منظومه شمسی “پفکی” با سیاره پنهان کشف شد!

یک منظومه شمسی عجیب با سیارات پفکی پیدا شد!

بر اساس یه تحقیق تازه که توسط دانشجوها و محققای دانشگاه پن‌استیت و دانشگاه اوزاکا انجام شده، یه منظومه شمسی خیلی عجیب با سه تا سیاره‌ی فوق‌العاده پفکی وجود داره که چگالی‌شون خیلی پایینه. تو این منظومه، حداقل یه سیاره‌ی دیگه هم هست. تیم تحقیقاتی می‌خواستن با تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) سیاره‌ی Kepler-51d، که سیاره سوم این منظومه هست رو بررسی کنن، ولی تقریباً فرصتشون رو از دست دادن، چون این سیاره به شکل غیرمنتظره‌ای دو ساعت زودتر از تاریخی که مدل‌ها پیش‌بینی کرده بودن از جلوی ستاره‌اش رد شد.

بعد از این‌که داده‌های جدید و آرشیوی که از تلسکوپ‌های فضایی و زمینی مختلف جمع‌آوری شده بود رو بررسی کردن، محقق‌ها به این نتیجه رسیدن که بهترین توضیح برای این اتفاق، وجود یه سیاره‌ی چهارمه که نیروی جاذبه‌اش رو مدار سیارات دیگه تو این منظومه تأثیر می‌ذاره. این کشف جدید تو یه مقاله که سوم دسامبر تو ژورنال نجوم چاپ شده، به طور کامل توضیح داده شده.

جسیکا لیبی-رابرتس، که محقق پسا دکتری تو مرکز سیارات فراخورشیدی و دنیاهای قابل سکونت دانشگاه پن‌استیت و یکی از نویسنده‌های اصلی این مقاله هست، گفت: “سیارات پفکی خیلی عجیب‌وغریب هستن، چون هم جرم‌شون و هم چگالی‌شون خیلی پایینه. سه تا سیاره‌ای که قبلاً شناسایی شدن و دور ستاره‌ی Kepler-51 می‌چرخن، اندازه‌شون شبیه به زحل هست، ولی فقط چند برابر جرم زمین رو دارن، واسه همین چگالیشون شبیه به پشمک می‌شه. ما فکر می‌کنیم این سیارات، هسته‌های کوچکی دارن و جوهای بزرگی از هیدروژن و هلیوم، ولی این‌که چطوری این سیارات عجیب شکل گرفتن و چطوری جوشون توسط تابش شدید ستاره‌های جوون‌شون از بین نرفته، هنوز یه معما مونده. ما قرار بود با کمک JWST یکی از این سیاره‌ها رو بررسی کنیم که به این سوالا جواب بدیم، ولی حالا باید وجود یه سیاره چهارم با جرم کم تو این سیستم رو هم توضیح بدیم!”

سیاره‌ها چطوری از جلوی ستاره‌ها رد می‌شن؟

وقتی یه سیاره از جلوی ستاره‌اش رد می‌شه، یه قسمتی از نور ستاره رو مسدود می‌کنه و باعث می‌شه که نور ستاره یه کوچولو کم بشه. مدت زمان و مقدار این کم شدن نور، اطلاعاتی در مورد اندازه و بقیه ویژگی‌های اون سیاره می‌ده. سیارات وقتی یه دور کامل دور ستاره‌شون می‌چرخن، رد می‌شن، ولی بعضی وقتا ممکنه چند دقیقه زودتر یا دیرتر از پیش‌بینی‌ها رد بشن، چون جاذبه‌ی بقیه سیاره‌های اون سیستم روشون تأثیر می‌ذاره. این تفاوت‌های کوچیک به عنوان تغییرات زمان عبور شناخته می‌شن و تو مدل‌های ستاره‌شناسا وارد می‌شن تا بتونن زمان دقیق عبور سیارات رو پیش‌بینی کنن.

محقق‌ها گفتن که هیچ دلیلی نداشتن که فکر کنن مدل سه سیاره‌ای منظومه Kepler-51 درسته نیست و با موفقیت از این مدل برای پیش‌بینی زمان عبور Kepler-51b تو ماه مِی ۲۰۲۳ استفاده کردن و با تلسکوپ رصدخانه آپاچی پوینت (APO) هم برای این‌که بتونن تو زمان تعیین شده اون رو ببینن، همکاری کردن. لیبی-رابرتس اضافه کرد: “ما همچنین سعی کردیم با استفاده از تلسکوپ آزمایشگاه دیوی پن‌استیت، عبور Kepler-51d رو تو سال ۲۰۲۲ ببینیم، ولی یه سری ابرهای بد موقع‌بندی شده، درست زمانی که قرار بود عبور شروع بشه، جلوی دیدمون رو گرفتن. شاید اون موقع متوجه چیزی می‌شدیم، ولی دلیلی نداشتیم که شک کنیم که Kepler-51d طبق انتظار عبور نمی‌کنه.”

مدل سه سیاره‌ای تیم پیش‌بینی کرده بود که Kepler-51d حدود ساعت ۲ صبح به وقت EDT تو ژوئن ۲۰۲۳ رد می‌شه و محقق‌ها برای دیدن این اتفاق با هر دو تلسکوپ JWST و APO آماده شدن. لیبی-رابرتس گفت: “خوشبختانه ما چند ساعت زودتر برای تنظیم یه خط پایه شروع به دیدن کردیم، چون ساعت ۲ صبح شد، بعد ۳ صبح شد، و ما هنوز تغییر توی نور ستاره رو با APO ندیده بودیم.”

اون ادامه داد: “بعد از این‌که کاملاً مدل‌هامون رو دوباره اجرا کردیم و داده‌ها رو بررسی کردیم، متوجه یه کم شدن جزئی توی نور ستاره شدیم که بلافاصله بعد از شروع دیدن با APO اتفاق افتاد و در واقع شروع عبور بود – دو ساعت زودتر از چیزی که مدل‌های ما پیش‌بینی کرده بودن، که خیلی بیشتر از ۱۵ دقیقه عدم قطعیت مدل‌های ما بود!”

وقتی محقق‌ها داده‌های جدید APO و JWST رو تحلیل کردن، تأیید کردن که عبور Kepler-51d رو ثبت کردن، هرچند که خیلی زودتر از اون چیزی که انتظار داشتن اتفاق افتاده بود.

کشف سیاره جدید تو منظومه کپلر-۵۱

کنتو ماسودا، استاد همکار علوم زمین و فضا تو دانشگاه اوزاکا و یکی از نویسنده‌های اصلی مقاله، گفت: “ما واقعاً از ظاهر شدن زود هنگام کپلر-۵۱دی تعجب کردیم و هیچ‌چقدر تنظیم دقیق مدل سه سیاره‌ای نمی‌تونست این‌قدر اختلاف بزرگ رو توضیح بده.” اون اضافه کرد: “فقط با اضافه کردن یه سیاره‌ی چهارم، این اختلاف توضیح داده شد. این اولین سیاره‌ای هست که با استفاده از تغییرات زمان عبور توسط تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) کشف شده.”

تیم تحقیقاتی برای این‌که بتونه توضیح بده چه اتفاقایی تو منظومه کپلر-۵۱ داره می‌افته، به داده‌های قبلی عبور از تلسکوپ فضایی کپلر ناسا و ماهواره بررسی سیارات فراخورشیدی (TESS) مراجعه کرد. اونا همچنین مشاهدات جدیدی از سیارات داخلی این منظومه انجام دادن، از جمله با تلسکوپ فضایی هابل و تلسکوپ رصدخانه پالمار مؤسسه فناوری کالیفرنیا، و داده‌های آرشیوی از چندین تلسکوپ زمینی به دست آوردن.

از اون‌جایی که سیاره‌ی جدید، کپلر-۵۱ای، هنوز تو حال عبور دیده نشده – شاید به این خاطر که ممکنه تو خط دید بین ستاره‌اش و زمین قرار نگیره – محقق‌ها تأکید کردن که جمع‌آوری هر چه بیشتر داده‌ها برای این‌که از مدل‌های جدیدشون حمایت کنن خیلی مهمه. ماسودا گفت: “ما دنبال نیروهای اصلی گشتیم و ترکیب‌های مختلفی از ویژگی‌های سیارات رو آزمایش کردیم تا مدل چهار سیاره‌ای رو پیدا کنیم که بتونه تمام داده‌های عبوری که تو ۱۴ سال گذشته جمع‌آوری شده رو توضیح بده.”

اون ادامه داد: “ما فهمیدیم که بهترین توضیح برای این سیگنال اینه که کپلر-۵۱ای جرمی مشابه با سه تا سیاره‌ی دیگه داشته باشه و مداری نسبتاً دایره‌ای به مدت حدود ۲۶۴ روز داشته باشه – چیزی که بر اساس بقیه منظومه‌های سیاره‌ای انتظار داریم. راه‌حل‌های دیگه‌ای که پیدا کردیم شامل یه سیاره‌ی بزرگ‌تر تو یه مدار وسیع‌تر می‌شه، هرچند فکر می‌کنیم اینا کمتر محتمل هستن.”

محاسبه‌کردن یه سیاره‌ی چهارم و تنظیم مدل‌ها همچنین باعث تغییر تو جرم‌های مورد انتظار بقیه سیارات تو این منظومه می‌شه. به گفته‌ی محقق‌ها، این موضوع روی بقیه ویژگی‌های نتیجه‌گیری شده در مورد این سیارات تأثیر می‌ذاره و اطلاعاتی در مورد این‌که چطوری شکل گرفتن رو نشون می‌ده. اگه چه سه تا سیاره‌ی داخلی یه کم سنگین‌تر از اون چیزی هستن که قبلاً فکر می‌کردن، ولی هنوز هم سوپرپاف‌ها محسوب می‌شن. با این حال، معلوم نیست که آیا کپلر-۵۱ای هم یه سیاره‌ی سوپرپافه یا نه، چون محقق‌ها هنوز عبور کپلر-۵۱ای رو ندیدن و واسه همین نمی‌تونن شعاع یا چگالی‌اش رو حساب کنن.

لیبی-رابرتس گفت: “سیارات سوپرپاف نسبتاً کمیاب هستن و وقتی هم که وجود دارن، معمولاً تنها سیاره تو یه منظومه سیاره‌ای هستن. اگه توضیح دادن چگونگی شکل‌گیری سه سوپرپاف تو یه منظومه سخت نبود، حالا باید وجود یه سیاره‌ی چهارم رو توضیح بدیم، چه سوپرپاف باشه و چه نباشه. و نمی‌تونیم وجود سیارات اضافی تو سیستم رو هم رد کنیم.”

از اون‌جایی که محقق‌ها معتقدن کپلر-۵۱ای مداری به مدت ۲۶۴ روز داره، گفتن که به زمان بیشتری برای مشاهده نیاز دارن تا بتونن تصویر بهتری از تأثیرات جاذبه‌اش – یا جاذبه‌ی سیارات اضافی – روی سه تا سیاره‌ی داخلی تو این منظومه به دست بیارن. لیبی-رابرتس گفت: “کپلر-۵۱ای مداری یه کم بزرگ‌تر از زهره داره و درست تو قسمت قابل سکونت ستاره قرار داره، واسه همین اگه وقت بگذاریم، ممکنه موارد بیشتری تو اون فاصله وجود داشته باشه.”

اون ادامه داد: “ادامه دادن به بررسی تغییرات زمان عبور ممکنه به ما کمک کنه سیاراتی رو کشف کنیم که دورتر از ستاره‌هاشون هستن و ممکنه تو جستجوی سیاراتی که می‌تونن از حیات پشتیبانی کنن، بهمون کمک کنه.”

محقق‌ها الان دارن بقیه داده‌های JWST رو تحلیل می‌کنن که می‌تونه اطلاعاتی در مورد جو کپلر-۵۱دی ارائه بده. بررسی ترکیب و بقیه ویژگی‌های سه تا سیاره‌ی داخلی هم می‌تونه درک ما از این‌که چطوری سیارات سوپرپاف با چگالی فوق‌العاده پایین شکل می‌گیرن رو بهتر کنه، به گفته‌ی محقق‌ها.

علاوه بر لیبی-رابرتس و ماسودا که تیم کپلر-۵۱دی رو رهبری کردن، تیم تحقیقاتی بین‌المللی شامل جان لیوینگستون از رصدخانه ملی نجوم ژاپنه که بیش‌تر پیگیری‌های زمینی رو هماهنگ کرده؛ خیلی از ناظران زمینی؛ تیم کپلر-۵۱ب؛ و تیم پالمار. ناسا از این تحقیق از طریق کمک‌های مالی JWST و تلسکوپ فضایی هابل حمایت کرد. محاسبات این تحقیق تو مؤسسه علوم محاسباتی و داده‌های دانشگاه پن استیت انجام شد.