دانشمندان با استفاده از یک ابزار ویژه بر روی تلسکوپ قدرتمند جمینی شمالی در هاوایی، وجود چهار سیاره سنگی کوچک را که به دور ستاره بارنارد، دومین سامانه ستارهای نزدیک به زمین، میچرخند تأیید کردهاند. این سامانه که تنها شش سال نوری از ما فاصله دارد، سیاراتی دارد که به دلیل دمای بالا نمیتوانند میزبان حیاتی باشند که ما میشناسیم.
ریتویک باسانت، دانشجوی دکتری در دانشگاه شیکاگو و یکی از نویسندگان مقالهای درباره این کشف، توضیح داد که این یافته بسیار هیجانانگیز است، زیرا ستاره بارنارد در واقع همسایه کیهانی ما است، اما ما اطلاعات چندانی درباره آن نداریم.
در طول سالها، ادعاهای بسیاری درباره وجود سیارات فراخورشیدی در مدار ستاره بارنارد مطرح شده که برخی از آنها به دهه ۱۳۳۸ بازمیگردد. ستاره بارنارد یک کوتوله سرخ (M-dwarf) است که به دلیل داشتن سریعترین حرکت خاص در میان تمام ستارگان شناختهشده تا به امروز، در آسمان شب قابل مشاهده است.
در جدیدترین مورد، در سال ۱۴۰۳، ستارهشناسان با استفاده از طیفنگار ESPRESSO بر روی تلسکوپ بسیار بزرگ در شیلی، ادعای کشف یک سیاره و شواهدی از سه سیاره دیگر را مطرح کردند. اکنون، تیمی به سرپرستی جیکوب بین و باسانت در دانشگاه شیکاگو، بدون هیچگونه شک و تردیدی وجود هر چهار سیاره را تأیید کردهاند.
باسانت گفت: «نزدیکی ستاره بارنارد به ما اجازه داد تا حتی در شبهایی با شرایط جوی نامساعد نیز آن را رصد کنیم، زیرا درخشندگی آن باعث میشد که حتی در شرایط نامناسب نیز قابل مشاهده باشد. این امر به ما کمک کرد تا دادههای بیشتری جمعآوری کنیم و در نهایت این سیارات کمجرم را شناسایی کنیم.»
ابزار کلیدی مورد استفاده در این مشاهدات، طیفسنج MAROON-X بود که ابزاری مهمان بر روی تلسکوپ جمینی شمالی محسوب میشود. این طیفسنج، سرعت شعاعی ستاره بارنارد را اندازهگیری میکند، یعنی نوسانات جزئی رفت و برگشتی آن که ناشی از تأثیرات گرانشی چهار سیارهای است که به دور آن میچرخند. این سیارات همگی جرمهایی بسیار کمتر از زمین دارند و در واقع، از کمجرمترین سیارات فراخورشیدی هستند که تاکنون شناسایی شدهاند.
در این منظومه، داخلیترین سیاره، سیاره “d” نام دارد (نامگذاری سیارات بر اساس ترتیب کشف آنها انجام میشود، نه فاصله آنها از ستاره). این سیاره جرمی برابر با ۲۶٪ جرم زمین دارد و هر ۲.۳۴ روز یکبار در فاصله ۱.۷ میلیون مایلی (۲.۸ میلیون کیلومتری) از ستاره بارنارد به دور آن میچرخد. بعدی، سیاره “b” است که اولین بار در دادههای ESPRESSO در سال ۱۴۰۳ شناسایی شد. جرم این سیاره برابر با ۳۰٪ جرم زمین است و هر ۳.۱۵ روز یکبار در فاصله ۲.۱۳ میلیون مایلی (۳.۴ میلیون کیلومتری) به دور ستاره میگردد.
سیاره “c” از این مجموعه سنگینترین است و جرمی برابر با ۳۳.۵٪ جرم زمین دارد. این سیاره در فاصله ۲.۵۵ میلیون مایلی (۴.۱ میلیون کیلومتری) از ستاره بارنارد قرار گرفته و دوره مداری آن ۴.۱۲ روز است.
سه سیاره اول تنها با دادههای MAROON-X تأیید شدند، اما برای تأیید سیاره چهارم، یعنی سیاره “e”، دادههای MAROON-X با اندازهگیریهای ESPRESSO ترکیب شد. این تحلیلها وجود سیارهای با جرم تنها ۱۹٪ جرم زمین را آشکار کرد که هر ۶.۷۴ روز یکبار در فاصله ۳.۵۶ میلیون مایلی (۵.۷ میلیون کیلومتری) به دور ستاره بارنارد میچرخد.
این سیارات از نظر فاصله از یکدیگر بهطرز شگفتانگیزی متراکم هستند. مثلاً فاصله بین سیارات “d” و “b” فقط ۶۰۰,۰۰۰ کیلومتر است، در حالی که فاصله بین “b” و “c” برابر با ۷۰۰,۰۰۰ کیلومتر است. برای مقایسه، فاصله میانگین بین زمین و ماه تنها ۳۸۴,۰۰۰ کیلومتر است؛ تصور کنید که یک سیاره دیگر در همین فاصله یا اندکی بیشتر از ما قرار داشته باشد!
چنین چیدمانی یادآور منظومه دیگری به نام TRAPPIST-1 است که در آن هفت سیاره در فاصلهای کمتر از ۹.۲ میلیون کیلومتر از ستاره مرکزی خود قرار دارند.
ستاره بارنارد، مانند دیگر کوتولههای سرخ، با خورشید ما تفاوتهای زیادی دارد. جرم آن تنها ۱۶٪ جرم خورشید است و قطر آن ۱۹٪ قطر خورشید است، بنابراین سامانه سیارهای آن نیز بهطور کلی مقیاس کوچکتری دارد. همچنین، کوتولههای سرخ معمولاً بسیار پرتلاطم هستند و شرارههای پرانرژی و ابرهای ذرات باردار را با فرکانس بیشتری نسبت به خورشید منتشر میکنند، که میتواند جو سیارات نزدیک را از بین ببرد. با این حال، فعالیت ستارههای کوتوله سرخ با افزایش سن کاهش مییابد، و سامانه ستاره بارنارد حدود ۱۰ میلیارد سال قدمت دارد.
با این وجود، تاکنون هیچکدام از سیارات کشفشده در این منظومه برای میزبانی حیات مناسب نیستند، زیرا بیش از حد به ستاره خود نزدیک و بسیار داغ هستند. منطقه قابل سکونت این سامانه جایی خواهد بود که سیارات در مدارهایی با دورههای بین ۱۰ تا ۴۲ روز قرار بگیرند، اما تاکنون هیچ سیارهای در چنین فاصلهای از ستاره بارنارد کشف نشده است.
باسانت گفت: «با دادههای فعلی، میتوانیم با اطمینان هر سیارهای را که جرمی بیشتر از ۴۰ تا ۶۰ درصد جرم زمین دارد و در لبههای داخلی و خارجی منطقه قابل سکونت قرار دارد، رد کنیم. همچنین، وجود سیاراتی با جرم برابر زمین و دورههای مداری چند ساله را نیز میتوان رد کرد. ما مطمئن هستیم که در این سامانه هیچ غول گازی در فاصلهای معقول وجود ندارد.»
طیفسنج MAROON-X در فاصله زمانی ۱۴۰۰تا ۱۴۰۲، ۱۱۲ اندازهگیری از سرعت شعاعی ستاره بارنارد انجام داده است، در حالی که ESPRESSO نیز ۱۴۹ اندازهگیری ثبت کرده است. این مقدار هنوز برای رد کامل امکان وجود سیارات کوچکتر در منطقه قابل سکونت کافی نیست.
باسانت افزود: «ما همچنین دادههای بیشتری از سال ۱۴۰۳ داریم که هنوز در این کشف مورد استفاده قرار نگرفته است. اگر بخواهم یک عدد تخمین بزنم، ۵۰ نقطه داده بیشتر برای دستیابی به حداکثر حساسیت ممکن با ابزارهای فعلی ایدهآل خواهد بود.»
اگرچه هیچیک از این سیارات از دید ما از مقابل ستاره خود عبور نمیکنند، اما تابش گرمایی آنها میتواند با تلسکوپ فضایی جیمز وب بررسی شود، هرچند این کار چالشبرانگیز خواهد بود.
باسانت، بین و تیمشان قصد دارند به جستجوی سیارات بیشتری در اطراف ستاره بارنارد ادامه دهند، زیرا این منظومه در همسایگی ما قرار دارد و وقت آن رسیده که اطلاعات بیشتری درباره آن به دست آوریم.
یافتههای این تحقیق در تاریخ ۲۱ اسفند در مجله Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.
