این مأموریت با ثبت چندباره اطلاعات مربوط به حدود یک میلیارد ستاره، یک نقشه سهبعدی عظیم از کهکشان راه شیری ایجاد کرده که برای سالها به جامعه علمی سود خواهد رساند. گایا بر اساس روش “اختربینی” (Astrometry) فعالیت میکند که به مطالعه موقعیت و حرکات اجرام آسمانی اختصاص دارد.
علاوه بر نقشهبرداری ستارگان، گایا بهطور موقت برخی سیارات را نیز شناسایی کرده است. اخیراً، مطالعات جدید بر اساس روش سرعت شعاعی، وجود یکی از این سیارات را تأیید کردهاند. این سیاره نمونهای استثنایی در علم سیارات فراخورشیدی محسوب میشود. گایا برای یافتن سیارات طراحی نشده بود، اما با این حال موفق به کشف برخی از آنها شد. از آنجا که این فضاپیما برای اندازهگیری ستارگان ساخته شده بود، سیاراتی که شناسایی کرده، بسیار پرجرم هستند و به دور ستارههای کمجرم میگردند. این سیارات با نیروی گرانشی خود، باعث نوسان در موقعیت ستارههای میزبانشان میشوند و گایا توانسته این تغییرات را تشخیص دهد. با این وجود، برای تأیید این کشفیات، مشاهدات تکمیلی لازم بود.
اکنون پژوهشگران با استفاده از طیفنگار NEID که بر روی تلسکوپ ۳.۵ متری WIYN در رصدخانه Kitt Peak مستقر است، موفق شدهاند این نوسانات ستارهای و اجرامی که موجب آنها میشوند را اندازهگیری کنند. این نتایج در مقالهای که در مجله نجومی (The Astronomical Journal) منتشر شده، ارائه شده است. عنوان این مقاله «Gaia-4b و 5b: تأیید سرعت شعاعی راهحلهای مداری اختربینی گایا که نشاندهندهی یک سیاره پرجرم و یک کوتوله قهوهای هستند» است. نویسنده اصلی این پژوهش گودموندور استفانسون از مؤسسه نجوم آنتون پانکک در دانشگاه آمستردام است.
کشف سیارات جدید با گایا و طیفسنجی سرعت شعاعی
آخرین دادههای منتشرشده از گایا شامل فهرستی از اجرام اختربینی مورد توجه (Gaia-ASOIs) است؛ این اجرام ستارگانی هستند که حرکاتشان نشان میدهد تحت تأثیر یک سیاره فراخورشیدی قرار دارند. اما همه این حرکات ناشی از وجود سیارات نیستند. در برخی موارد، آنچه بهعنوان یک ستاره منفرد شناسایی شده، ممکن است در واقع یک سامانه دوتایی باشد که گایا قادر به تفکیک آن نبوده است. به همین دلیل، مشاهدات طیفسنجی تکمیلی برای تشخیص اینکه آیا این اجرام واقعاً دارای سیاره هستند یا یک سامانه ستارهای دوتایی محسوب میشوند، ضروری است.
در این مطالعه، پژوهشگران با استفاده از طیفنگار NEID و دو ابزار دیگر—طیفنگار جستجوگر سیارات در منطقه قابلسکونت (Habitable-zone Planet Finder) و طیفنگار FIES—دادههای ۲۸ سامانه ستارهای را که گایا بهعنوان نامزدهای احتمالی سیارات فراخورشیدی شناسایی کرده بود، بررسی کردند.
نتایج نشان داد که ۲۱ مورد از این سامانهها فاقد همدمهای زیرستارهای بوده و در واقع سامانههای دوتایی هستند. پنج مورد دیگر هنوز نیاز به مشاهدات بیشتری برای تأیید یا رد دارند. اما دو مورد از این سامانهها بهطور قطعی تأیید شدند: یکی یک سیاره فراخورشیدی است که Gaia-4b نامیده میشود و دیگری یک کوتوله قهوهای به نام Gaia-5b.
Gaia-4b: اولین سیاره تأیید شده توسط گایا
منبع تصویر: ESA/Gaia/DPAC/M. Marcussen
Gaia-4b یک سیاره فراخورشیدی عظیم با جرمی حدود ۱۱.۸ برابر جرم مشتری است. این سیاره یک مدار ۵۷۱ روزه به دور ستارهای با جرمی معادل ۰.۶۴۴ جرم خورشیدی دارد. این سیاره نخستین سیارهای است که توسط گایا تأیید شده و یکی از پرجرمترین سیاراتی است که تاکنون در اطراف یک ستاره کمجرم کشف شده است. این موضوع به دلیل روشی است که گایا برای اندازهگیری اجرام استفاده میکند، زیرا این روش معمولاً اجرام پرجرمتر را بهتر شناسایی میکند.
Gaia-5b: کوتولهای قهوهای با مداری غیرعادی
Gaia-5b یک کوتوله قهوهای است که جرمی حدود ۲۱ برابر جرم مشتری دارد و به دور یک ستاره کمجرم با جرمی معادل ۰.۳۴ جرم خورشیدی میچرخد. مدار آن بسیار بیضوی بوده و یک دوره مداری ۳۵۸ روزه دارد.
اهمیت این کشف برای علم سیارات فراخورشیدی
(a) جرم همدم برحسب جرم ستاره میزبان.
(b) نمودار هیستوگرام نقاط موجود در پنل (a).
(c) نسبت جرم برحسب جرم ستاره میزبان.
همانطور که در شکل مشخص است، سیارات Gaia-5b و Gaia-4b در نزدیکی مرز کوتولههای قهوهای قرار دارند. همچنین، منطقه بیابان مشتری (Jupiter Desert Region) نشاندهنده نبود سیاراتی با جرم ۱ تا ۱۰ برابر جرم مشتری در مدار ستارگانی با جرم ۰.۳ برابر خورشید یا کمتر است.
اعتبار تصویر: Stefansson و همکاران، ۲۰۲۵.
این مطالعه نشاندهندهی توانایی فوقالعادهی روش اختربینی گایا در شناسایی سیارات فراخورشیدی و کوتولههای قهوهای است. همچنین، این پژوهش نشان میدهد که چگونه ترکیب روشهای مختلف مشاهدهای—مانند اختربینی و طیفسنجی سرعت شعاعی—میتواند به نتایج دقیقتر و جامعتری منجر شود. این رویکرد در مقایسه با روش گذر (Transit Method) که به تغییرات نور ستارگان وابسته است، امکان کشف محدودهی وسیعتری از اجرام را فراهم میکند.
آنا هراس از ESA در اینباره میگوید:
«اگر بخواهیم نحوهی تشکیل سیارات را درک کنیم، لازم است تصویری کامل از کل سامانههای سیارهای داشته باشیم. در حال حاضر، تصویری که از بیشتر این سامانهها داریم ناقص است، زیرا هر روش شناسایی تنها در محدودهی خاصی از اندازه و دوره مداری سیارات کارآمد است. ترکیب تمام این روشها و دادهها برای درک ساختار سامانههای سیارهای و مقایسهی منظومه شمسی با آنها ضروری است.»
کشف Gaia-4b چالشی جدی برای نظریههای تشکیل سیارات محسوب میشود. پژوهشگران تاکنون دریافتهاند که هرچه جرم ستاره میزبان کمتر باشد، احتمال تشکیل سیارات پرجرم در اطراف آن کاهش مییابد، زیرا این ستارگان دیسکهای پیشسیارهای کمجرمتری دارند. اما یافتههای گایا و تأیید آنها با طیفسنجی سرعت شعاعی، ممکن است به پیشرفت در درک این روند کمک کند.
با توجه به روش مشاهدهای گایا، انتظار میرود که در آینده سیارات فراخورشیدی و کوتولههای قهوهای بیشتری در دادههای این مأموریت شناسایی شوند. این اجرام که بهعنوان «موارد استثنایی» در دادههای گایا شناخته میشوند، میتوانند به ما در درک فرآیندهای شکلگیری سیارات و ساختار سامانههای سیارهای کمک کنند.
نویسندگان مقاله نتیجهگیری میکنند:
«این کشفیات تنها نوک کوه یخی از تعداد سیارات و کوتولههای قهوهای است که انتظار داریم گایا در آینده شناسایی کند. این دادهها، بینشهای کلیدی در مورد جرم و ساختار مداری سیارات عظیم در دورههای مداری متوسط ارائه میدهند.»
