حل چند معما به یاری تلسکوپ بازنشسته ناسا - زنگ قلاب بافی

به گزارش خبرنگاران و به نقل از اس تی دی، محققان اخیرا در دو مطالعه و با استفاده از داده های تلسکوپ فضایی بازنشسته اسپیتزر ناسا، سیاره های فراخورشیدی غول پیکر و کوتوله های قهوه ای(اجرامی که کاملا همچون ستاره نیستند، اما کاملا همچون سیاره هم نیستند) را مورد آنالیز قرار دادند.

مطالعه اول نشان داد که آب و هوا در کوتوله های قهوه ای(که مانند ستاره ها شکل می گیرند اما جرم کافی برای شروع سوزاندن هیدروژن در هسته هایشان مانند ستاره ها ندارند) با افزایش سن تغییر می نماید. کوتوله های قهوه ای و سیارات فراخورشیدی غول پیکر از نظر قطر، جرم و ترکیب مشابه هستند، بنابراین درک ویژگی های جوی یکی از آنها می تواند بینش های نوی درباره ویژگی های دیگری ارائه دهد.

مطالعه دوم به مجموعه ای از مطالعات مربوط می گردد که طی آن محققان مشتری های داغ(سیاره های فراخورشیدی گازی که در فاصله ای بسیار نزدیک به ستاره های والد خود می چرخند) را آنالیز نموده اند.

مشتری داغ(Hot Jupiter) نوعی سیاره فراخورشیدی است. مشتری های داغ سیاره هایی گازی در ابعاد سیاره مشتری یا بزرگ تر از آن هستند که فاصله بسیار کمی با ستاره خود دارند و به همین سبب از دمای زیادی برخوردارند و مشتری داغ نامیده می شوند. نخستین سیاره های غیرخورشیدی کشف شده همه از این نوع بوده اند.

محققان طی این مطالعه قصد داشتند دریابند که این سیارات پرجرم چگونه به وجود می آیند و آیا آنها می توانند زیرگروه مشتری داغ با داستان های شکل گیری متفاوت باشند؟ برای یافتن پاسخ، محققان این مطالعه به آنالیز یک سیاره فراخورشیدی موسوم بهXO-3b پراختند. XO-3b نمونه نادری از مشتری داغ است که هنگام مهاجرت به ستاره میزبان خود رصد شده است.

آنالوگ های سیاره فراخورشیدی

سن اغلب باعث ثبات در انسان می گردد و به نظر می رسد که این امر در خصوص اجرام کیهانی نیز صادق است. یوهانا وس(Johanna Vos) اخترفیزیکدان موزه تاریخ طبیعی آمریکا در نیویورک، در خصوص مطالعه داده های تلسکوپ فضایی اسپیتزر که در مجله Astrophysical منتشر شده و نشان می دهد تغییرپذیری آب و هوایی در کوتوله های قهوه ای جوان در مقایسه با کوتوله های قدیمی بیشتر است، صحبت نموده است.

با در نظر گرفتن کوتوله های قهوه ای، کلمه تغییرپذیری(variability) به تغییرات کوتاه مدت در شدت طول موج های مختلف نور فروسرخ که از جو این جرم می آید اشاره دارد. اخترشناسان فکر می نمایند که این تغییرات ناشی از ابرها هستند چرا که آنها نور را در جو منعکس و جذب می نمایند.

تغییرپذیری زیاد ممکن است نشان دهنده یک ویژگی جوی مهم مانند لکه سرخ بزرگ مشتری باشد. لکه سرخ بزرگ مشتری توفانی بزرگ تر از زمین است که صدها سال است در حال چرخش بوده است. بعلاوه این تغییرپذیری زیاد می تواند نشان دهنده اتمسفر به سرعت در حال تغییر باشد، که این امر می تواند دلایل متعددی مانند اختلاف دمای عمده در جو یا تلاطم(گاهی اوقات ناشی از بادهای قوی) داشته باشد. لکه سرخ بزرگ نام بزرگ ترین توفان بزرگ چرخان در سطح سیاره مشتری است. این توفان در راستای کمربندها و منطقه های مشتری جریان دارد.

محققان این مطالعه با مقایسه کوتوله های قهوه ای جوان با مشاهدات قبلی اسپیتزر از کوتوله های قهوه ای مسن تر دریافتند که کوتوله های قهوه ای جوان بیشتر دچار تغییرات جوی می شوند. آنها بعلاوه دریافتند که تغییرات در کوتوله های قهوه ای جوان، بزرگ تر و چشمگیرتر است. وس و همکارانش این تفاوت را به این واقعیت نسبت می دهند که کوتوله های قهوه ای در جوانی پف نموده تر هستند، اما با افزایش سن فشرده تر می شوند که این امر احتمالا جو را یکنواخت تر نشان می دهد.

کوتوله های قهوه ای جوان از نظر قطر، جرم و ترکیب، مشابه سیارات فراخورشیدی غول پیکر که عمدتا از گاز ساخته شده اند، هستند اما مطالعه سیارات فراخورشیدی بزرگ به علت حضور نزدیک ستارگان والد آنها پیچیده است چرا که ستاره همدم به جو سیاره می تابد که این امر دما یا حتی شیمی سیاره را تغییر می دهد و بر آب و هوای آن تاثیر می گذارد. نور درخشان ستاره نیز تماشا سیاره بسیار کم نورتر را دشوارتر می نماید.

از سوی دیگر، کوتوله های قهوه ای می توانند به عنوان نوعی گروه کنترل عمل نمایند و به صورت مجزا در فضا مشاهده شوند. محققان این مطالعه قصد دارند این یافته نو را با مدل هایی مانند چگونگی تکامل جو سیارات فراخورشیدی و کوتوله قهوه ای با افزایش سن ترکیب نمایند.

مهاجرت غول ها

اگرچه مشتری های داغ بیشترین نوع سیاره فراخورشیدی هستند که مورد مطالعه قرار گرفته اند، اما سوالات عمده ای در خصوص چگونگی شکل گیری آنها به جا مانده است. به عنوان مثال، آیا این سیارات دور از ستارگان والدشان و در فاصله ای که آنقدر سرد است که مولکول هایی مانند آب جامد شوند شکل می گیرند یا در فاصله ای نزدیک تر؟

سناریوی اول با تئوری هایی در خصوص چگونگی تولد سیارات در منظومه شمسی تطابق بیشتری دارد، اما چه چیزی این نوع سیارات را به مهاجرت بسیار نزدیک به ستارگان والدشان سوق می دهد هنوز نامشخص است.

لیزا دانگ(Lisa Dang) دانشمند سیاره فراخورشیدی در دانشگاه مک گیل در مونترال و همکارانش از داده های اسپیتزر برای مطالعه سیاره فراخورشیدیXO-3b استفاده کردند. این سیاره نسبت به تقریبا تمام مشتری های داغ شناخته شده دیگر که مدار دایره ای دارند، مداری غیرعادی و بیضی شکل دارد. این مدار خارج از مرکز نشان می دهد که XO-3b ممکن است اخیرا به سمت ستاره والد خود مهاجرت نموده باشد. اگر اینطور باشد، در نهایت در مدار دایره ای تری قرار می گیرد.

مشاهدات فضاپیمای گایا متعلق به آژانس فضایی اروپا و اسپیتزر نشان می دهند که این سیاره اندازهی از گرمای خود را فراوری می نماید، اما دانشمندان نمی دانند چرا. داده های اسپیتزر بعلاوه نقشه ای از الگوهای آب و هوایی آن مکان ارائه می دهد. البته این امکان نیز وجود دارد که گرمای بیش از حد از درون سیاره، به وسیله گرمایش جزر و مدی، وارد گردد. فشردگی گرانشی ستاره روی سیاره در حال نوسان است زیرا آن مدار نامنظم، سیاره را دورتر و سپس به ستاره نزدیک می نماید و تغییرات ناشی از فشار داخلی باعث فراوری گرما می گردد.

برای دانگ، آنالیز یک مشتری داغ غیرمعمول فرصتی برای آزمایش ایده هایی در خصوص اینکه کدام فرآیندهای شکل گیری ممکن است ویژگی های خاصی را در این سیارات فراخورشیدی ایجاد نمایند، فراهم می نماید. به عنوان مثال، آیا گرمایش جزر و مدی(tidal heating) در سایر مشتری های داغ نیز می تواند نشانه ای از مهاجرت اخیرشان باشد؟ آنالیز XO-3b به تنهایی معما را حل نمی نماید، اما به عنوان یک گزینه مهم برای آنالیز درباره این غول های سوزان عمل می نماید.

اطلاعات بیشتر درباره ماموریت اسپیتزر

تلسکوپ فضایی اسپیتزر یک تلسکوپ فضایی در طول موج مادون قرمز بود. تلسکوپ اسپیتزر 25 اوت 2003 از پایگاه نیروی هوایی کیپ کاناورال با موشک دلتا 2 ،7920H پرتاب شد. کل داده های علمی جمع آوری شده به وسیله اسپیتزر در طول فعالیتش به وسیله آرشیو داده های اسپیتزر که در آرشیو علوم فروسرخ در IPAC در موسسه فناوری کالیفرنیا در پاسادنا، کالیفرنیا نگهداری می گردد، در دسترس عموم است.

دو سال پیش آژانس فضایی آمریکا(ناسا) خاطرنشان کرد 31 ژانویه 2020 تلسکوپ فضایی اسپیتزر(Spitzer) را پس از 16 سال فعالیت بازنشسته نموده است و قرار است تلسکوپ فضایی جیمز وب جای آن را بگیرد. این رصدخانه فضایی از زمان شروع به کار در سال 2003، از تصویربرداری از بعضی از قدیمی ترین ستارگان دنیا گرفته تا کشف نور منعکس شده از سیارات فراخورشیدی را ممکن ساخته و اکتشافات پیشگویانه ای در خصوص دنیا انجام داده است.

حسگرهای مادون قرمز اسپیتزر نیز در این 16 سال به آن در تحلیل گرد و غبار میان ستاره ای یاری نموده اند. ذراتی که گرانش با گذشت زمان بسیار زیاد آنها را به هم نزدیک می نماید و خاتمه ستاره ها و سیاره ها را تشکیل می دهد. تجزیه و تحلیل ترکیبات شیمیایی این گرد و غبارها به ناسا یاری نموده است که در خصوص ترکیب آنها و منشاء منظومه شمسی اطلاعات بیشتری کسب نمایند.

اسپیتزر به لطف یاری در کشف سیاره هایی به اندازه زمین در منظومه تراپیست-1(Trappist-1) که 39.6 سال نوری از منظومه شمسی ما فاصله دارد، توجه عموم را به خود جلب کرد. این رصدخانه فضایی طی فعالیتش شواهدی از دو سیاره در حال گردش به دور یک ستاره را تایید کرد و سپس چند سیاره فراخورشیدی را در این منظومه یافت.