اصطلاح «کوتوله قهوهای» به اجرامی اطلاق میشود که جرم آنها بین ۱۳ تا ۸۰ برابر جرم مشتری است — یعنی بسیار بزرگتر از سیارات، اما بهقدر کافی سنگین نیستند تا همانند ستارگان، همجوشی هستهای پایدار در هسته خود داشته باشند. با این حال، این اجرام قادرند برای مدتی کوتاه همجوشی محدود دوتریوم یا لیتیوم را تجربه کرده و گرما تولید کنند.
این اجرام نخستینبار در دههی ۱۹۶۰ از نظر تئوریک پیشبینی شدند، اما تا اواسط دهه ۱۹۹۰ هیچ مشاهدهی مستقیمی وجود نداشت که وجودشان را تأیید کند. در سالهای اخیر، با ظهور تلسکوپهای نسل جدید و پیشرفت روشهای پردازش و اشتراکگذاری دادهها، فرصتهای بیسابقهای برای مطالعهی آنها فراهم شده است.
کشفی تازه از همدمی غیرمنتظره میان یک کوتوله سرخ و یک کوتوله قهوهای
مانند بسیاری از اجرام آسمانی که تنها در چند دههی گذشته شناسایی شدهاند، منشأ و شرایط شکلگیری کوتولههای قهوهای هنوز بهطور کامل روشن نیست. در پژوهشی جدید، گروهی بینالمللی از ستارهشناسان با بهرهگیری از توان ترکیبی رصدخانههای زمینی و فضایی، یک کوتوله قهوهای با نام J1446B را در فاصلهی حدود ۵۵ سال نوری از زمین شناسایی کردند. نکتهی جالبتر اینکه، این کوتولهی قهوهای در مدار ستارهای کوتولهی سرخ به نام J1446 در حرکت است؛ یعنی این دو جرم، یک سامانهی دوتایی (binary system) را تشکیل میدهند.
این کشف دیدگاه تازهای دربارهی چگونگی شکلگیری ستارگان و سیارات ارائه میدهد و شاید مرز میان «ستاره» و «سیاره» را از نو تعریف کند.
جزئیات پژوهش
رهبری این پژوهش را تایچی اویاما (Taichi Uyama) از مرکز زیستاخترشناسی ژاپن و دانشگاه ایالتی کالیفرنیا (نورثریج) بر عهده داشت. او به همراه چارلز بایشمن (Charles Beichman) از مؤسسه علوم سیارات فراخورشیدی ناسا (NExSI) و مرکز تحلیل دادههای فروسرخ مؤسسه فناوری کلتک (IPAC) و نیز پژوهشگرانی از رصدخانه ملی اخترشناسی ژاپن (NAOJ)، دانشگاه علم توکیو، مؤسسه اخترفیزیک قناریها (IAC)، مؤسسه ماکس پلانک برای اخترشناسی (MPIA)، مؤسسه علوم تلسکوپ فضایی (STScI)، آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا (JPL) و چندین دانشگاه دیگر، در این پروژه همکاری داشتند.
نتایج این تحقیق در ژورنال اخترشناسی (The Astronomical Journal) در ۲۰ اکتبر منتشر شد.
چطور یک کوتوله قهوهای تاریک شناسایی شد؟
کوتولههای قهوهای به دلیل کمنور بودن، در نور مرئی بسیار دشوار قابل مشاهدهاند. برای غلبه بر این مشکل، تیم پژوهشی از دادههای سه رصدخانهی بزرگ بهره گرفت:
- رصدخانه W.M. Keck و تلسکوپ سوبارو (Subaru Telescope) در موناکیا، هاوایی
- رصدخانه فضایی Gaia متعلق به آژانس فضایی اروپا
دوربین فروسرخ NIRC2 تلسکوپ Keck با کمک سامانهی اپتیک تطبیقی (Adaptive Optics)، تصاویر پرجزئیاتی در طولموجهای فروسرخ ثبت کرد و توانست بهطور مستقیم همدم قهوهای را در کنار ستارهی میزبانش تصویربرداری کند.
در همین حال، طیفسنج فروسرخ IRD تلسکوپ سوبارو، دادههای سرعت شعاعی را فراهم کرد، و تلسکوپ فضایی Gaia نیز حرکت خاص و سرعت ستاره J1446 را اندازهگیری نمود. این ترکیب دادهها، لرزشهای خفیفی در حرکت ستاره را آشکار کرد که ناشی از کشش گرانشی همدم آن بود — نشانهای غیرقابل انکار از وجود یک جرم مداری.
بر اساس این دادهها، مشخص شد که جرم J1446B حدود ۶۰ برابر مشتری است و در فاصلهای معادل ۴.۳ واحد نجومی (AU) از ستارهی میزبان خود قرار دارد (تقریباً ۴ برابر فاصلهی زمین تا خورشید). دورهی چرخش کامل آن بهدور ستاره، حدود ۲۰ سال زمینی تخمین زده شد.
شواهدی از “هوای طوفانی” در دنیایی قهوهای
یکی از یافتههای قابلتوجه در این پژوهش، تغییرات روشنایی حدود ۳۰ درصدی در نور فروسرخ J1446B بود. این تغییرات بهگفتهی دانشمندان، نشانهی وجود پدیدههای جوی نظیر ابرها و طوفانهای سهمگین در جو این کوتولهی قهوهای است — مشابه آنچه در سیارات گازی منظومه شمسی، بهویژه در مشتری و زحل، مشاهده میشود.
به گفتهی دکتر بایشمن:
«نقش حیاتی رصدخانهی کِک در این تحقیق، ثبت مستقیم تصاویر از این کوتوله قهوهای و تحلیل ویژگیهای مداری و فیزیکی آن مانند جرم و دما بود. شگفتانگیزتر آنکه، دو تصویر متوالی تغییرات قابلتوجهی در درخشندگی آن نشان دادند، که احتمال وجود ابرها و الگوهای آبوهوایی را تقویت میکند!»
این پژوهش همچنین نشان داد که مطالعهی چنین الگوهای آبوهوایی، به درک بهتر شکلگیری جو سیارات و امکان وجود شرایط زیستپذیر در فراسیارات کمک خواهد کرد.
پیامدهای علمی برای درک ستارگان کوچک
از دیدگاه اخترفیزیکی، یافتههای اخیر اهمیت زیادی دارند، زیرا نشان میدهند ستارگان کوتولهی سرخ (M-type) نیز میتوانند همدمهایی با جرم کم یا زیرستارهای داشته باشند. تا چند سال پیش تصور غالب این بود که بیش از ۷۰ درصد از کوتولههای سرخ، ستارگان تک هستند و در سامانههای چندتایی حضور ندارند. با این حال، پیشرفت ابزارهای جدید رصدی و روشهای تحلیلی، این باور را به چالش کشیدهاند.
دادههای جدید حاکی از آن است که تعداد ستارگان کوتولهی سرخ با همدمهای کمجرم یا قهوهای ممکن است بسیار بیشتر از تخمینهای پیشین باشد.
از آنجا که این ستارگان کوچک حدود ۷۵ درصد از کل ستارگان کهکشان راه شیری را تشکیل میدهند، شناخت رفتار و همدمهایشان نقشی کلیدی در درک چگونگی شکلگیری ستارگان و منظومههای سیارهای دارد.
آیندهی پژوهش و ابزارهای نوین
کشف J1446B فرصتی ارزشمند برای بررسی نحوهی شکلگیری کوتولههای قهوهای و مدلسازی جو آنها فراهم میکند. پژوهشگران قصد دارند با استفاده از طیفسنج فروسرخ با وضوح بالا برای شناسایی فراسیارات (HISPEC) در رصدخانهی Keck و دادههای آیندهی مأموریت Gaia، مشاهدات تکمیلی انجام دهند.
این رصدها به نقشهبرداری از الگوهای آبوهوایی J1446B کمک کرده و میتواند دیدگاههای جدیدی در مورد چگونگی شکلگیری و تحول ستارگان و سامانههای سیارهای (از جمله منظومه شمسی خودمان) ارائه دهد.
نتیجهگیری
این کشف نهتنها تصویری تازه از پویایی دنیای زیرستارهای ارائه میدهد، بلکه مرزهای میان سیاره، کوتوله قهوهای و ستاره را بازتعریف میکند. اکنون اخترشناسان با ابزارهایی چون Keck، Subaru و Gaia در حال گشودن فصلی تازه از شناخت کیهان هستند — فصلی که در آن حتی اجرام کمنور و فروزان نیز به سخن درمیآیند و داستانهای پنهان خود را از چگونگی تولد ستارگان، سیارات و شاید خود ما بازگو میکنند.
