یک کوتوله قهوهای در مسیر حرکت خود به دور یک ستاره، به شکلی نوسان میکند که نشان میدهد خودش یک قمر غولپیکر دارد. این کشف، قویترین شواهد تاکنون از وجود یک سامانه ستارهای «سهلایه» را ارائه میدهد؛ به عبارت دیگر، سامانهای خارج از منظومه شمسی که دارای یک قمر است. اگر بخواهیم اصطلاحی مناسب به کار ببریم، این میتواند نخستین «برونقمر» شناختهشده باشد.
با کشف بیش از ۶۰۰۰ سیاره فراخورشیدی، یعنی سیاراتی که به دور ستارگانی غیر از خورشید میچرخند، برخی اخترشناسان توجه خود را به یافتن برونقمرها معطوف کردهاند؛ یعنی قمرهای طبیعی که به دور این سیارات یا دیگر اجرام غیرستارهای میچرخند.
امروز، کوین هوی، دانشجوی دکترا در دانشگاه دیهگو پورتالس شیلی، و همکارانش از واضحترین نشانه احتمالی یک برونقمر که تاکنون مشاهده شده، خبر دادهاند. اما اینکه آیا این جرم واقعاً باید «قمر» نامیده شود یا نه، ممکن است به تعریف دقیق این واژه بستگی داشته باشد.
نه کاملاً ستاره، نه کاملاً سیاره
این یافتهها به سامانه CD-۳۵ ۲۷۲۲ مربوط میشوند؛ سامانهای که از یک ستاره کوچک نوع M تشکیل شده و یک کوتوله قهوهای با نام CD-۳۵ 2722B به دور آن میچرخد. کوتولههای قهوهای دستهای از اجرام هستند که در حد فاصل ستارهها و سیارات قرار میگیرند.
ستارهها گرانش کافی دارند تا اتمهای هیدروژن را در هسته خود وادار به همجوشی کنند. سیارات چنین قابلیتی ندارند و بنابراین گرمای خود را از منابع خارجی، انرژی باقیمانده از زمان شکلگیری یا واپاشی عناصر رادیواکتیو در هسته خود دریافت میکنند.
کوتولههای قهوهای آنقدر پرجرم هستند که میتوانند نوع خاصی از هیدروژن به نام دوتریوم را وارد فرایند همجوشی کنند، اما قادر به همجوشی هیدروژن معمولی نیستند. از آنجا که دوتریوم نسبتاً کمیاب است، این اجرام گرمای بسیار کمتری حتی نسبت به سردترین ستارههای رشته اصلی تولید میکنند.
این کوتوله قهوهای مدار بسیار کشیدهای دارد و ردیابی دقیق حرکت آن نشان میدهد که مسیرش کاملاً روان و منظم نیست. تقریباً بهطور قطعی، نیروی گرانشی اضافی از سوی جرمی دیگر بر آن وارد میشود و باعث میشود کوتوله قهوهای در مسیر خود نوعی حرکت مارپیچی داشته باشد.
هوی و همکارانش پس از بررسی چندین توضیح احتمالی، به این نتیجه رسیدند که وجود جرمی با جرمی حدود ۹۰ درصد جرم مشتری، در مداری ۱۷۰ روزه به دور کوتوله قهوهای، تقریباً بهطور کامل با دادهها مطابقت دارد. هیچیک از توضیحات جایگزین که آنها مدلسازی کردند، عملکرد قابلقبولی نداشت.
اگرچه این یافته شباهتهایی به جرم احتمالی HD 206893B I دارد که سال گذشته بهصورت موقت معرفی شد، هوی به IFLScience گفت که شواهد مربوط به این کشف بسیار واضحتر است.
حتی اگر تردیدها درباره وجود این جرم همراه برطرف شود، همچنان این پرسش باقی میماند که باید آن را چه بنامیم.
هوی در بیانیهای گفت:
«تعریف این سامانه با استفاده از واژههایی مبتنی بر منظومه شمسی، مانند سیاره و قمر، تا حدی دشوار است.»
این تیم فعلاً برای پرهیز از ورود به این بحث از اصطلاح «برونقمر» یا «برونماهواره» استفاده میکند.
هوی توضیح داد:
«این جرم همراه بهوضوح آنقدر پرجرم است که بتوان آن را یک سیاره دانست، اما به دور یک ستاره نمیچرخد؛ در عوض، به دور جرمی میچرخد که خودش به دور یک ستاره حرکت میکند.»
اتحادیه بینالمللی اخترشناسی (IAU) در حال حاضر اصلاً تعریف رسمی مشخصی برای «قمر» ندارد و این کشف ممکن است این نهاد را به سمت ارائه چنین تعریفی سوق دهد؛ زیرا احتمالاً در سالهای آینده نمونههای مشابه بیشتری کشف خواهند شد.
کوین هوی گفت:
«اینکه در این سامانه نقش عضو سوم را داریم، باعث میشود بخواهیم آن را قمر بنامیم؛ حتی اگر هیچ شباهتی به قمرهای کوچک و سنگی منظومه خودمان نداشته باشد.»
آلیس زورلو، مدیر هسته هزاره سیارات فراخورشیدی جوان و قمرهای آنها (YEMS)، نیز گفت:
«در منظومه شمسی، مرز مشخصی میان سیارات و خورشید وجود دارد، بنابراین تعریف اجرامی مانند قمرها ساده است.»
او افزود:
«اما در سامانه CD-۳۵ ۲۷۲۲، جایی که مرز میان ستارهها، سیارات و قمرها در حال محو شدن است، توصیف کل سامانه بسیار پیچیدهتر میشود.»
آیا یک کوتوله قهوهای بهاندازه کافی شبیه ستاره است که جرمی که به دور آن میچرخد باید سیاره محسوب شود؟ یا اینکه کوتولههای قهوهای از نظر ماهیت بیشتر به سیارات شباهت دارند و بنابراین اجرامی که به دور آنها میچرخند باید قمر نامیده شوند؟
علاوه بر این، آیا تفاوتی ایجاد میکند که کوتوله قهوهای، همانند این مورد، به دور یک ستاره واقعی بچرخد، نه اینکه مانند بسیاری از کوتولههای قهوهای بهصورت مستقل در فضا سرگردان باشد؟ آیا ماهیت و بهویژه اندازه جرم همراه نیز اهمیت دارد یا تنها جرمی که این جرم به دور آن میچرخد اهمیت دارد؟
از سوی دیگر، شاید اخترشناسان باید از قرار دادن کوتولههای قهوهای در دوگانه ستاره/سیاره خودداری کنند و دستهای میانی از اجرام همراه با نامی جدید ایجاد کنند؛ مثلاً «پلون» یا «مانت»!
ما برای پلوتو، سرس و اجرام دیگر دسته «سیارات کوتوله» را ایجاد کردیم و ظاهراً همه نیز با آن مشکلی ندارند، درست است؟
تاکنون تنها تعداد کمی از سیارات فراخورشیدی بهطور مستقیم مشاهده شدهاند. بیشتر کشفیات بر اساس کاهش نور ستاره هنگام عبور سیاره از مقابل آن یا نوسانی انجام میشوند که گرانش سیاره در حرکت ستاره ایجاد میکند.
احتمالاً وضعیت برونقمرها نیز برای مدت طولانی مشابه خواهد بود. نخستین کشفیات احتمالاً اجرامی خواهند بود که بهاندازه کافی بزرگ هستند تا بخش قابلتوجهی از نور ستاره خود را مسدود کنند یا آنقدر پرجرماند که گرانششان تأثیر قابلتوجهی بر اجرام درخشان اطرافشان بگذارد.
هوی به IFLScience گفت:
«تا آنجا که من میدانم، در حال حاضر هیچ روند رسمی برای تعیین اینکه این جرم باید چگونه توصیف شود وجود ندارد.»
در نتیجه، نخستین کشفیات احتمالاً همان اجرامی خواهند بود که بیشترین مشکل را برای تعریفهای فعلی ایجاد میکنند.
هوی گفت:
«در حال حاضر، اتحادیه بینالمللی اخترشناسی این جرم را یک سیاره در نظر میگیرد؛ زیرا تعریف این نهاد، سلسلهمراتب را فراتر از جرم میزبان مستقیم در نظر نمیگیرد و کوتولههای قهوهای نیز میتوانند میزبان سیارات باشند. با این حال، اتحادیه بینالمللی اخترشناسی هیچ تعریف مشخصی برای قمر ندارد و این کشف ممکن است آنها را به سمت ارائه چنین تعریفی سوق دهد؛ زیرا این احتمال وجود دارد که در سالهای آینده نمونههای مشابه زیادی کشف شوند.»
جرم همراه CD-۳۵ 2722B با استفاده از همان روشی کشف شد که بیشتر سیارات فراخورشیدی اولیه با آن شناسایی شدند: روش سرعت شعاعی.
تغییرات ظریف در طیف کوتوله قهوهای که با استفاده از تلسکوپ بسیار بزرگ (VLT) ثبت شد، نشان داد که این جرم در یک چرخه ۱۷۰ روزه به سمت ما و سپس در جهت مخالف حرکت میکند.
هوی به دلیل وجود اختلاف ۶۰۰ متر بر ثانیهای در حرکت CD-۳۵ 2722B نسبت به ما، و خطای اندازهگیری تنها حدود ۵۰ متر بر ثانیه، نسبت به این کشف اطمینان دارد.
در مقابل، گزارشهای مربوط به HD 206893B I بر پایه اخترسنجی قرار داشتند؛ روشی بسیار دشوارتر که در آن باید موقعیت کوتوله قهوهای در آسمان با دقت بسیار بالایی اندازهگیری شود.
هوی به IFLScience گفت:
«ما همچنین دادههای بیشتری در اختیار داشتیم و توانستیم با پیشبینی دادههای آینده سرعت شعاعی، اندازهگیری آنها و مشاهده تطابق میان پیشبینی و مقادیر واقعی، این کشف را تأیید کنیم.»
کشفهای قبلی برونقمرها بر اساس کاهشهای جزئی در روشنایی ستارهها انجام شده بودند، اما بعدها با تردیدهای قابلتوجهی مواجه شدند.
یک جرم غیرعادی
نشانه مشاهدهشده واضح است، اما وجود یک قمر برای CD-۳۵ 2722B تا حدی غافلگیرکننده است؛ زیرا مدار کوتوله قهوهای بسیار بیضوی است.
هوی به IFLScience گفت:
«اجرامی با مدارهای بسیار کشیده برای حفظ قمرهای خود با مشکل مواجه میشوند، زیرا چنین مداری آشوب زیادی در سامانه ایجاد میکند.»
او این سامانه را «بسیار عجیب» توصیف کرده است. هوی پایداری این آرایش را به دوره مداری طولانی CD-۳۵ 2722B نسبت میدهد؛ دورهای که باعث میشود کوتوله قهوهای و ستاره هیچگاه بیش از حد به یکدیگر نزدیک نشوند.
فاصله میان اجزای این سامانه نیز به دانشمندان اجازه میدهد تصویر بسیار واضحتری از آنچه در حال رخ دادن است به دست آورند. این موضوع، در کنار فاصله نسبتاً کم ۷۱ سال نوری CD-۳۵ ۲۷۲۲ از زمین، به کشف این جرم کمک کرده و چشمانداز تحقیقات آینده را نیز بهبود میبخشد.
اگرچه کوتولههای قهوهای در مقایسه با ستارهها نور بسیار کمی منتشر میکنند، هوی به IFLScience گفت:
«کوتولههای قهوهای ممکن است برای دورههایی بسیار موقت، مناطقی در اطراف خود داشته باشند که دمای تعادلی یک سیاره فرضی در آنها اجازه وجود آب مایع را بدهد. البته این منطقه بسیار موقتی خواهد بود، زیرا کوتولههای قهوهای با سرعت نسبتاً زیادی سرد میشوند.»
با این حال، در این مورد، بیشتر گرمای جرم همراه احتمالاً همچنان از درون خود آن تأمین میشود؛ گرمایی که هنگام شکلگیری و بههمپیوستن مواد برای تشکیل این جرم آزاد شده است.
