سیاره فراخورشیدی با مداری عجیب در حال تبدیل شدن به مشتری داغ در برابر چشمان ما است

برای یک سیاره غول‌پیکر گازی دوردست، چیزی بیش از آنچه که به نظر می‌رسد وجود دارد.

ستاره شناسان کشف کرده اند که سیاره فراخورشیدی یا ‘سیاره فراخورشیدی’ نه تنها یکی از عجیب ترین مدارهایی را دارد که تاکنون دیده شده است، بلکه در حال تبدیل شدن به جهان ‘مشتری داغ’ است. درک این دگرگونی می تواند به دانشمندان کمک کند تا تصویر بهتری از چگونگی پیدایش جهان های این کلاس کنجکاو بسازند.

این سیاره فراخورشیدی با نام TIC 241249530 b و در فاصله ۹۹۸ سال نوری از زمین قرار دارد، اولین بار توسط ماهواره بررسی سیارات فراخورشیدی گذر ناسا (TESS) در ژانویه ۲۰۲۰ هنگام عبور یا ‘گذر’ از چهره ستاره مادرش شناسایی شد.

این سیاره به دور ستاره خود، TIC 241249530، در فاصله ای حدود ۱۲ درصد از فاصله بین زمین و خورشید می چرخد. این نزدیکی به این معنی است که یک مدار را تنها در ۱۵.۲ روز زمینی کامل می کند. اما این چیزی نیست که در مورد مدار این سیاره بسیار افراطی است.

بیشتر سیارات مداری کاملا دایره ای ندارند. بیشتر مدارهای سیاره ای بیضوی هستند با درجه ای از مسطح شدن که اخترشناسان آن را ‘غیر مرکزی’ می نامند. TIC 241249530 b یکی از کشیده ترین و مسطح ترین مدارهایی را دارد که ستاره شناسان تاکنون دیده اند. علاوه بر این، سیاره ای به اندازه مشتری در مقایسه با چرخش ستاره به دور ستاره خود ‘به عقب’ می چرخد.

با این حال، مشتری های داغ سیارات فراخورشیدی هستند که در فاصله هایی به دور سیارات خود می چرخند که یک سال را در ۱۰ روز زمینی یا کمتر می بینند. این بدان معناست که TIC 241249530 b مشتری داغ نیست – حداقل هنوز نه. در حال حاضر، این که چگونه مشتری های داغ به ستاره های مادر خود نزدیک می شوند، برای ستاره شناسان چیزی شبیه به یک معما است، به طوری که دانشمندان پیشنهاد می کنند این سیارات دورتر از ستارگان خود شکل می گیرند و سپس به سمت داخل مهاجرت می کنند.

با این حال، مراحل اولیه این فرآیند مهاجرت، حتی پس از مشاهده و تایید اخترشناسان حداقل ۵۶۰۰ سیاره فراخورشیدی، به طرز ناامیدکننده ای گریزان مانده است.

تیمی از ستاره شناسان از دو ابزار روی تلسکوپ ۳.۵ متری WIYN در رصدخانه ملی کیت پیک (KPNO) استفاده کردند تا TIC 241249530 b را رصد کنند و آن را به عنوان مشتری داغ در مراحل اولیه نشان دهند.

آرویند گوپتا، رهبر تیم، ‘اخترشناسان بیش از دو دهه است که به دنبال سیارات فراخورشیدی می‌گردند که احتمالاً پیش‌ساز مشتری‌های داغ هستند، یا محصولات میانی فرآیند مهاجرت هستند، بنابراین من بسیار شگفت‌زده – و هیجان‌زده – بودم که یکی را پیدا کردم.’ یک محقق فوق دکتری NOIRLab در بیانیه ای گفت. ‘این دقیقا همان چیزی است که من امیدوار بودم پیدا کنم.’

مشتری داغ در حال ساخت

دانشمندان برای اولین بار از NN-EXPLORE Exoplanet و Stellar Spekle Imager (NESSI) برای حذف الگوهای ‘چشمک’ ناشی از جو زمین و همچنین کاهش نویز ناشی از سایر منابع نور که می توانند سیگنال ستاره TIC 241249530 را آلوده کنند، استفاده کردند. سیاره از چهره خود عبور می کند.

سپس، آنها سرعت سیاره فراخورشیدی را در اطراف ستاره با استفاده از طیف‌نگار NEID برای تعیین تغییر نور ستاره اندازه‌گیری کردند.

گوپتا گفت: «NESI دید واضح‌تری نسبت به ستاره به ما ارائه داد که در غیر این صورت ممکن بود، و NEID دقیقاً طیف ستاره را اندازه‌گیری کرد تا تغییرات در پاسخ به سیاره فراخورشیدی در حال گردش را تشخیص دهد.»

تجزیه و تحلیل این گروه از این طیف تأیید کرد که جرم TIC 241249530 b تقریباً پنج برابر مشتری است. این تحقیقات همچنین مدار بسیار غیرعادی سیاره را نشان داد. گریز از مرکز مدار یک سیاره در مقیاسی از ۰ تا ۱ اندازه گیری می شود که ۰ یک مدار کاملاً دایره ای و ۱ بسیار بیضوی است.

مدار بسیار بیضی شکل سیاره کوتوله پلوتو به دور خورشید دارای گریز از مرکز ۰.۲۵ برای زمینه است، در حالی که مدار تقریباً کاملاً دایره ای زمین دارای خروج از مرکز ۰.۰۲ است. مدار TIC 241249530 b دارای گریز از مرکز ۰.۹۴ است که از مدار هر سیاره فراخورشیدی دیگری که تاکنون از طریق روش ترانزیت تشخیص سیارات فراخورشیدی پیدا شده است، خارج از مرکز است.

سیاره دیگری با مدار مسطح تر وجود دارد، HD 20782 b، یک غول گازی که ۱۱۱۷ سال نوری از ما فاصله دارد. مدار آن دارای گریز از مرکز ۰.۹۵۶ است، اما این جهان با استفاده از روش ترانزیت کشف نشده است.

اگر TIC 241249530 b در منظومه شمسی قرار می گرفت، مدار آن ۱۰ برابر از عطارد (که حدود ۳ میلیون مایل یا ۴.۸ میلیون کیلومتر است) به خورشید نزدیکتر می شد و سپس به حداکثر فاصله زمین از خورشید (حدوداً در حدود) نزدیک می شد. ۹۵ میلیون مایل یا ۱۵۳ میلیون کیلومتر). این باعث می شود تغییرات دما در TIC 241249530 b از دمای یک روز خوب تابستانی روی زمین به اندازه ای گرم باشد که سرب ذوب شود.

حرکت TIC 241249530 b به دور ستاره خود ویژگی غیرمعمول دیگری نیز داشت. این سیاره به دور ستاره خود در جهت مخالف چرخش ستاره می چرخد، چیزی به نام ‘حرکت رتروگراد’. این چیزی است که به ندرت در سیارات فراخورشیدی دیده می شود و مشخصه ای است که تنها توسط دو سیاره منظومه شمسی، زهره و اورانوس نشان داده شده است.

هر دوی این جنبه های مدار TIC 241249530 b تیم را به سمت تبدیل قریب الوقوع خود به مشتری داغ سوق داد. این تیم فکر می‌کند که وقتی این مدار بسیار غیرعادی، سیاره را به ستاره‌اش نزدیک می‌کند، مدار شروع به پر شدن مانند سایه دوبعدی یک توپ ساحلی در حال باد کردن می‌کند. انتظار می‌رود که این اتفاق بیفتد زیرا نیروهای جزر و مدی ایجاد شده توسط گرانش ستاره، انرژی مداری را از سیاره فراخورشیدی دور می‌کنند.

همانطور که مدار سیاره ‘دایره’ می شود، منقبض می شود و TIC 241249530 b را به ستاره خود نزدیک می کند و سالی به طول می انجامد که کمتر از ۱۰ روز زمینی به طول می انجامد، که نشان دهنده این است که تبدیل به مشتری داغ کامل شده است.

TIC 241249530 b تنها دومین سیاره فراخورشیدی کشف شده است که به نظر می رسد در مرحله داغ پیش از مهاجرت مشتری باشد. به نظر می رسد هر دو TIC 241249530 b و نمونه قبلی چنین پیش ساز مشتری داغی از تبدیل غول های گازی با جرم بالاتر به مشتری های داغ از طریق مهاجرت آنها از مدارهای بسیار خارج از مرکز به مدارهای محکم تر و دایره ای تر پشتیبانی می کنند.

گوپتا در پایان می‌گوید: «در حالی که نمی‌توانیم دقیقاً Rewind را فشار داده و روند مهاجرت سیاره‌ها را در زمان واقعی تماشا کنیم، این سیاره فراخورشیدی به عنوان نوعی تصویر فوری از روند مهاجرت عمل می‌کند. سیاراتی مانند این فوق‌العاده کمیاب و به سختی یافت می‌شوند، و ما امیدواریم که بتواند به ما در کشف داستان داغ شکل‌گیری مشتری کمک کند.»

تحقیقات این تیم در ۱۷ جولای در مجله Nature منتشر شد.