کشف یک سیاره فراخورشیدی که فقط از آب پوشیده شده است

به‌تازگی دانشمندان توانسته‌اند سیاره فراخورشیدی جدیدی به نام «TOI-۱۴۵۲ b» را کشف کنند که گفته می‌شود سطح آن از آب پوشیده شده است.

یک تیم بین‌المللی از محققان به رهبری چارلز کادیو، دانشجوی دکترای دانشگاه مونترال و عضو موسسه تحقیقات سیارات فراخورشیدی (iREx)، از کشف TOI-1452 b، یک سیاره فراخورشیدی که به دور یک ستاره می‌چرخد، خبر داده است. این سیاره فراخورشیدی در یک منظومه دوتایی در صورت فلکی دراکو که 100 سال نوری با زمین فاصله دارد، واقع شده است. در این صورت فلکی دو ستاره وجود دارد که این سیاره تازه کشف شده در حال چرخش به دور یکی از این دو ستاره است.

طی یک تعریف کلی می‌توان گفت سیاره فراخورشیدی سیاره‌ای است که جایی خارج از منظومه‌ی خورشیدی قرار گرفته و به دور یک ستاره (غیر از خورشید) در حال گردش است. مطالعه‌ی سیاره‌های فراخورشیدی جزو موضوعات نوین در علم اخترشناسی است و دو شاخه‌ی کلی کشف و ویژگی‌شناسی این سیارات را شامل می‌شود. تمامی سیارات فراخورشیدی که تاکنون کشف شده‌اند، در فاصله‌های بسیار دوری از زمین قرار دارند.

ویژگی‌های سیاره فراخورشیدی تازه کشف شده

این سیاره فراخورشیدی از نظر اندازه و جرم کمی بزرگتر از زمین است و در فاصله‌ای از ستاره خود قرار دارد که دمای آن نه خیلی گرم و نه خیلی سرد است. این ویژگی سبب شده است تا آب مایع روی سطح این سیاره وجود داشته باشد. ستاره شناسان بر این باورند که این می‌تواند یک سیاره اقیانوسی باشد، سیاره‌ای که کاملاً توسط یک لایه ضخیم از آب پوشیده شده است؛ شبیه به برخی از قمرهای مشتری و زحل.

در مقاله‌ای که امروز در ژورنال نجومی منتشر شد، کادیو و تیمش مشاهداتی را توصیف کردند که ماهیت و ویژگی‌های این سیاره فراخورشیدی منحصربه‌فرد را روشن می‌کند. رنه دویون، استاد دانشگاه مونترال و مدیر iREx و رصدخانه مونت مگانتیک، طی گزارشی گفت: «من به این کشف بسیار افتخار می‌کنم؛ زیرا این کشف توانایی خارق‌العاده محققان و ابزار دقیق ما را نشان می‌دهد. به لطف OMM، یک ابزار ویژه طراحی شده در آزمایشگاه‌های ما به نام SPIRou، و یک روش تحلیلی نوآورانه که توسط تیم تحقیقاتی ما ایجاد شده است، ما توانستیم این سیاره فراخورشیدی بی‌نظیر را شناسایی کنیم.»

این تلسکوپ فضایی ناسا TESS بود که کل آسمان را در جستجوی منظومه‌های سیاره‌ای نزدیک به سیاره ما بررسی کرده و محققان را در مسیر کشف این سیاره فراخورشیدی قرار داد. بر اساس سیگنال TESS که هر 11 روز یک بار کاهش جزئی در روشنایی را نشان می‌داد، ستاره شناسان سیاره‌ای را کشف کردند که طبق پیش‌بینی آن‌ها حدود 70 درصد بزرگتر از زمین است.

چارلز کادیو متعلق به گروهی از ستاره شناسان است که مشاهدات زمینی کاندیداهای شناسایی شده توسط TESS را به منظور تأیید نوع سیاره و ویژگی‌های آن‌ها انجام می‌دهد. او به این منظور از PESTO استفاده می‌کند، دوربینی که روی تلسکوپ OMM نصب شده است که توسط پروفسور دیوید لافرنییر دانشگاه مونترال و استاد دکترای او ساخته شده است.

کادیو توضیح داد: «OMM نقش مهمی در تایید ماهیت این سیگنال و تخمین شعاع سیاره ایفا کرد. این یک بررسی معمولی نبود. ما باید مطمئن می‌شدیم که سیگنال شناسایی شده توسط TESS واقعاً ناشی از یک سیاره فراخورشیدی است که به دور TOI-1452 می‌چرخد، بزرگترین ستاره از دو ستاره در آن منظومه دوتایی.»

ستاره میزبان TOI-1452 بسیار کوچکتر از خورشید ما به نظر می‌رسد و یکی از دو ستاره با اندازه مشابه در منظومه دوتایی است. این دو ستاره به دور یکدیگر می‌چرخند و با چنان فاصله کمی – 97 واحد نجومی یا تقریباً دو و نیم برابر فاصله بین خورشید و پلوتون – از هم جدا شده‌اند که تلسکوپ TESS آن‌ها را به عنوان یک نقطه مشترک نورانی می‌بیند. اما وضوح تلسکوپ PESTO به اندازه‌ای بالاست که این دو جرم را از هم متمایز کند. تصاویر ارسال شده توسط این تلسکوپ نشان می‌دهند که این سیاره فراخورشیدی به دور TOI-1452 می‌چرخد که از طریق مشاهدات بعدی توسط یک تیم ژاپنی تأیید شد.

نبوغ در کار برای تعیین جرم سیاره فراخورشیدی

محققان برای انجام تحقیقات و مطالعات بیشتر سیاره تازه کشف شده را با SPIRou، ابزاری که بر روی تلسکوپ کانادا-فرانسه-هاوایی در هاوایی نصب شده بود، مشاهده کردند. SPIRou که در کانادا طراحی شده، برای مطالعه ستارگان کم جرم مانند TOI-1452 بسیار ایده‌آل است؛ زیرا در طیف مادون قرمز، جایی که این ستارگان درخشان‌ترین جرم هستند، عمل می‌کند. حتی در آن زمان، بیش‌از 50 ساعت رصد برای تخمین جرم این سیاره که اعتقاد بر این است تقریبا پنج برابر جرم زمین دارد، طول کشید.

محققان Étienne Artigau و Neil Cook، در دانشگاه مونترال، نقش کلیدی در تجزیه و تحلیل داده‌ها داشتند. آن‌ها یک روش تحلیلی قدرتمند را توسعه دادند که قادر به تشخیص سیاره در داده‌های جمع آوری شده با SPIRou است. آرتیگاو توضیح داد: «روش LBL به ما این امکان را می‌دهد که داده‌های به‌دست‌آمده با SPIRou را از بسیاری از سیگنال‌های اضافی پاک کنیم و نشانه‌های ضعیف سیاراتی مانند سیاره‌ فراخورشیدی که توسط تیم ما کشف شد را آشکار کنیم.»

این تیم همچنین شامل پژوهشگران کبکی فربد و توماس وندال، دو دانشجوی دکتری در دانشگاه مونترال بود. کبکی فربد ترکیب ستاره میزبان را که برای محدود کردن ساختار داخلی سیاره مفید است، تجزیه و تحلیل کرد، در حالی که وندال در تجزیه و تحلیل داده‌های جمع آوری شده با SPIRou مشارکت داشت.

یک جهان پرآب

سیاره فراخورشیدی TOI-1452 b احتمالاً مثل زمین سطحی صخره‌ای مانند دارد، اما شعاع، جرم و چگالی آن دنیایی بسیار متفاوت از جهان ما را نشان می‌دهد. زمین در اصل یک سیاره بسیار خشک است. اگرچه گاهی اوقات ما آن را سیاره آبی می‌نامیم زیرا حدود 70٪ از سطح آن را اقیانوس پوشانده است، اما آب در واقع تنها بخش ناچیزی از جرم آن را تشکیل می‌دهد (کمتر از 1٪).

آب ممکن است در برخی از سیارات فراخورشیدی بسیار زیادتر باشد. در سال‌های اخیر، اخترشناسان شعاع و جرم بسیاری از سیارات فراخورشیدی تقریباً هم اندازه زمین و نپتون (حدود 3.8 برابر بزرگ‌تر از زمین) را شناسایی و تعیین کرده‌اند. برخی از این سیارات چگالی دارند که تنها در صورتی قابل توضیح است که بخش بزرگی از جرم آن‌ها از مواد سبک‌تری نسبت به مواد تشکیل‌دهنده ساختار داخلی زمین مانند آب تشکیل شده باشد. به این جهان‌های فرضی «سیاره‌های اقیانوسی» لقب داده‌اند.

کادیو گفت: «سیاره فراخورشیدی TOI-1452 b یکی از بهترین نامزدها برای لقب سیاره اقیانوسی است که ما تا به امروز پیدا کرده ایم.» شعاع و جرم این سیاره، چگالی بسیار کمتری را نسبت به سیاره‌ای که اساساً از فلز و سنگ تشکیل شده است، مانند زمین، نشان می‌دهد.

میخایلو پلوتنیکوف و دایانا والنسیا از دانشگاه تورنتو، متخصص مدل‌سازی داخلی سیارات فراخورشیدی هستند. درک و دریافت آن‌ها از اطلاعات موجود در مورد TOI-1452 b نشان می‌دهد که آب ممکن است تا 30٪ جرم آن را تشکیل دهد، نسبتی شبیه به برخی از ماهواره‌های طبیعی در منظومه شمسی ما، مانند قمرهای مشتری، گانیمد و کالیستو، و قمرهای زحل، تیتان و انسلادوس.

یک سیاره فراخورشیدی مانند TOI-1452 b کاندیدای عالی برای رصد بیشتر با تلسکوپ فضایی جیمز وب یا به اختصار Webb است. این یکی از معدود سیارات معتدل شناخته شده است که ویژگی های سازگار با یک سیاره اقیانوسی را نشان می‌دهد. این سیاره به اندازه کافی به زمین نزدیک است که محققان بتوانند به مطالعه جو آن و آزمایش این فرضیه امیدوار باشند. خوشبختانه این سیاره فراخورشیدی در منطقه‌ای از آسمان قرار دارد که تلسکوپ می‌تواند در طول سال آن را رصد کند.

دویون که مفهوم مولفه NIRISS جیمز وب را مرور کرده است، گفت: «مشاهدات ما با تلسکوپ وب برای درک بهتر TOI-1452 b ضروری است. به محض اینکه بتوانیم، برای تماشای این دنیای عجیب و شگفت انگیز در تلسکوپ فضایی جیمز وب زمان رزرو می‌کنیم.»