این سیاره فراخورشیدی که دور یک ستاره مرده می‌چرخد: آیا سرنوشت زمین را منعکس می‌کند؟

ما در حال حاضر اتفاق نظر نداریم که آیا زمین می تواند در ۶ میلیارد سال آینده توسط خورشید غول قرمز غرق نشود.

یک منظومه سیاره ای که توسط یک ستاره کوتوله سفید مرده لنگر انداخته و در فاصله حدود ۴۰۰۰ سال نوری از ما قرار دارد، به ستاره شناسان نگاهی اجمالی به شکلی که خورشید و زمین ما در حدود ۸ میلیارد سال آینده می توانند داشته باشند، ارائه کرده است.

با این حال، این تنها زمانی آینده زمین خواهد بود که سیاره ما بتواند از تبدیل نهایی خورشید به یک غول قرمز متورم جان سالم به در ببرد. انتظار می رود که این دگرگونی در حدود ۵ تا ۶ میلیارد سال آینده اتفاق بیفتد، زمانی که خورشید در نهایت سوخت مورد نیاز برای همجوشی هسته ای را تمام کند. در این مرحله غول قرمز، خورشید به سمت مدار مریخ متورم می شود و عطارد، زهره و شاید زمین را نیز می بلعد. پس از این، خورشید به یک کوتوله سفید در حال دود تبدیل می شود، درست مانند آنچه در منظومه سیاره ای مشاهده شده مشاهده می شود.

یکی از راه‌هایی که سیاره ما می‌تواند از نابودی خورشید غول سرخ بگریزد، مهاجرت به مدار مریخ یا فراتر از آن است. این باعث می شود سیاره ما پوسته ای منفجر شده با تشعشعات و در عین حال یخ زده به دور یک ستاره سوخته در گردش باشد. این منظومه سیاره‌ای جدید شواهدی را ارائه می‌دهد که نشان می‌دهد چنین «فرار معجزه‌ای» امکان‌پذیر است.

این تیم یک کوتوله سفید با جرم حدود نیمی از خورشید و یک سیاره همراه به اندازه زمین را در مداری دو برابر سیاره ما به دور ستاره ما شناسایی کردند و تصویری از یک زمین زنده‌مانده در حدود ۸ میلیارد سال آینده ارائه کردند.

رهبر تیم، کمینگ ژانگ، محقق اریک و وندی اشمیت هوش مصنوعی در دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو، در بیانه ای گفت: در حال حاضر اتفاق نظر نداریم که آیا زمین می‌تواند ظرف ۶ میلیارد سال از غرق شدن زمین توسط خورشید غول سرخ اجتناب کند.

یکی از عناصر منظومه که در نزدیکی برآمدگی مرکزی کهکشان راه شیری قرار دارد، آن را از منظومه شمسی آینده متمایز می کند: ساکن دیگری با جرمی حدود ۱۷ برابر مشتری، پرجرم ترین سیاره منظومه شمسی.

این جسم احتمالا یک ‘کوتوله قهوه ای’ است، جسمی که اغلب به عنوان ‘ستاره شکست خورده’ شناخته می شود، زیرا مانند یک ستاره شکل می گیرد، اما نمی تواند روی جرم مورد نیاز برای شروع همجوشی هیدروژن به هلیوم در هسته اش انباشته شود. فرآیند هسته ای که یک ستاره ‘دنباله اصلی’ مانند خورشید را تعریف می کند.

خبر خوب برای زمین… شاید برای زندگی نه

ستاره شناسان این آنالوگ را برای آینده منظومه شمسی زمانی کشف کردند که به اصطلاح ‘رویداد میکرولنزینگ’ را مشاهده کردند که به انحنای نور از یک منبع پس زمینه ناشی از تأثیر گرانشی جسمی که بین آن منبع و زمین می گذرد اشاره دارد. این رویداد خاص با استفاده از شبکه تلسکوپ میکرولنزینگ کره در نیمکره جنوبی ثبت شد.

میکرولنزینگ شکل ضعیفی از عدسی گرانشی است، پدیده ای که اولین بار توسط آلبرت انیشتین با نظریه نسبیت عام پیش بینی شد. نسبیت عام نشان می دهد که اجسام با جرم باعث می شوند که تار و پود فضازمان، یعنی یکپارچگی چهاربعدی فضا و زمان، «پیچیده» شود. نه تنها گرانش از این تاب برداشتن ناشی می‌شود، بلکه تاب‌ها نیز هنگامی که امواج منبع پس‌زمینه از آنها عبور می‌کنند، نور را خم می‌کنند. سپس این نور خمیده به دلیل مسیر منحنی که در مسیر خود به سمت آشکارسازهای ما طی می کند، از دید ما روشن به نظر می رسد.

این رویداد که KMT-2020-BLG-0414 نام گرفت، در سال ۱۳۹۹ مشاهده شد. این رویداد شامل درخشندگی یک ستاره پس زمینه (که در فاصله ۲۴۰۰۰ سال نوری از ما قرار دارد) حدود ۱۰۰۰ برابر بود. اجسام یا عدسی هایی که باعث این درخشندگی می شوند، اجسام منظومه سیاره ای هستند.

برای بررسی بیشتر این منظومه سیاره ای، تیم دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، رویداد میکرولنزینگ را با تلسکوپ های ۱۰ متری کک در هاوایی دنبال کرد.

تحقیقات اولیه ماهیت ستاره مرکزی را فاش نکرد. محققان سه سال دیگر با استفاده از تلسکوپ کک مطالعه کردند تا مشخص کنند این جسم ستاره ای یک کوتوله سفید خسته است. این از چیزی که تیم می‌دید مشهود نبود، بلکه از چیزهایی که آنها ندیدند مشخص بود. تصاویر این سیستم نتوانستند نوری را که از یک ستاره دنباله اصلی انتظار می رود نشان دهند.

ژانگ توضیح داد: ‘نتیجه گیری ما بر اساس رد سناریوهای جایگزین است، زیرا یک ستاره معمولی به راحتی دیده می شد.’ ‘از آنجایی که عدسی هم تیره و هم جرم کم است، ما به این نتیجه رسیدیم که فقط می تواند یک کوتوله سفید باشد. شانسی وجود دارد زیرا انتظار می رود کمتر از یک ستاره از هر ۱۰ ستاره میکرولنز با سیارات، کوتوله سفید باشند.’

ادامه تحقیقات در مورد این سیستم همچنین به تیم این امکان را داد که مدار کوتوله قهوه‌ای را شناسایی کند و ابهاماتی که درباره موقعیت ستاره‌ی شکست‌خورده در اطراف ستاره‌ی مرده وجود داشت و همچنین این واقعیت که این سیاره به سادگی یک سیاره‌ی پرجرم بسیار نزدیک یا ‘مشتری داغ’ نیست را برطرف کند.

ژانگ گفت: «تحلیل اولیه نشان داد که کوتوله قهوه‌ای یا در مدار بسیار وسیعی مانند مدار نپتون قرار دارد یا در مدار عطارد [نزدیک‌ترین سیاره به خورشید در منظومه شمسی] قرار دارد. سیارات غول پیکر در مدارهای بسیار کوچک در واقع در خارج از منظومه شمسی بسیار رایج هستند. اما از آنجایی که اکنون می دانیم که این سیارات به دور یک بقایای ستاره ای می چرخد، بعید به نظر می رسد، زیرا ممکن است غرق شده باشد.

در حالی که این منظومه سیاره‌ای به عنوان مدرکی است مبنی بر اینکه زمین می‌تواند در حدود ۶ میلیارد سال از مصرف خورشید فرار کند، به ما نمی‌گوید که آیا حیاتی در سیاره ما (اگر تا آن زمان هنوز وجود داشته باشد) نیز می‌تواند زنده بماند.

جسیکا لو، دانشیار و رئیس دانشگاه، گفت: “اینکه آیا حیات می‌تواند در آن دوره [غول سرخ] روی زمین زنده بماند یا خیر، ناشناخته است. اما مطمئناً، مهم‌ترین نکته این است که زمین وقتی به غول سرخ تبدیل می‌شود، توسط خورشید بلعیده نمی‌شود.” در این بیانیه که توسط نجوم UC برکلی منتشر شده، آمده است که این منظومه نمونه‌ای از سیاره‌ای است – احتمالاً سیاره‌ای شبیه به زمین که در اصل در مداری مشابه زمین قرار دارد – که از فاز غول سرخ ستاره میزبان خود جان سالم به در برده است.

به نظر می رسد، اگر از دست دادن تسلط خورشید بر روی زمین در طول فاز غول سرخ، به آن اجازه دهد تا از لایه های بیرونی متورم ستاره ما فرار کند، این مهاجرت آن را به خارج از منطقه قابل سکونت نیز می برد. منطقه قابل سکونت یا ‘منطقه طلایی’ به عنوان منطقه ای در اطراف یک ستاره تعریف می شود که دمای آن نه خیلی گرم و نه خیلی سرد است که به سیاره اجازه می دهد تا به آب مایع که یک عنصر حیاتی برای حیات است آویزان شود.

با این حال، زمان انسان بر روی زمین احتمالاً حدود ۴ تا ۵ میلیارد سال قبل از تبدیل شدن خورشید به غول سرخ به پایان رسیده است.

ژانگ گفت: در هر صورت، سیاره زمین تنها برای حدود یک میلیارد سال دیگر قابل سکونت خواهد بود. در آن زمان، اقیانوس‌های زمین به دلیل اثر گلخانه‌ای تبخیر می‌شوند – مدت‌ها قبل از اینکه توسط غول سرخ بلعیده شوند.

ژانگ پیشنهاد کرد که بشر می تواند برای جلوگیری از این سرنوشت به منظومه شمسی مهاجرت کند. اهداف بالقوه برای اسکان مجدد می تواند قمرهای مشتری مانند اروپا، کالیستو و گانیمد یا انسلادوس باشد که به دور زحل می چرخد. به نظر می رسد که این قمرها دارای اقیانوس های آبی یخ زده ای هستند که اگرچه اکنون یخ زده اند، اما از قضا می توانند توسط خورشید در حال انبساط قابل سکونت باشند. این به این دلیل است که خورشید به طور بالقوه می تواند آنها را ذوب کرده و آنها را به جهان های اقیانوسی تبدیل کند.

ژانگ گفت: «با تبدیل شدن خورشید به یک غول سرخ، منطقه قابل سکونت به اطراف مشتری و مدار زحل خواهد رفت. من فکر می کنم، در آن صورت، بشریت می تواند به آنجا مهاجرت کند.»

این تیم پیشنهاد می کند که این تحقیق پتانسیل میکرولنزینگ را به عنوان تکنیکی برای بررسی منظومه های سیاره ای و ستاره های آنها نشان می دهد. یکی از ابزارهایی که می تواند به طور کامل از این مزیت استفاده کند، تلسکوپ رومی نانسی گریس است که برای پرتاب در سال ۲۰۲۷ برنامه ریزی شده است. تلسکوپ فضایی بزرگ بعدی ناسا از میکرولنز برای شکار سیارات فراخورشیدی یا ‘سیاره های فراخورشیدی’ استفاده خواهد کرد.

جاشوا بلوم، عضو تیم و اخترشناس دانشگاه کالیفرنیا برکلی، گفت: «مجموعه کاملی از جهان‌ها وجود دارد که اکنون از طریق کانال میکرولنزینگ در دسترس ما قرار گرفته‌اند، و آنچه هیجان‌انگیز است این است که ما در آستانه کشف پیکربندی‌های عجیب و غریب مانند این هستیم.» او ادامه داد: «آنچه که لازم است، پیگیری دقیق با بهترین امکانات جهان است؛ نه فقط یک روز یا یک ماه بعد، بلکه سال‌های بسیار زیادی در آینده، پس از این که لنز از ستاره پس‌زمینه دور شد، تا بتوانید شروع به ابهام‌زدایی از آنچه دارید، کنید و دوباره آن را مشاهده کنید.»