رفتار عجیب ستارگان، مأموریت ما برای کشف سیارات را دشوار کرده است

هنگامی که یک سیاره‌ی فراخورشیدی از مقابل ستاره‌ی خود عبور می‌کند، کاهش نور ستاره به ستاره‌شناسان نشان می‌دهد که یک سیاره در آنجا وجود دارد. تجزیه‌وتحلیل این نور می‌تواند اطلاعاتی درباره‌ی اندازه و ویژگی‌های جو سیاره ارائه دهد.

با این حال، سطح یک ستاره همیشه به‌طور یکنواخت گرم نیست. برخی نواحی می‌توانند داغ‌تر و درخشان‌تر باشند، در حالی که برخی دیگر سردتر و کم‌نورتر هستند و این تغییرات در طول زمان رخ می‌دهند.

تحقیقات جدید نشان می‌دهد که این ستاره‌های پرنوسان می‌توانند درک ما از سیاره‌های فراخورشیدی را تحریف کنند.

تعداد سیاره‌های فراخورشیدی تأییدشده در حال نزدیک شدن به ۶۰۰۰ مورد است. ستاره‌شناسان می‌خواهند این سیاره‌ها را در تمام تنوع شگفت‌انگیزشان بهتر بشناسند. تنها راه برای این کار، بررسی دقیق نور و تغییرات آن است. زمانی که یک سیاره‌ی فراخورشیدی از مقابل ستاره‌ی خود عبور می‌کند، ستاره‌شناسان می‌توانند نور ستاره را که از جو سیاره عبور کرده، تحلیل کنند.

اما تحقیقات جدید نشان می‌دهد که ستاره‌های میزبان این سیاره‌ها می‌توانند سیگنال نوری را آلوده کنند و باعث شوند درک ما از اندازه، دما و جو این سیاره‌ها دچار خطا شود.

این پژوهش با عنوان «تحلیل جمعیتی ۲۰ سیاره‌ی فراخورشیدی مشاهده‌شده در طول‌موج‌های مرئی تا نزدیک مادون‌قرمز با تلسکوپ فضایی هابل: شواهدی از آلودگی گسترده‌ی ستاره‌ای» در نشریه‌ی مکمل اخترفیزیک منتشر شده است. نویسنده‌ی اصلی، آریانا سابا از دانشگاه کالج لندن است.

چگونه ستاره‌ها بر درک ما از سیارات تأثیر می‌گذارند؟

سطح یک ستاره عمدتاً توسط دمای آن تعریف می‌شود که تحت تأثیر میدان‌های مغناطیسی قدرتمند آن است. میدان‌های مغناطیسی می‌توانند جریان گرما را از درون ستاره به سطح آن مهار کنند و مناطق سردتر و کم‌نورتر ایجاد کنند. در مقابل، این میدان‌ها می‌توانند در برخی نواحی دیگر گرمای بیشتری را متمرکز کرده و مناطق درخشان‌تری ایجاد کنند.

الکساندرا تامپسون، یکی از نویسندگان این پژوهش، توضیح می‌دهد:

«برخی ستاره‌ها ممکن است “ناهموار” توصیف شوند – یعنی بخش‌های بیشتری از سطح آن‌ها سردتر و تاریک‌تر و بخش‌های دیگر گرم‌تر و درخشان‌تر هستند. این به دلیل فعالیت مغناطیسی قوی‌تر آن‌ها است.»

او می‌افزاید:

«مناطق گرم‌تر و درخشان‌تر (به نام “فَکولا”) نور بیشتری ساطع می‌کنند. بنابراین، اگر یک سیاره از مقابل درخشان‌ترین بخش ستاره عبور کند، ممکن است باعث شود محققان اندازه‌ی سیاره را بیشتر از مقدار واقعی تخمین بزنند، زیرا به نظر می‌رسد که بخش بیشتری از نور ستاره را مسدود کرده است. همچنین، ممکن است تصور شود که سیاره داغ‌تر از مقدار واقعی است یا جوی متراکم‌تر دارد.»

«در مقابل، اگر سیاره از مقابل یک لکه‌ی سرد ستاره‌ای عبور کند، باعث می‌شود که سیاره کوچک‌تر از مقدار واقعی به نظر برسد.»

آلودگی نوری و اشتباه در کشف سیاره‌ها

این ستاره‌های ناپایدار حتی می‌توانند منجر به شناسایی اشتباه سیاره‌های فراخورشیدی شوند.
تامپسون توضیح می‌دهد:

«از سوی دیگر، کاهش نور ناشی از یک لکه‌ی سرد ستاره‌ای می‌تواند اثر عبور یک سیاره را تقلید کند و باعث شود که فکر کنیم سیاره‌ای در آنجا وجود دارد، درحالی‌که در واقع چنین چیزی وجود ندارد. به همین دلیل، مشاهدات تکمیلی برای تأیید کشف سیاره‌های فراخورشیدی بسیار مهم است.»

بررسی داده‌های ۲۰ سیاره‌ی فراخورشیدی

برای بررسی این موضوع، سابا و همکارانش داده‌های بایگانی‌شده‌ی ۲۰ جو سیاره‌ی فراخورشیدی را که پیش‌تر توسط طیف‌سنج تصویربرداری تلسکوپ فضایی هابل (STIS) و دوربین میدان گسترده ۳ (WFC3) مشاهده شده بودند، تجزیه‌وتحلیل کردند. این ابزارها نور را در طول‌موج‌های فرابنفش، مرئی و مادون‌قرمز مشاهده می‌کنند.

آن‌ها بررسی کردند که آیا مشاهدات انجام‌شده با همان ابزارها در زمان‌های مختلف نتایج متفاوتی ارائه می‌دهند یا خیر و آیا این تفاوت‌ها محدود به طول‌موج‌های خاصی هستند.

«برای به‌دست‌آوردن اطلاعات طیفی از محدوده‌ی نزدیک فرابنفش تا نزدیک مادون‌قرمز، ما ۱۶ مجموعه داده‌ی WFC3 و بیش از ۵۰ مجموعه داده‌ی STIS را با خط‌لوله‌ی پردازش اختصاصی خود مجدداً تحلیل کردیم.»

محققان دریافتند که مشاهدات انجام‌شده در زمان‌های مختلف با STIS، تفاوت‌های چشمگیری نشان می‌دهند، در حالی که داده‌های WFC3 تغییر چندانی ندارند.

این مسئله نشان می‌دهد که آلودگی ستاره‌ای یک مشکل جدی است. با استفاده از ابزارهای بیزی و مدل‌های تحلیلی دیگر، محققان دریافتند که فعالیت ستاره‌ای باعث آلودگی در حدود نیمی از سیاره‌های فراخورشیدی نمونه‌ی آن‌ها شده است.

نتایج و پیامدها

آریانا سابا، نویسنده‌ی اصلی پژوهش، می‌گوید:

«این نتایج برای ما غافلگیرکننده بودند – میزان آلودگی ستاره‌ای که در داده‌ها یافتیم، بیش از حد انتظار ما بود.»

«این یافته‌ها بسیار مهم هستند. با درک بهتر از اینکه چگونه تغییرات ستاره‌ای می‌تواند بر تفسیر ما از سیاره‌های فراخورشیدی تأثیر بگذارد، می‌توانیم مدل‌های خود را بهبود دهیم و از مجموعه داده‌های بسیار بزرگ‌تری که در آینده توسط مأموریت‌هایی مانند جیمز وب، آریل و توئینکل ارائه خواهند شد، استفاده‌ی بهتری کنیم.»

آلودگی ستاره‌ای تأثیرات شدیدی بر نتایج دارد.
محققان در مقاله‌ی خود نوشته‌اند:

«در نظر گرفتن فعالیت ستاره‌ای می‌تواند به‌طور قابل‌توجهی پارامترهای جوّی سیارات را تغییر دهد – به‌عنوان مثال، میزان مولکول‌ها را تا ۶ مرتبه‌ی بزرگی و دما را تا ۱۴۵٪ اصلاح کند.»

راه‌حل‌های پیشنهادی

محققان دو راه را برای بررسی تأثیر تغییرات ستاره‌ای بر داده‌های سیاره‌ای پیشنهاد کرده‌اند:

۱. بررسی شکل کلی طیف نوری: یعنی الگوی نور در طول‌موج‌های مختلف و اینکه آیا تنها با وجود سیاره توضیح داده می‌شود یا به فعالیت ستاره‌ای نیز نیاز است.
۲. مشاهده‌ی یک سیاره در زمان‌های مختلف در طیف مرئی: اگر این مشاهدات تفاوت زیادی داشته باشند، احتمالاً دلیل آن فعالیت متغیر ستاره‌ای است.

این تحقیق تأکید می‌کند که مشاهدات فرابنفش و مرئی نسبت به آلودگی ستاره‌ای حساس‌تر هستند، در حالی که مشاهدات مادون‌قرمز ممکن است آن را نادیده بگیرند.

تامپسون می‌گوید:

«خطر تفسیر نادرست داده‌ها با پوشش طیفی مناسب قابل کنترل است. مشاهدات نوری در طول‌موج‌های کوتاه‌تر بسیار مفید هستند، زیرا در آنجا اثرات آلودگی ستاره‌ای بیشتر آشکار می‌شوند.»

در نتیجه، بررسی‌های پیشین جوّ سیاره‌های فراخورشیدی باید با دقت بیشتری بازبینی شوند و مطالعات آینده باید چندطولی‌موجی باشند.

این پژوهش نشان می‌دهد که برای درک کامل جوّ سیاره‌های فراخورشیدی، مدل‌سازی و اصلاح آلودگی ستاره‌ای ضروری است.