جهان هستی پر از سیاراتی عجیب و ناشناخته است؛ از ابرزمینهایی که در ناحیه قابل سکونت ستاره خود قرار دارند گرفته تا دنیاهای یخزده و حتی سیاراتی که ظاهری شبیه یک چشم غولپیکر دارند. اکنون پژوهشگران با کمک تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) به کشفی تازه درباره یکی از اسرارآمیزترین اجرام فراخورشیدی رسیدهاند؛ جرم آسمانی صورتیرنگی که احتمال دارد در جو خود ابرهایی از نمک داشته باشد.
این یافته نهتنها تصویری تازه از این دنیای عجیب ارائه میدهد، بلکه میتواند درک دانشمندان از نحوه شکلگیری سیارات غولپیکر و کوتولههای قهوهای را نیز تغییر دهد.
جیمز وب پرده از راز «سیاره صورتی» برداشت
این جرم آسمانی که با نام GJ 504b شناخته میشود، نخستین بار در سال ۲۰۱۳ کشف شد و در فاصله کمتر از ۶۰ سال نوری از زمین قرار دارد.
این جرم به دور ستارهای بسیار شبیه خورشید گردش میکند، اما فاصله آن از ستاره میزبانش بسیار زیاد است؛ بیش از ۴۰ برابر فاصله زمین تا خورشید و حتی دورتر از مدار پلوتو.
همین فاصله زیاد باعث شده دمای آن نسبت به بسیاری از سیارات غولپیکر شناختهشده پایینتر باشد و نور بسیار کمی از خود ساطع کند؛ موضوعی که بررسی آن را با تلسکوپهای زمینی بسیار دشوار کرده است.
به گفته پژوهشگران، همین ویژگی باعث شد GJ 504b به یکی از بهترین اهداف برای تلسکوپ فضایی جیمز وب تبدیل شود؛ ابزاری که با حساسیت بسیار بالای خود در طولموج فروسرخ میتواند اجرام بسیار کمنور را نیز مطالعه کند.
جرمی که هنوز دانشمندان بر سر ماهیت آن اتفاق نظر ندارند
با وجود گذشت بیش از یک دهه از کشف GJ 504b، هنوز مشخص نیست که این جرم دقیقاً یک سیاره غولپیکر است یا یک کوتوله قهوهای؛ اجرامی که گاهی از آنها به عنوان «ستارههای ناکام» یاد میشود، زیرا جرم کافی برای آغاز همجوشی هستهای مانند ستارگان را ندارند.
به همین دلیل، پژوهشگران در این مطالعه از اصطلاح «همدمی با جرم سیارهای» (Planetary-Mass Companion) برای توصیف آن استفاده کردهاند.
جیمز وب اطلاعاتی کاملاً متفاوت ارائه کرد
دانشمندان با تحلیل طیف نوری ثبتشده توسط تلسکوپ جیمز وب، که مانند اثر انگشت شیمیایی هر جرم آسمانی عمل میکند، توانستند برآوردهای تازهای از جرم و سن این جرم اسرارآمیز به دست آورند.
نتایج نشان میدهد GJ 504b احتمالاً:
- بسیار پرجرمتر از برآوردهای قبلی است.
- سن بیشتری نسبت به تخمینهای گذشته دارد.
- از نظر ساختار و ترکیب شیمیایی با بسیاری از سیارات غولپیکر شناختهشده تفاوت دارد.
کوچکتر از مشتری، اما ۲۵ برابر سنگینتر
یکی از عجیبترین نتایج این مطالعه، اندازه و جرم این جرم آسمانی است.
بر اساس محاسبات جدید، GJ 504b حدود ۱۰ درصد کوچکتر از سیاره مشتری است، اما جرم آن تقریباً ۲۵ برابر مشتری برآورد میشود.
همچنین دمای آن حدود ۲۹۰ درجه سانتیگراد است؛ رقمی که اگرچه از دیدگاه زمینی بسیار داغ محسوب میشود، اما برای یک جرم غولپیکر جوان، دمای نسبتاً پایینی به شمار میرود.
پژوهشگران معتقدند این دمای پایین نشان میدهد GJ 504b احتمالاً بین ۲.۵ تا ۴.۵ میلیارد سال سن دارد؛ یعنی سنی نزدیک به منظومه شمسی.
معمایی که مدلهای علمی قادر به توضیح آن نبودند
زمانی که پژوهشگران دادههای جیمز وب را وارد مدلهای رایانهای خود کردند، با پدیدهای غیرمنتظره روبهرو شدند.
نتایج شبیهسازی نشان میداد بخشی از جو این جرم دارای شرایط حرارتی غیرعادی است؛ وضعیتی که از نظر فیزیکی با مدلهای رایج سازگار نبود.
به بیان ساده، مدلها نمیتوانستند توضیح دهند چرا دمای بخشی از جو این جرم تقریباً ثابت باقی مانده است.
همین موضوع نشان میداد که احتمالاً عامل ناشناختهای در جو GJ 504b وجود دارد که تاکنون در محاسبات در نظر گرفته نشده بود.
ابرهای نمکی؛ حلقه گمشده معمای «سیاره صورتی»
برای حل این معما، پژوهشگران چندین مدل مختلف از پوشش ابری را در شبیهسازیهای خود آزمایش کردند. نتیجه شگفتانگیز بود؛ تنها زمانی که ابرهای نمکی در مدلها لحاظ شدند، دادههای ثبتشده توسط تلسکوپ جیمز وب با نتایج شبیهسازیها مطابقت پیدا کرد.
آنیش بابوراج، پژوهشگر دانشگاه نورثوسترن و نویسنده اصلی این مطالعه، میگوید:
«ما مدلهای مختلفی را با انواع گوناگون ابرها آزمایش کردیم، اما ابرهای نمکی بهترین تطابق را با دادهها داشتند. زمانی که این ابرها را وارد مدل کردیم، نشانههای مولکولهای موجود در لایههای عمیقتر جو تعدیل شد و نتایج از نظر فیزیکی منطقی شدند.»
به گفته محققان، این نخستین بار است که وجود چنین ابرهایی بهعنوان عامل اصلی توضیحدهنده طیف نوری یک جرم با جرم سیارهای مطرح میشود.
این ابرها از چه موادی تشکیل شدهاند؟
هرچند هنوز ترکیب دقیق این ابرها مشخص نیست، اما پژوهشگران احتمال میدهند که بخش عمده آنها از ترکیباتی مانند:
- کلرید پتاسیم (Potassium Chloride)
- سولفید روی (Zinc Sulfide)
تشکیل شده باشد.
برخلاف ابرهای زمین که عمدتاً از بخار آب ساخته شدهاند، در سیارات و اجرام فراخورشیدی با دما و فشار متفاوت، مواد معدنی نیز میتوانند به شکل ابر در جو معلق شوند.
جو این جرم ترکیبی از گازهای سمی و عجیب است
تحلیل طیف نوری GJ 504b نشان میدهد جو آن احتمالاً حاوی ترکیبی از چندین گاز مختلف است، از جمله:
- بخار آب
- مونوکسید کربن
- متان
- آمونیاک
- سولفید هیدروژن
وجود این ترکیبات در کنار مه صورتیرنگ جو، تصویری کاملاً متفاوت از آنچه تاکنون درباره سیارات غولپیکر شناخته شده بود، ارائه میدهد.
آیا GJ 504b واقعاً یک سیاره است؟
یکی دیگر از یافتههای مهم این مطالعه به منشأ شکلگیری این جرم مربوط میشود.
بررسی ترکیب عناصر سنگین موجود در جو GJ 504b نشان داد که میزان عناصری مانند:
- کربن
- اکسیژن
- و احتمالاً گوگرد
در آن نسبت به ستاره میزبان بیشتر است.
جالب اینکه سیاره مشتری در منظومه شمسی نیز ویژگی مشابهی دارد. به همین دلیل، پژوهشگران احتمال میدهند GJ 504b نه یک کوتوله قهوهای، بلکه جرمی باشد که مانند سیارات، از دل دیسک پیشسیارهای اطراف ستاره خود شکل گرفته است. البته برای تأیید قطعی این فرضیه، به مشاهدات بیشتری نیاز خواهد بود.
گامی مهم برای مطالعه دنیاهای سرد و کمنور
دانشمندان معتقدند این پژوهش نقطه عطفی در استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب برای بررسی اجرام بسیار سرد و کمنور محسوب میشود.
تحلیل طیف نوری چنین اجرامی میتواند اطلاعات ارزشمندی درباره تاریخچه شکلگیری آنها، ساختار جو و حتی نحوه تکامل سیارات غولپیکر در سراسر کهکشان در اختیار اخترشناسان قرار دهد.
بابوراج در پایان میگوید:
«این نخستین بار است که متوجه میشویم وجود ابرهای نمکی برای توضیح طیف نوری یک جرم آسمانی ضروری است. این موضوع یادآوری میکند که هنگام مدلسازی جو سیارات و اجرام فراخورشیدی، نباید نقش ابرها را نادیده بگیریم.»
تحلیل چیکاو
این کشف نشان میدهد تلسکوپ فضایی جیمز وب همچنان فراتر از انتظارات عمل میکند و قادر است جزئیاتی از اجرام بسیار دور را آشکار کند که پیشتر با هیچ ابزار دیگری قابل مشاهده نبود. کشف احتمالی ابرهای نمکی در GJ 504b میتواند مدلهای فعلی درباره ساختار جو سیارات غولپیکر و کوتولههای قهوهای را دستخوش تغییر کند.
از سوی دیگر، این مطالعه نشان میدهد مرز میان سیارات غولپیکر و کوتولههای قهوهای هنوز کاملاً مشخص نیست. هرچه دادههای بیشتری از چنین اجرامی جمعآوری شود، دانشمندان درک دقیقتری از نحوه شکلگیری منظومههای سیارهای و تکامل اجرام فراخورشیدی به دست خواهند آورد.
«سیاره صورتی» شاید یکی از عجیبترین دنیاهای شناختهشده باشد، اما اهمیت واقعی این پژوهش تنها به کشف یک جرم اسرارآمیز محدود نمیشود. این مطالعه نشان میدهد ابزارهای پیشرفتهای مانند جیمز وب میتوانند حتی ترکیب ابرهای سیاراتی در دهها سال نوری دورتر را نیز بررسی کنند؛ موضوعی که چند سال پیش بیشتر شبیه داستانهای علمیتخیلی بود.
منابع
- ScienceAlert
- Northwestern University
- NASA
- The Astrophysical Journal
