سیاره‌ای شبیه به زمین در اطراف یک خورشید مرده: نویدبخش آینده‌ای مطمئن برای زمین

در این نقطه، خورشید منبسط می شود و سیارات درونی منظومه شمسی از جمله عطارد و زهره را می بلعد. اینکه وقتی این اتفاق بیفتد چه اتفاقی برای زمین می‌افتد، برای چندین دهه موضوع بحث بوده است. اما با انفجار اخیر در اکتشافات سیارات فراخورشیدی که تاکنون ۵۷۵۹ مورد در ۴۳۰۵ منظومه تایید شده است، اخترشناسان امیدوارند در مورد چگونگی عملکرد سیارات به عنوان ستاره خود در پایان چرخه زندگی خود اطلاعات بیشتری کسب کنند.

یک تیم بین المللی از ستاره شناسان با استفاده از تلسکوپ ۱۰ متری در رصدخانه کک در هاوایی، سیاره ای شبیه به زمین را کشف کردند که به دور یک ستاره کوتوله سفید در فاصله ۴۰۰۰ سال نوری از زمین می چرخد. این سیاره به دور ستاره خود، تقریباً نیمی از جرم خورشید ما، در فاصله ای تقریباً دو برابر زمین امروزی می چرخد. این منظومه شبیه چیزی است که انتظار می رود وقتی خورشید آخرین سوخت خود را تمام کرد و لایه های بیرونی خود را در یک ابرنواختر منفجر کرد، از منظومه ما تبدیل شود. همچنین تضمین هایی ارائه می دهد که زمین از تبدیل شدن خورشید به غول سرخ و انفجار در یک ابرنواختر جان سالم به در خواهد برد.

این تیم توسط Keming Zhang، دانشجوی سابق دکترا در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، که اکنون عضو اریک و وندی اشمیت هوش مصنوعی در مقطع دکتری علوم در دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو است، رهبری می‌شد. همکاران متعددی از دانشگاه برکلی، کالیفرنیا سن دیگو، دانشگاه تسینگ‌هوا، مرکز اخترفیزیک هاروارد و اسمیتسونیان (CfA)، مؤسسه فناوری کالیفرنیا (کالتک)، دانشگاه واشنگتن، دانشگاه ایالتی اوهایو، دانشگاه مریلند به او پیوستند. و مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا. مقاله ای که جزئیات یافته های آنها را به تازگی در مجله Nature Astronomy منتشر کرده است.

برای شکستن آن، انبساط خورشید با تبدیل شدن به یک غول سرخ احتمالاً به معنای نابودی عطارد و زهره خواهد بود. در عین حال، کاهش جرم خورشید، سیارات باقیمانده را مجبور به مهاجرت به مدارهای دورتر می‌کند که می‌تواند شامل زمین نیز باشد. اگر زمین در زمانی که خورشید در نهایت به ابرنواختر تبدیل شود، زنده بماند، احتمالاً در نهایت به دور باقیمانده کوتوله سفید حاصل در فاصله ۲ واحد نجومی (AUs) – دو برابر فاصله فعلی آن – می چرخد. همانطور که ژانگ در انتشار اخبار UC Berkeley گفت،

ما در حال حاضر اتفاق نظر نداریم که آیا زمین می تواند در ۶ میلیارد سال آینده توسط خورشید غول سرخ غرق نشد. در هر صورت، سیاره زمین تنها برای حدود یک میلیارد سال دیگر قابل سکونت خواهد بود، در آن زمان اقیانوس های زمین توسط اثر گلخانه ای فراری تبخیر می شوند – مدت ها قبل از اینکه خطر بلعیده شدن توسط غول سرخ وجود داشته باشد.

این همان چیزی است که اخترشناسان ممکن است هنگام مشاهده این منظومه سیاره ای در فاصله تقریباً ۴۰۰۰ سال نوری از ما دریافته باشند. این منظومه که در نزدیکی برآمدگی مرکز کهکشان ما قرار دارد، اولین بار در سال ۱۳۹۸ هنگامی که از مقابل ستاره دیگری که در فاصله ۲۵۰۰۰ سال نوری از زمین قرار داشت عبور کرد، مشاهده شد. این باعث یک رویداد میکرولنز شد، جایی که گرانش قدرتمند کوتوله سفید نور ستاره پس زمینه را با ضریب ۱۰۰۰ متمرکز و تقویت کرد. این رویداد اولین بار توسط شبکه تلسکوپ میکرولنزینگ کره (NMTNet) در نیمکره جنوبی شناسایی شد و تیم را به نام KMT-2020-BLG-0414 هدایت کرد.

این تیم تخمین زد که این منظومه شامل یک ستاره تقریباً نیمی از جرم خورشید ما، یک سیاره به اندازه زمین، و یک کوتوله قهوه ای با جرم ۱۷ برابر مشتری است. این تحلیل همچنین به این نتیجه رسید که این سیاره به اندازه زمین در فاصله ۱ تا ۲ واحد نجومی به دور ستاره خود می چرخد. در آن زمان تشخیص نوع ستاره دشوار بود زیرا ستاره های همسایه و ستاره پس زمینه بزرگ شده نور آن را پنهان می کردند. تا سال ۱۴۰۲، رویداد عدسی به پایان رسید، که این امکان را برای تیم فراهم کرد تا سیستم عدسی را با استفاده از تلسکوپ ۱۰ متری Keck II در هاوایی با دقت بیشتری بررسی کند.

همانطور که ژانگ اشاره کرد، تیم دو تصویر جداگانه گرفت اما چیزی شناسایی نکرد. از آنجایی که ستاره عدسی تیره و کم جرم بود، آنها به این نتیجه رسیدند که فقط می تواند یک کوتوله سفید باشد. همانطور که اشاره شد، دانشمندان مطمئن نیستند که وقتی زمین به فاز غول سرخ خود می رسد چه اتفاقی برای زمین می افتد یا اینکه برای چرخش به دور باقیمانده ستاره سفید زنده می ماند. این منظومه سیاره ای نمونه ای از سیاره ای را ارائه می دهد که از انبساط و انفجار خورشید در یک ابرنواختر جان سالم به در برد. با این حال، احتمال کمی برای قابل سکونت بودن آن وجود دارد زیرا به دور منطقه قابل سکونت کوتوله سفید می چرخد.

علاوه بر این، برخی تحقیقات نشان می دهد که اگر خورشید در حال انبساط سیاره ما را نگیرد، در نهایت جو ما را منفجر کرده و اقیانوس های زمین را تبخیر می کند. جسیکا لو، یکی از نویسندگان، استادیار و رئیس نجوم در دانشگاه کالیفرنیا برکلی گفت:

این که آیا حیات می تواند در آن دوره (غول سرخ) روی زمین زنده بماند، ناشناخته است. اما مطمئناً مهمترین چیز این است که زمین هنگامی که خورشید تبدیل به یک غول سرخ می شود توسط خورشید بلعیده نمی شود. این سیستمی که کمینگ پیدا کرد نمونه‌ای از سیاره‌ای است – احتمالاً سیاره‌ای شبیه زمین که در اصل در مداری مشابه زمین قرار دارد – که از فاز غول سرخ ستاره میزبان خود جان سالم به در برده است.

علاوه بر این، ژانگ و همکارانش یک ابهام در مورد محل کوتوله قهوه ای را حل کردند. بر اساس تجزیه و تحلیل اولیه، کوتوله قهوه ای مدار بسیار گسترده ای شبیه نپتون یا عطارد داشت. در مورد دوم، این باعث می شود که آن را به یک کوتوله قهوه ای داغ تبدیل کند، شبیه به بسیاری از ‘مشتری های داغ’ که به طور مکرر در فراسوی منظومه شمسی مشاهده شده اند. ژانگ و همکارانش می‌توانند سناریوی دوم را کنترل کنند، زیرا یک کوتوله قهوه‌ای نزدیک به مدار پس از ورود ستاره به فاز غول سرخ خود نابود می‌شد.

این ابهام ناشی از ‘انحطاط میکرولنزینگ’ است، که در آن دو پیکربندی عدسی مجزا می‌توانند باعث ایجاد یک اثر لنز شوند. خوشبختانه، ژانگ و یکی از نویسندگان بلوم در سال۱۴۰۱ با استفاده از یک الگوریتم یادگیری ماشینی که برای تجزیه و تحلیل شبیه‌سازی‌های میکرولنز طراحی شده بود، انحطاط مشابهی را کشف کردند. هنگامی که آنها همین تکنیک را برای KMT-2020-BLG-0414 به کار بردند، توانستند مدل های جایگزین منظومه سیاره ای را رد کنند. همانطور که بلوم توضیح داد:

میکرولنز به روش بسیار جالبی برای مطالعه سایر منظومه‌های ستاره‌ای تبدیل شده است که نمی‌توان آن‌ها را با روش‌های مرسوم، یعنی روش عبور یا روش سرعت شعاعی، مشاهده و شناسایی کرد. مجموعه کاملی از جهان‌ها وجود دارند که اکنون از طریق کانال میکرولنزینگ به روی ما باز می‌شوند، و آنچه هیجان‌انگیز است این است که ما در پرتگاه یافتن پیکربندی‌های عجیب و غریب مانند این هستیم.

این سیستم فرصت‌های زیادی را برای مشاهدات بعدی توسط تلسکوپ‌های نسل بعدی مانند تلسکوپ فضایی رومی نانسی گریس (RST)، که برای پرتاب در سال ۱۴۰۵ برنامه‌ریزی شده است، ارائه می‌کند. یکی از اهداف اصلی RST اندازه‌گیری منحنی‌های نور از رویدادهای میکرولنزینگ برای یافتن است. سیارات فراخورشیدی آنچه لازم است، پیگیری دقیق با بهترین امکانات جهان، یعنی اپتیک تطبیقی ​​و رصدخانه کک است، نه فقط یک روز یا یک ماه بعد، بلکه سال‌های بسیار زیادی در آینده، پس از اینکه لنز از عدسی دور شد. بلوم گفت: ستاره پس‌زمینه تا بتوانید ابهام‌زدایی از آنچه می‌بینید شروع کنید.

به نظر می رسد یافته ها نظریه دیگری را در مورد سرنوشت منظومه شمسی ما تایید می کند. هنگامی که خورشید منبسط می شود، منطقه قابل سکونت منظومه ما به خارج از منظومه شمسی مهاجرت می کند. اگر بشر در این زمان هنوز در اطراف باشد، باید به ماهواره‌های یخی که به دور مشتری و زحل می‌چرخند مهاجرت کند، که احتمالاً به سیاره‌های پوشیده شده در اقیانوس‌های عمیق تبدیل می‌شوند و معنای جدیدی به واژه‌های «دنیای اقیانوس» می‌دهند.