امکان وجود اگزومون‌های آتشفشانی: نگاهی به قمر آیو مشتری

در سال ۱۳۹۰، ستاره شناسان یک غول گازی را در حال عبور از مقابل WASP-49A، ستاره ای از نوع G که در فاصله ۶۳۵ سال نوری از زمین قرار دارد، شناسایی کردند. داده های به دست آمده توسط بررسی WASP نشان می دهد که این سیاره فراخورشیدی (WASP-49 b) یک غول گازی تقریباً هم اندازه مشتری و ۳۷٪ به جرم آن است. در سال ۱۳۹۵، WASP-49 b دارای ابر گسترده ای از سدیم بود که برای دانشمندان گیج کننده بود. مشاهدات بیشتر در سال ۱۳۹۷با استفاده از تلسکوپ فضایی هابل، وجود مواد معدنی دیگری از جمله منیزیم و آهن را شناسایی کرد که به نظر می رسید به صورت مغناطیسی به غول گازی متصل شده اند.

WASP-49 b و ستاره‌اش عمدتاً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده‌اند و تنها مقادیر کمی سدیم دارند که برای توضیح این ابر کافی نیست. علاوه بر این، هیچ نشانه ای از نحوه پرتاب این ابر سدیم به فضا وجود نداشت. در منظومه شمسی ما، انتشار گاز از قمر آتشفشانی مشتری، آیو، پدیده مشابهی را ایجاد می کند. در یک مطالعه اخیر، یک تیم بین المللی به رهبری دانشمندان آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا شواهد بالقوه ای از یک قمر سنگی و آتشفشانی در حال گردش به دور WASP-49 b پیدا کردند. در حالی که هنوز تایید نشده است، وجود یک ماه فراخورشیدی آتشفشانی در اطراف این غول گازی می تواند وجود این ابر سدیمی را توضیح دهد.

این مطالعه توسط Apurva Oza، محقق سابق فوق دکتری در آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا و اکنون یک دانشمند کارکنان در Caltech انجام شد. همکارانی از ناسا JPL و محققانی از رصدخانه جنوبی اروپا (ESO)، موسسه اخترفیزیک هند، موسسه علوم سیاره فراخورشیدی Caltech/IPAC-NASA، موسسه علم و فناوری اتریش (ISTA)، موسسه بیرلا و چندین دانشگاه به او پیوستند. مقاله ای که جزئیات یافته های آنها را به تازگی در The Astrophysical Letters منتشر کرده است.

آیو آتشفشانی ترین جسم منظومه شمسی است که صدها آتشفشان فعال و گدازه های گسترده دارد. این فعالیت نتیجه برهمکنش جزر و مدی با میدان مغناطیسی قدرتمند مشتری است که باعث می‌شود داخل آیو منعطف و منقبض شود و جریان‌های گدازه‌ای متراکم ایجاد کند که از سطح می‌شکنند. این آتشفشان‌ها گدازه‌ای را تا فاصله ۳۰۰ کیلومتری (۱۸۶ مایلی) همراه با دی‌اکسید گوگرد، سدیم، پتاسیم و سایر گازها به فضا پرتاب می‌کنند و ابری عظیم در اطراف مشتری تا شعاع ۱۰۰۰ برابر سیاره ایجاد می‌کنند.

در حالی که مشاهدات تیم هیچ ماه فراخورشیدی را مستقیماً در اطراف WASP-49 b شناسایی نکرد، یک ابر سدیم عظیم می‌تواند شواهد غیرمستقیم از یک قمر آتشفشانی باشد که به سادگی بسیار کوچک و کم نور است که قابل تشخیص نیست. اوزا برای سال‌ها بررسی کرده است که چگونه ماه‌های فراخورشیدی از طریق فعالیت‌های آتشفشانی آن‌ها شناسایی می‌شوند. برای تعیین اینکه آیا این مورد در مورد WASP-49 b بوده است یا خیر، او و تیم WASP-49 b را در طول زمان با استفاده از طیف‌نگار Echelle برای سیارات فراخورشیدی سنگی و مشاهدات طیف‌سنجی پایدار (ESPRESSO) در تلسکوپ بسیار بزرگ ESO (VLT) مشاهده کردند.

این امر به دلیل مسافت درگیر و نحوه همپوشانی ستاره، سیاره و ابر بسیار چالش برانگیز بود که تشخیص آنها را بسیار دشوار می کند. با این وجود، مشاهدات آنها شواهد متعددی را نشان داد که نشان می دهد بدن جداگانه ای مسئول ابر سدیم است. به عنوان مثال، مشاهدات آنها نشان داد که اندازه ابر در طی دو مشاهده ناگهان افزایش یافته است، که نشان می دهد در حال پر شدن است. در واقع، آنها تخمین می زنند که ابر با سرعت ۱۰۰۰۰۰ کیلوگرم (۲۲۰۰۰۰ پوند) در ثانیه پر می شود.

آنها همچنین مشاهده کردند که ابر سریعتر از سیاره حرکت می کند، که نشان می دهد که توسط جسم دیگری که سریعتر از سیاره به دور آن می چرخد، ایجاد شده است. اوزا گفت: ما فکر می کنیم که این یک مدرک واقعاً حیاتی است. ابر در جهت مخالفی حرکت می‌کند که فیزیک به ما می‌گوید اگر بخشی از جو سیاره بود، باید حرکت کند. مشاهدات آنها همچنین به نکته جالب توجهی اشاره کرد زیرا WASP-49 b هر ۲.۸ روز به دور ستاره مادرش می چرخد. در این مدت، ابر به طور نامنظم در پشت ستاره یا سیاره ظاهر شده و ناپدید می شود.

برای رسیدگی به این موضوع، این تیم همچنین از یک مدل کامپیوتری برای شبیه سازی حضور یک ماه فراخورشیدی و مقایسه آن با مشاهدات خود استفاده کردند. نتایج آنها نشان داد که یک ماه فراخورشیدی با دوره مداری هشت ساعته می‌تواند حرکت و فعالیت ابر را توضیح دهد، از جمله اینکه چگونه به نظر می‌رسد از مقابل سیاره عبور می‌کند و در فواصل زمانی ناپدید می‌شود و دوباره ظاهر می‌شود. نکته دیگری از این مطالعه این بود که در مورد آینده این ماه فراخورشیدی احتمالی چه پیشنهاد می شود.

اگر WASP-49 b از نظر اندازه شبیه به ماه زمین باشد، اوزا و همکارانش تخمین می زنند که برهمکنش جزر و مدی با گرانش سیاره و از دست دادن سریع جرم آن در نهایت باعث متلاشی شدن آن می شود. اوزا گفت: اگر واقعاً ماه در آنجا باشد، پایان بسیار مخربی خواهد داشت. در حالی که این مشاهدات جذاب هستند، تیم تاکید می کند که مشاهدات بعدی برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد مدار و ساختار ابر مورد نیاز است.