سنگریزههای کوچکی که از دوران شکلگیری یک ستاره باقی مانده بودند، زمینهساز پیدایش یکی از عجیبترین و افراطیترین سیاراتی شدند که بشر تاکنون شناخته است.
این سیاره، که با نام تایلوس (Tylos) یا WASP-121b شناخته میشود، یک سیارهٔ غولپیکر گازی در فاصلهی حدود ۸۸۰ سال نوری از ماست. تایلوس آنقدر به ستارهی میزبانش نزدیک است که جو آن از ابرهایی از فلزات تبخیرشده پر شده است.
اکنون، مشاهدات جدید نشان میدهد این سیارهی عجیب – که یکی از پرمطالعهترین سیارات در کهکشان راه شیری به شمار میرود – از غبار و سنگهایی تشکیل شده که در سالهای نخست شکلگیری منظومه، دور ستاره میچرخیدند.
شاهد ماجرا؟ سیلیکون مونوکسید؛ یعنی ابرهایی از سنگهای تبخیرشده. تیمی از اخترشناسان با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST)، این مولکول را در جو سیاره شناسایی کردند، بههمراه مولکولهای دیگر نظیر آب، مونوکسید کربن و متان.
دکتر «توماس ایوانز-سوما» از دانشگاه نیوکاسل استرالیا، که رهبری این پژوهش را بر عهده داشت، میگوید:
«نسبت میان عناصر کربن، اکسیژن و سیلیکون سرنخهایی دربارهی چگونگی پیدایش این سیاره و مواد اولیهاش به ما میدهد.»
تایلوس حدود ۱٫۷۵ برابر شعاع مشتری و تنها ۱٫۱۶ برابر جرم آن را دارد. این سیاره بهدور یک ستارهی زرد-سفید به نام دیلمون میگردد؛ ستارهای با ۱٫۵ برابر شعاع خورشید. مدار تایلوس بهقدری تنگ و سریع است که تنها ۳۰ ساعت طول میکشد تا یک دور کامل بزند – آنقدر نزدیک که در حال تبخیر شدن است، و جو آن به دلیل گرمای شدید بهطرز چشمگیری منبسط شده است.
از آنجا که تایلوس هنگام چرخش، از میان ما و ستارهی میزبانش عبور میکند، در موقعیتی عالی برای مطالعه قرار دارد. بخشی از نور ستاره هنگام عبور از جو متورم این سیاره، تحت تأثیر مولکولهای موجود در آن تغییر میکند. اخترشناسان میتوانند با بررسی دقیق این تغییرات، تشخیص دهند که کدام مولکولها مسئول این اثرها هستند.
تایلوس از دستهی موسوم به «مشتریهای داغ» است؛ یعنی سیارات غولپیکر گازی که در فاصلهای باورنکردنی نزدیک به ستارهی خود قرار دارند. این پدیدهها هنوز بهدرستی توضیح داده نشدهاند، چون شکلگیری در چنین نزدیکیای غیرممکن است – تشعشعات و بادهای ستارهای اجازهی تجمیع گازها را نمیدهند. رایجترین نظریه این است که این سیارات در فاصلههای دورتر تشکیل میشوند و بهمرور به مدار نزدیکتری مهاجرت میکنند.
نخستین شناسایی مولکول سیلیکون مونوکسید در جو یک سیارهٔ فراخورشیدی در مقالهای در سال ۲۰۲۲ گزارش شد. این مولکول بسیار نادر و شناسایی آن دشوار است. اما ترکیب خاص مولکولها در جو تایلوس به تیم ایوانز-سوما کمک کرد تا مکان شکلگیری اولیهی این سیاره را تعیین کنند.
ستارهها از ابرهای متراکم گاز مولکولی متولد میشوند. با چرخش این ابرها، موادی به شکل دیسک گرد آمده و وارد ستاره شده، آن را تغذیه میکنند. وقتی ستاره به اندازهی کافی رشد کند، با بادهای خود مواد پیرامونش را پراکنده میکند و این رشد متوقف میشود. آنچه باقی میماند، در قالب سنگریزهها و دانههای یخ بههم میچسبد و سیارات را شکل میدهد.
در نزدیکیهای ستاره، یخها به دلیل گرما تصعید میشوند. این ناحیه، «خط یخ» یا «مرز برف» نامیده میشود و هر نوع یخ، نقطهی تصعید متفاوتی دارد.
با بررسی نسبت مولکولهای موجود در جو تایلوس، پژوهشگران نتیجه گرفتند که این سیاره در ناحیهای از دیسک اولیه تشکیل شده که متان به حالت گازی بوده ولی یخها هنوز جامد باقی مانده بودند. در منظومهی شمسی، این منطقه بین مدارهای مشتری و اورانوس قرار دارد. اما چون دیلمون ستارهای داغتر از خورشید است، فاصلهی مناسب برای تایلوس باید حتی دورتر بوده باشد – که بهوضوح نشان میدهد تایلوس مسیر درازی را برای رسیدن به موقعیت فعلیاش پیموده است.
این یافته یکی از قویترین شواهد موجود دربارهی چگونگی شکلگیری و تحول مشتریهای داغ به شمار میرود.
اما یک راز دیگر باقی مانده است: متان تنها در سمت شب سیاره (سمتی که همیشه پشت به ستاره است) شناسایی شده. متان در دماهای بالا ناپایدار است و نباید در سمت روز داغ و سوزان آن وجود داشته باشد. حتی با چرخش سیاره، متان باید در همان ارتفاع غیرقابل شناسایی باقی بماند.
اما وفور متان در ارتفاعات بالایی سمت شب سیاره، نشاندهندهی فرآیندهای جوی شگفتانگیز است. پژوهشگران معتقدند جریانهای عمودی قوی متان را از لایههای عمیقتر به سمت بالا میبرند؛ جایی که میتوان آن را با JWST شناسایی کرد.
ایوانز-سوما میگوید:
«این یافته مدلهای دینامیکی موجود در مورد سیارات فراخورشیدی را به چالش میکشد و نشان میدهد که این مدلها باید بهروزرسانی شوند تا بتوانند این الگوهای اختلاط عمودی قوی در سمت شب را بازتولید کنند.»
با وجود بررسیهای گسترده روی تایلوس – بیش از بسیاری از حدود ۶۰۰۰ سیارهی فراخورشیدی شناختهشده – این دنیای عجیب و ذوبشونده هنوز هم چیزهای زیادی برای آموزش به ما دربارهی سیارات راه شیری دارد.
نتایج این پژوهش در نشریهی Nature Astronomy منتشر شده است.
