یک ستاره سالخورده، نشانهای شیمیایی را در خود حفظ کرده که نباید هنوز وجود داشته باشد: خط طیفی قدرتمندی از لیتیوم؛ عنصری که ستارههای همنوع آن با افزایش سن، آن را از بین میبرند. گروهی از اخترشناسان معتقدند محتملترین دلیل، بسیار چشمگیر است. این ستاره که TOI-۵۸۸۲ نام دارد، ممکن است یکی از سیارات خودش را بلعیده باشد و لیتیوم باقیمانده، اثر این «وعده غذایی» کیهانی باشد. این ادعا که در پژوهشی منتشرشده در نشریه The Astrophysical Journal مطرح شده، با احتیاط از این رویداد بهعنوان یک نامزد احتمالی یاد میکند، نه یک واقعیت قطعی؛ و دلایل این احتیاط بهاندازه خود تیتر خبر جالب هستند.
دمای TOI-۵۸۸۲ تقریباً مشابه خورشید و حدود ۵۷۰۰ کلوین است، هرچند جرم آن حدود یکسوم بیشتر از خورشید است و این ستاره از مرحله رشته اصلی خارج شده و وارد مراحل ابتدایی تبدیل شدن به یک زیرغول شده است. همین مرحله تکاملی اهمیت زیادی دارد. این بازه زمانی همان دورهای است که یک سیاره بلعیدهشده میتواند اثری از لیتیوم بر جای بگذارد؛ بدون اینکه این عنصر پیش از آن کاملاً بسوزد یا آنقدر رقیق شود که دیگر قابل شناسایی نباشد.
ستارهای که بیش از حد لیتیوم حفظ کرده است
لیتیوم عنصری بسیار شکننده است. این عنصر در لایههای بیرونی و خنک یک ستاره جوان باقی میماند و به همین دلیل، خط طیفی قوی لیتیوم معمولاً نشانه جوان بودن ستاره است. با افزایش سن ستاره و عمیقتر شدن لایه همرفتی بیرونی آن، این لایه مواد سطحی را به عمقهایی میبرد که دمایشان برای نابودی لیتیوم کافی است و این عنصر بهتدریج از بین میرود. بنابراین، وجود مقدار زیادی لیتیوم در یک ستاره سالخورده، معمایی است که به توضیح نیاز دارد.
برای تعیین میزان غیرعادی بودن TOI-۵۸۸۲، پژوهشگران از طیفهای آرشیوی ثبتشده توسط طیفنگار Tillinghast Reflector Echelle در آریزونا استفاده کردند. سپس میزان لیتیوم این ستاره را با گروهی متشکل از ۶۱ زیرغول از پیمایش ستارهای GALAH مقایسه کردند که از نظر دما، گرانش، میزان فلزات و رنگ با TOI-۵۸۸۲ مطابقت داشتند. در میان این گروه مقایسهای دقیق، TOI-۵۸۸۲ از نظر قدرت خط لیتیوم و میزان تخمینی فراوانی این عنصر، در صدک ۹۸٫۴ قرار میگیرد. تنها تعداد بسیار کمی از ستارههای مشابه، چنین مقدار زیادی لیتیوم دارند.
پژوهشگران با دقت مشخص کردند که کدام ستارهها مقایسه مناسبی هستند. ستارههای جوانی که هنوز لیتیوم اولیه خود را از دست ندادهاند، میتوانستند نمونه مقایسه را دچار خطا کنند؛ بنابراین پژوهشگران ستارههای جوان را شناسایی کردند و یکی از آنها را که مشخص شد به یک گروه ستارهای تنها حدود ۴۰۰ میلیون ساله تعلق دارد، حذف کردند. آنچه باقی ماند جمعیتی از ستارههای واقعاً تکاملیافته بود و TOI-۵۸۸۲ حتی در میان آنها نیز کاملاً متمایز بود.
زمانبندی در اینجا اهمیت زیادی دارد، زیرا یک زیرغول جوان در بازهای بسیار مناسب قرار دارد. لایه همرفتی بیرونی آن به اندازه کافی عمیق شده است که بتواند یک سیاره واردشده را در خود فرو برده و حل کند، اما کف این لایه هنوز آنقدر خنک است که لیتیوم واردشده زنده بماند و نسوزد. اگر این مرحله خیلی زود رخ دهد، هنوز لایهای برای دریافت این نشانه وجود ندارد؛ و اگر خیلی دیر رخ دهد، لیتیوم از بین میرود یا بیش از حد رقیق میشود. از هر نظر دیگر، TOI-۵۸۸۲ ستارهای معمولی است؛ حدود ۴ میلیارد سال سن دارد، از خورشید فلزات بیشتری در خود جای داده و عضوی پایدار از دیسک نازک کهکشان است. همین موضوع باعث میشود نتوان بهسادگی فراوانی غیرعادی لیتیوم را به ویژگی عجیب یک جرم غیرمعمول نسبت داد.
آیا یک سیاره بلعیدهشده میتواند این موضوع را توضیح دهد؟
اگر لیتیوم از ستاره به ارث نرسیده و درون خود ستاره نیز تولید نشده باشد، مستقیمترین راه برای افزودن آن، ورود ماده از خارج است. یک سیاره گزینهای طبیعی برای این توضیح محسوب میشود. سیارات، لیتیوم را در سنگها و فلزات خود ذخیره میکنند و هنگامی که ستاره یکی از آنها را میبلعد، این مواد در لایه بیرونی ستاره حل میشوند و برای مدتی میزان لیتیوم سطحی آن را افزایش میدهند؛ سپس اختلاط تدریجی ستاره، این نشانه را دوباره به لایههای عمیقتر میبرد.
پژوهشگران مدلسازی کردند که برای ایجاد مقدار اضافی لیتیوم اندازهگیریشده، چه مقدار ماده سیارهای لازم است. بر اساس فرضیات واقعبینانه درباره ترکیب یک سیاره، پاسخ حدود ۹ تا ۹۵ برابر جرم زمین است؛ یعنی جرمی در محدودهای میان یک ابرزمین و نپتون. این مقدار تقریباً یک مرتبه بزرگی کمتر از جرمی است که در صورت فرض ترکیبی مشابه خورشید، با میزان اندک لیتیوم، مورد نیاز بود؛ بنابراین از نظر اندازه، کاملاً در محدوده یک سیاره قرار میگیرد.
حتی یک عامل احتمالی برای به حرکت درآوردن این سیاره نیز وجود دارد. TOI-۵۸۸۲ هنوز یک همراه باقیمانده دارد: یک کوتوله قهوهای با جرمی حدود ۲۲ برابر مشتری که در مداری نزدیک و ۷ روزه به دور ستاره میچرخد. این همراه نیز خود جرمی نادر است؛ یکی از تنها حدود ۴۰ کوتوله قهوهای شناختهشدهای که در مداری کمتر از ۱۰ روز از مقابل ستاره خود عبور میکنند و تنها یکی از چهار کوتوله قهوهای شناختهشدهای است که به دور یک زیرغول تکاملیافته میچرخند. یک جرم سنگین در مداری نزدیک میتواند طی دورههای بسیار طولانی، سامانه سیارهای داخلی را از نظر گرانشی دچار آشفتگی کند و یک سیاره کوچکتر را به مسیری بکشاند که در نهایت به ستاره نزدیک شده و در آن سقوط کند. گرانش این کوتوله قهوهای تنها لازم بود طی میلیاردها سال مدار یک جهان کوچکتر را بیثبات کند.
راههای دیگری برای غنی شدن یک ستاره از لیتیوم
اینجاست که احتیاط اهمیت پیدا میکند و پژوهشگران در مقاله خود بهطور جدی به این موضوع پرداختهاند. وجود خط طیفی قوی لیتیوم بهتنهایی ثابت نمیکند که یک سیاره بلعیده شده است. بنابراین، تیم پژوهشی راههای دیگری را که ممکن است یک زیرغول را به ستارهای غنی از لیتیوم تبدیل کنند بررسی کرد و توضیح داد که چرا هرکدام از آنها در مورد این ستاره خاص قابل قبول نیستند.
جوان بودن ذاتی ستاره رد میشود، زیرا TOI-۵۸۸۲ هیچیک از نشانههای معمول جوانی را ندارد؛ نه تابش اضافی فروسرخ، نه انتشارهای مشخص و نه چرخش سریع. تولید لیتیوم درون ستاره نیز رد میشود، زیرا فرایندی که میتواند در یک ستاره تکاملیافته دوباره لیتیوم تولید کند، تنها در مراحل بعدی و زمانی فعال میشود که ستاره به بخش بالاتری از شاخه غول سرخ رسیده باشد؛ در حالی که TOI-۵۸۸۲ هنوز به آن مرحله نرسیده است. منابع خارجی غیرمعمول مانند بقایای نواختر یا بمباران پرتوهای کیهانی نیز رد میشوند، زیرا چنین رویدادهایی باید نشانههای شیمیایی دیگری بر جای بگذارند که در این ستاره دیده نمیشود. در نتیجه، پس از کنار گذاشتن گزینههای دیگر، بلعیدن یک سیاره مستقیمترین توضیح باقی میماند.
البته کنار گذاشتن گزینههای دیگر با داشتن یک تصویر مستقیم از این رویداد یکسان نیست و نویسندگان نیز بهخوبی از این موضوع آگاه هستند. مقایسه آنها بر ترکیب اندازهگیریهایی از ابزارها و سامانههای تحلیل متفاوت تکیه دارد که ممکن است خطاهای سیستماتیک کوچکی ایجاد کنند. پژوهشگران میگویند برای رد کردن این نتیجه، چنین خطایی باید هم بسیار بزرگ باشد و هم دقیقاً لیتیوم را تحت تأثیر قرار دهد. میزان فراوانی تخمینی لیتیوم نیز بیش از قدرت خام خط طیفی به مدل وابسته است و به همین دلیل، پژوهشگران هر دو معیار را گزارش کردهاند. علاوه بر این، تاکنون هیچ سیاره بلعیدهشدهای مستقیماً دیده نشده است و وجود آن تنها از روی یک نشانه شیمیایی در نور ستاره باقیمانده استنباط میشود.
چگونه میتوان این معما را حل کرد؟
TOI-۵۸۸۲ یک نامزد قدرتمند است، نه یک پرونده قطعی؛ و پژوهشگران عمداً مطالعه خود را به همین شکل مطرح کردهاند. این پژوهش در واقع آزمونی برای یک پیشبینی مشخص است: اینکه اثر بلعیده شدن یک سیاره باید در چه مرحلهای از زندگی ستاره قابل مشاهده باشد. TOI-۵۸۸۲ این آزمون را پشت سر گذاشته است. برای تأیید این داستان، به شواهد بیشتری نیاز است؛ احتمالاً باید به دنبال عناصر شیمیایی دیگری گشت که یک سیاره سنگی همراه با لیتیوم خود وارد ستاره کرده باشد تا بتوان این نشانه را با ترکیب شیمیایی کاملتری مقایسه کرد.
این عناصر سنگینتر، هدف بعدی پژوهشها خواهند بود. تا زمانی که چنین نشانههایی پیدا نشوند، شواهدی که نشان میدهند یک سیاره در اینجا به پایان عمر خود رسیده، همچنان بر پایه یک خط روشن از لیتیوم است؛ خطی که در طیف ستارهای میدرخشد که باید مدتها پیش آن را از بین برده باشد.
