کلید کشف و کاوش سیارات فراخورشیدی در چرخش ستاره نهفته است

دانستن چگالی سیارات تنها نقطه شروعی برای درک ویژگی‌های سیارات فراخورشیدی است. هم‌اکنون ستاره‌شناسان در حال ابداع تکنیک‌های خلاقانه‌ای هستند تا بتوانند خواص برخی از سیارات که به مشتری‌های داغ معروفند را بهتر شناسایی کنند.

این سیارات غول‌پیکر حالتی پف‌کرده داشته و از فاصله‌ای بسیار کم از برابر سطح ستاره میزبانشان عبور می‌کنند. اینگونه است که یک دور گردش کاملشان به دور ستاره تنها در حدود چند روز یا چند هفته طول می‌کشد و دو ویژگی جرم زیاد و نزدیکی به ستاره مادر، باعث تغییراتی در سرعت شعاعی ستاره و یا ایجاد پدیده گذر (ترانزیت) می‌شود.

به این صورت این نوع سیارات اهدافی ایده‌آل‌تر برای تلسکوپ‌ها و سایر ابزارهای ستاره‌شناسان برای کشف و استخراج خواص آن‌ها به شمار می‌روند و نقطه آغازی هستند که بتوان در سال‌های آتی سیارات زمین‌مانند بیشتری را کشف کرد.

استفاده از چرخش ستاره در کشف سیارات فراخورشیدی

یکی از فاکتورهای گوناگونی که یافتن سیارات را با روش سرعت شعاعی سخت‌تر می‌کند، گردش ستاره حول محورش است. غیر از حالتی که یکی از قطبین ستاره به سمت زمین باشد، در هر حال بخشی از ستاره به سمت ما در چرخش است که نورش دچار آبی‌گرایی (یا بلوشیفت) می‌شود و بخش دیگر در حال دورشدن از ماست که نورش دچار قرمزگرایی (یا ردشیفت) می‌شود.

نتیجه این است که خطوط طیفی ستاره (که از آن‌ها برای اندازه‌گیری سرعت شعاعی ستاره استفاده می‌شود) پهن‌تر می‌شوند، چرا که نور دریافتی توسط ما از تمامی بخش‌های ستاره دریافت می‌شود. هر چه ستاره سریع‌تر گردش کند، خطوط طیفی نیز پهن‌تر شده و اندازه‌گیری سرعت شعاعی دقیق نیز مشکل‌تر خواهدبود.

اما در مورد سیارات فراخورشیدی که از برابر قرص ستاره میزبانشان گذر می‌کنند، این حرکت ستاره مفید هم هست، چرا که به ستاره‌شناسان اجازه می‌دهد تا زاویه میل مداری سیاره نسبت به صفحه استوای ستاره را نیز محاسبه کنند. به این صورت که حین گذر سیاره بارها و به سرعت سرعت شعاعی ستاره را اندازه‌گیری می‌کنند.

حالتی را تصور کنید که سیاره در همان جهت چرخش ستاره به دور خودش، به دور ستاره گردش می‌کند.

ابتدا سیاره بخشی از ستاره که به سمت ما حرکت می‌کند را می‌پوشاند. در نتیجه ما نور بیشتری را از بخشی که از ما دور می‌شود (ردشیفت دارد) دریافت می‌کنیم و اینگونه به نظر می‌رسد که تمامی خطوط طیفی ستاره مقداری به سمت قرمز شیفت پیدا می‌کنند. همانطور که سیاره در مدارش حرکت می‌کند، به تدریج بخش‌هایی که قرمزگرایی کمتری دارند پوشیده می‌شوند و سپس زمانی که سیاره به سمت دیگر ستاره می‌رسد، بخشی که دچار آبی‌گرایی شده پوشیده می‌شود. نتیجه این اتفاق در خطوط طیفی ستاره این است که به تدریج خطوطی که قبل ازین دچار ردشیفت شده بودند، به جایگاه اصلی خود بازگشته و سپس دچار بلوشیفت می‌شوند. در نهایت پس از اتمام گذر تمامی خطوط طیفی ستاره به محل‌های اصلی خود باز میگردند.

در حالت دیگر، برای سیاره‌ای که در خلاف جهات چرخش ستاره، به دور آن در گردش است،  این بار خطوط طیفی ابتدا دچار آبی‌گرایی و سپس قرمزگرایی شده و در پایان به طور مشابه به محل های اصلی خود بازمی‌گردند.

این تکنیک به ویژه می‌تواند در کشف سیاراتی مفید باشد که از دید ناظر زمینی از مرکز قرص ستاره گذر نمی‌کنند. حتی برای مواردی که مدار سیاره کج است و تنها از بخش قرمز یا آبی ستاره گذر می‌کند، این تکنیک می‌تواند عملکرد بهتری داشته باشد. (تصویر اصلی این مطلب چنین حالتی را نشان می‌دهد) .

یکی از ما (Brett) با استفاده از بزرگترین تلسکوپ‌های جهان در حال استفاده از این روش است که این تلسکوپ‌ها در تکمیل کاتالوگ‌های سیارات کشف‌شده در مدارهای غیرعادی مشارکت دارند. نتایج بدست‌آمده شگفت‌انگیز بوده است. از میان 91 مشتری داغی که میزان انحراف مداری‌شان با این روش اندازه‌گیری شده، بیش از یک سومشان انحراف مداری بیش از 20 درجه دارند که 9 موردشان نیز در مداری مخالف با جهت حرکت سیاره به دور خودش، به گرد ستاره در حال چرخشند.

سوال این است که وقتی از مجموعه سیارات فراخورشیدی، به مجموعه سیارات فراخورشیدی زمین‌مانند حرکت کنیم، باز هم همین روند را خواهیم دید؟ تنها زمان پاسخ این سوال را خواهد داد، اما این نتایج بدستآمده از دنیاهای جدیدی که هر روزه کشف می‌شوند، بسیار هیجان‌انگیزتر از آن است که زمانی تصور می‌کردیم.

Jonti Horner, Vice Chancellor’s Senior Research Fellow, University of Southern Queensland and Brett Addison, Postdoc astrophysicist, Mississippi State University