تلسکوپ فضایی جیمز وب به‌طور مستقیم سردترین هدف سیارات فراخورشیدی خود را تصویر‌برداری کرد

ستاره شناسان با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST)، سیاره جدیدی به نام ‘ابر مشتری’ را بررسی کردند که یکی از سردترین جهان هایی است که تا کنون در خارج از منظومه شمسی دیده شده است.

وقتی فهمیدیم هیجان زده شدیم.

سیاره فراخورشیدی یا ‘سیاره فراخورشیدی’ در منظومه ستاره ای سه گانه اپسیلون ایندی قرار دارد که در فاصله ۱۲ سال نوری از ما قرار دارد. این سیاره Eps Ind Ab نامگذاری شده و جرمی در حدود شش برابر مشتری دارد. به دور ستاره والد کوتوله قرمز خود در فاصله ای مشابه فاصله بین نپتون و خورشید می چرخد.این به دمای سطح جهان در حدود ۳۲ درجه فارنهایت (۰ درجه سانتیگراد) می دهد و به این معنی است که یک دور سیاره حدود ۲۰۰ سال زمینی طول می کشد.

JWST توانست با استفاده از قابلیت های حساس مادون قرمز ابزار فروسرخ میانی (MIRI) از سیاره فراخورشیدی تصویربرداری کند. بررسی Eps Ind Ab می تواند به اخترشناسان کمک کند تا تکامل سیارات غول پیکر گازی و سیستم های آنها را بهتر درک کنند.

این اولین باری است که تلسکوپ فضایی قدرتمند توانسته است از یک سیاره فراخورشیدی تصویربرداری کند که قبلاً از زمین تصویربرداری نشده بود. Eps Ind Ab همچنین سردترین سیاره فراخورشیدی است که JWST تاکنون توانسته آن را مطالعه کند.

الیزابت متیوز، محقق موسسه نجوم ماکس پلانک در هایدلبرگ آلمان و نویسنده اصلی مطالعه بر روی این کشف، در بیانیه ای گفت: «وقتی متوجه شدیم که از این سیاره جدید تصویربرداری کرده ایم، هیجان زده شدیم. در کمال تعجب، نقطه درخشانی که در تصاویر MIRI ما ظاهر شد با موقعیتی که ما برای سیاره انتظار داشتیم مطابقت نداشت.»

متیوز اضافه کرد که مطالعات قبلی به درستی یک سیاره را در این منظومه شناسایی کرده بود، اما جرم و جدایی مداری این غول گازی ابر مشتری را دست کم گرفته بود.تیم توانست این مشکل را با کمک JWST اصلاح کند.

خدمه تشخیص دادند که این سیاره دارای مداری بسیار بیضی شکل یا ‘مسطح’ است که در نزدیکترین حالت، آن را به فاصله ای حدود ۲۰ برابر فاصله زمین و خورشید می رساند. Eps Ind Ab در دورترین نقطه مدار خود، ۵۰ برابر فاصله متوسط ​​بین زمین و خورشید از ستاره مادر خود فاصله دارد.

ستاره والد جهان، یک کوتوله قرمز به نام Eps Ind A، دو همدم ستاره ای دارد. هر دو کوتوله قهوه‌ای یا «ستاره‌های شکست‌خورده» هستند که به این دلیل نام‌گذاری شده‌اند زیرا اجرامی هستند که مانند ستاره‌ها شکل می‌گیرند، اما نمی‌توانند جرم کافی برای راه‌اندازی فرآیندهای همجوشی هسته‌ای در هسته‌شان جمع کنند که «ستاره دنباله اصلی» چیست.

سیارات سرد؛ موضوع داغ

تاکنون دانشمندان تنها توانسته‌اند تعداد کمی از سیاره‌های سرد پراکنده با مدارهای وسیع خارج از منظومه شمسی را شناسایی کنند. و حتی آن‌ها به‌طور غیرمستقیم، از طریق تکنیک تشخیص سیارات فراخورشیدی به نام «روش سرعت شعاعی» شناسایی شده‌اند، که «تزلزل» یک سیاره در حال چرخش را در حرکت ستاره مادرش اندازه‌گیری می‌کند.

شناسایی سیاراتی مانند این با روش های دیگر دشوار است. سیارات سرد از ستارگان خود دور هستند و بعید است که مدار آنها باعث عبور سیارات، یا ‘ترانزیت’ از چهره ستاره خود شود (همانطور که از موقعیت ما در منظومه شمسی مشاهده می شود). چنین گذرها معمولاً برای تشخیص سیارات فراخورشیدی مهم هستند، زیرا باعث ایجاد تابش در نور ستارگان به سمت آشکارسازهای اطراف ما می شوند. به طور دقیق تر، نور یک ستاره در طول یک گذر به نظر می رسد که ‘فروغ’ می کند.

این به این معنی است که روش ترانزیت تشخیص سیارات فراخورشیدی عمدتاً برای این سیارات مطرح نیست، اما روش سرعت شعاعی نیز غیرقابل اعتماد است زیرا تنها مقدار کمی از مدارهای گسترده یک ‘کشش’ قابل تشخیص روی یک ستاره ایجاد می کند.

روش سرعت شعاعی برای مطالعه Eps Ind Ab مورد استفاده قرار گرفته بود، اما از آنجایی که تنها بخش کوچکی از مدار آن قابل بررسی بود، به این نتیجه نادرست منجر شد که ابرمشتری فقط ۴۳ سال زمینی طول کشید تا مدار ستاره خود را کامل کند. . برای بدست آوردن تصویر دقیق تری از مدار این سیاره با این روش، سالها رصد لازم است.

متیوز و همکارانش با آگاهی از این مشکلات تصمیم گرفتند رویکرد متفاوتی را اتخاذ کنند و سعی کردند مستقیماً از Eps Ind Ab تصویر کنند.

تصویربرداری مستقیم از یک سیاره فراخورشیدی پیشنهاد سختی است. نه تنها نزدیک‌ترین سیاره‌های فراخورشیدی سال‌های نوری از ما فاصله دارند، بلکه اکثر دوربین‌های نجومی نیز هنگام تلاش برای نگاه کردن به سیارات در حال گردش، توسط نورهای درخشان ستاره‌ها کور می‌شوند.

بنابراین، این تیم از ‘کروناگراف’ MIRI، یک سپر مسدود کننده نور ستاره که اساسا یک خورشید گرفتگی را شبیه سازی می کند، بهره برداری کردند. MIRI همچنین ابزار ایده‌آلی برای این تحقیق بود زیرا کیهان را در نور حرارتی یا فروسرخ میانی می‌بیند. این نوع نور اجسام سرد است که به روشنی ساطع می شوند.

این واقعیت که Eps Ind Ab در فاصله ۱۲ سال نوری از زمین نسبتاً نزدیک به زمین است، به محققان کمک کرد. فاصله کمتر بین JWST و این سیاره فراخورشیدی هدف به این معنی بود که فاصله بین Eps Ind Ab و ستاره آن بزرگتر به نظر می رسید. این جدایی گسترده تر ظاهری به این معنی است که شانس بهتری برای کاهش اثر کور نور ستاره وجود دارد.

متیوز گفت: ما سیگنالی را در داده‌های خود کشف کردیم که با سیاره فراخورشیدی مورد انتظار مطابقت نداشت. اما این سیاره همچنان یک سیاره غول پیکر به نظر می رسید.

برای تأیید این موضوع، تیم همچنان باید اطمینان حاصل می‌کرد که آنچه می‌دیدند، نتیجه نور پس‌زمینه‌ای نبود که از ستاره‌ای دورتر می‌آمد. به لطف بررسی مجدد با همان منطقه با استفاده از تلسکوپ بسیار بزرگ (VLT)، دانشمندان یک جسم کم نور پیدا کردند. اگر سیگنال واقعاً متعلق به ستاره Eps Ind A باشد، این جسم در نقطه درستی قرار داشت.

متیوز و همکارانش همچنین سعی کردند با استفاده از داده های MIRI جو Eps Ind Ab را درک کنند. این نشان داد که ابرمشتری مملو از عناصر سنگین به‌ویژه کربن است که مولکول‌هایی مانند متان، دی‌اکسید کربن و مونوکسید کربن را می‌سازد که معمولاً در سیارات غول‌پیکر گازی یافت می‌شوند.

توضیح جایگزین برای این امر این است که جو سیاره ابری است. همه اینها به این معنی است که برای درک بهتر Eps Ind Ab به تحقیقات بیشتری نیاز است.

این تیم اکنون قصد دارد طیف‌هایی از نور را از Eps Ind Ab بدست آورد که می‌تواند اثرانگشت دقیقی از ترکیب شیمیایی و آب و هوای عمومی ابر مشتری ارائه دهد.

متیوز در پایان گفت: ‘در دراز مدت، ما امیدواریم که سایر منظومه های سیاره ای نزدیک را نیز برای شکار غول های گاز سردی که ممکن است از شناسایی فرار کرده باشند، مشاهده کنیم.’ چنین نظرسنجی مبنایی برای درک بهتر چگونگی شکل گیری و تکامل سیارات گازی خواهد بود.

تحقیقات این تیم روز چهارشنبه (۳ مرداد) در مجله Nature منتشر شد.