنکه رشد کند، در حال از دست دادن جرم خود است.

عنوان این پژوهش «سن و محیط پرانرژی سیاره فراخورشیدی بسیار جوان TOI-1227b» است که قرار است در نشریه اخترفیزیکی (Astrophysical Journal) منتشر شود و هم‌اکنون در وب‌سایت arXiv.org در دسترس است. نویسنده اصلی مقاله، آتیلا وارگا، دانشجوی دکتری در مؤسسه فناوری راچستر در نیویورک است. TOI-1227b دومین سیاره جوانی است که تاکنون هنگام عبور از برابر ستاره‌اش شناسایی شده است.

محققان می‌نویسند:
«ما مشاهدات جدید پرتو ایکس و طیف‌نگاری نوری از ستاره‌ی TOI-1227 انجام داده‌ایم تا سن آن و تأثیر پرتوهای پرانرژی آن بر سیاره‌ی TOI-1227b را بررسی کنیم.»

ستاره‌ای که این سیاره به دورش می‌چرخد، کوچک‌تر و کم‌نورتر از خورشید است. این ستاره از نوع M-dwarf بوده و در نور مرئی، بسیار کم‌نورتر از خورشید است. اما این کم‌نوری تنها ظاهر ماجراست.

ستارگان کوتوله‌ی سرخ به دلیل فعالیت‌های فورانی شدید خود بدنام‌اند. این فوران‌ها پرتوهای ایکس قدرتمندی تولید می‌کنند. برخلاف خورشید، ستارگان M-dwarf کاملاً همرفتی هستند، یعنی جابجایی گرما در تمام درون آن‌ها اتفاق می‌افتد. این فرایند باعث ایجاد میدان‌های مغناطیسی شدید و در نتیجه فوران‌های پرانرژی می‌شود. در مورد TOI-1227b، این غول گازی جوان درست در مسیر این پرتوهای ویرانگر قرار گرفته است.

این تصویر نشان می‌دهد که ستارگان کم‌جرم از نوع M-dwarf به‌طور کامل همرفتی هستند. این همرفت باعث ایجاد فوران‌های نیرومند و ویرانگر در این ستارگان می‌شود.
اعتبار تصویر: ناسا / مرکز چاندرا / م. وایس

وارگا در یک بیانیه مطبوعاتی گفت:
«تقریباً غیرقابل تصور است که چه اتفاقی دارد برای این سیاره می‌افتد. جو این سیاره تاب تحمل چنین دوز بالایی از پرتوهای ایکس را ندارد.»

به گفته نویسندگان مقاله، مدل‌سازی‌ها نشان می‌دهد که این سیاره در حال حاضر در حال از دست دادن جو خود با نرخی حدود ۱۰¹² گرم در ثانیه است؛ یعنی حدود یک میلیون تُن جو در هر ثانیه. آن‌ها برآورد کرده‌اند که در طول یک میلیارد سال، این سیاره کل جو خود را از دست خواهد داد.

این نمودار، توزیع انرژی طیفی ستاره TOI-1227 را نشان می‌دهد.
نقاط قرمز مربوط به داده‌های فوتومتری آرشیوی از مأموریت‌های GAIA، 2MASS و WISE هستند و نقاط آبی، فوتومتری‌های ساختگی بر اساس یک مدل جوی‌اند. خط سیاه بهترین برازش مدل را نمایش می‌دهد.
از آنجا که پرتوهای ایکس در بازه‌ای بین حدود ۰٫۰۱ تا ۱۰ نانومتر قرار دارند، این نمودار نشان می‌دهد که این پرتوها به‌شدت سیاره فراخورشیدی TOI-1227b را بمباران می‌کنند.
اعتبار تصویر: وارگا و همکاران، ۲۰۲۵، نشریه اخترفیزیکی.

پرتوهای ایکس از ستاره‌هایی مانند TOI-1227 با چندین سازوکار مرتبط و پیچیده، جو سیارات را از بین می‌برند:

این پرتوها مولکول‌های جو را یونیزه و گرم می‌کنند و دمای جو را تا چند هزار درجه کلوین بالا می‌برند. در این شرایط، جو سیاره منبسط می‌شود و گرانش سیاره دیگر توان کافی برای نگه‌داشتن آن را ندارد.
مولکول‌های سبک مانند هیدروژن در چنین شرایطی به‌آسانی از جو فرار می‌کنند.
پرتوهای ایکس می‌توانند مولکول‌های آب را به هیدروژن و اکسیژن تجزیه کنند. هیدروژن بسیار سبک است و راحت‌تر از سایر عناصر از جو می‌گریزد.
پرتوهای ایکس همچنین دمای باد ستاره‌ای را افزایش می‌دهند که باعث می‌شود این بادها انرژی بیشتری داشته باشند و مؤثرتر جو سیاره را بزدایند.

جوئل کستنر، یکی از نویسندگان مقاله، می‌گوید:
«بخشی حیاتی از درک ما نسبت به سیارات خارج از منظومه شمسی این است که تأثیر تابش‌های پرانرژی مانند پرتوهای ایکس را در نظر بگیریم. ما فکر می‌کنیم این سیاره به دلیل این تابش‌ها باد کرده و منبسط شده است.»

پژوهشگران برآورد می‌کنند که این سیاره هر دویست سال، معادل دو جو زمین را از دست می‌دهد. برخلاف بسیاری از فرایندهای اخترشناسی که در مقیاس میلیون‌ها یا میلیاردها سال رخ می‌دهند، این روند بسیار سریع‌تر در حال وقوع است.

الکساندر بینکس، یکی دیگر از نویسندگان، می‌گوید:
«آینده‌ی این سیاره‌ی نوزاد چندان امیدوارکننده نیست. از این‌جا به بعد، ممکن است اندازه‌ی آن به یک‌دهم وضعیت فعلی‌اش کاهش یابد و بیش از ۱۰٪ جرم خود را از دست بدهد.»

تصویری فرضی از سیاره TOI-1227b. این سیاره به‌سرعت در حال از دست دادن جو خود است، چراکه پرتوهای ایکس شدید از سوی ستاره‌اش، جو آن را جدا و نابود می‌کنند.
اعتبار تصویر: برنامه “چشم‌انداز ناسا به فراخورشیدی‌ها” (NASA Eyes on Exoplanets)

البته برخی از این اعداد تقریبی هستند، چراکه تعیین دقیق جرم سیاره دشوار بوده است. پژوهشگران برای رسیدن به نتایج فعلی، چندین شبیه‌سازی انجام داده‌اند و محتمل‌ترین سناریوها را انتخاب کرده‌اند.

در میان سیارات فراخورشیدی، شکافی عجیب در اندازه وجود دارد: در محدوده‌ی شعاعی بین ۱.۵ تا ۲ برابر شعاع زمین، سیارات بسیار کمی دیده می‌شوند. گمان می‌رود که این فاصله به‌دلیل فرایند تبخیر فوتونی (photo-evaporation) باشد و مطالعه سیاراتی مانند TOI-1227b می‌تواند به درک بهتر این پدیده کمک کند.

در پایان، محققان می‌نویسند:
«منظومه‌ی جوان و نزدیک TOI-1227 به‌عنوان یک نمونه‌ی کلیدی برای درک مراحل اولیه‌ی تحول سیارات فراخورشیدی در اطراف ستارگان کم‌جرم به‌شمار می‌آید.»
آن‌ها همچنین بر ضرورت مشاهدات فوتومتریک و طیفی بیشتر برای تعیین دقیق‌تر جرم سیاره و نرخ از دست رفتن جو آن تأکید دارند.