کشف شگفت‌انگیز: حل معمای کوتوله قهوه‌ای دوقلو!

کشف جدید درباره غول قهوه‌ای گلیزه ۲۲۹B

از زمان کشف غول قهوه‌ای معروف گلیزه ۲۲۹B توسط محققان کالتک در رصدخانه پالمار در سال ۱۹۹۵، صدها مقاله درباره آن نوشته شده است. اما یک معما همچنان باقی مانده بود: این جرم آسمانی برای جرم خود، بسیار کم‌نور است. غول‌های قهوه‌ای از ستاره‌ها سبک‌تر و از سیارات گازی مانند مشتری سنگین‌تر هستند. در حالی که ستاره‌شناسان جرم گلیزه ۲۲۹B را حدود ۷۰ برابر مشتری تخمین زده بودند، یک جسم به این سنگینی باید نور بیشتری از آنچه تلسکوپ‌ها مشاهده کرده‌اند، ساطع کند.

اکنون، یک تیم بین‌المللی از ستاره‌شناسان به رهبری کالتک بالاخره این معما را حل کرده‌اند: غول قهوه‌ای در واقع یک جفت غول قهوه‌ای نزدیک به هم است که به ترتیب حدود ۳۸ و ۳۴ برابر جرم مشتری وزن دارند و هر ۱۲ روز یک بار به دور یکدیگر می‌چرخند. سطح روشنایی مشاهده شده از این جفت، با آنچه برای دو غول قهوه‌ای کوچک و کم‌نور در این محدوده جرم انتظار می‌رود، مطابقت دارد. جری و. شوان، دانشجوی تحصیلات تکمیلی که با دیمیتری ماوت، استاد نجوم در کالتک، همکاری می‌کند، می‌گوید: “گلیزه ۲۲۹B به عنوان غول قهوه‌ای نمونه شناخته می‌شد و اکنون می‌دانیم که در مورد ماهیت این جسم اشتباه کرده‌ایم. این یک جسم نیست، بلکه دو جسم است. ما تا به حال نمی‌توانستیم فاصله‌های این‌چنینی را بررسی کنیم.”

شوان نویسنده اصلی مطالعه جدیدی است که یافته‌ها را در مجله Nature گزارش کرده است. یک مطالعه مستقل دیگر در The Astrophysical Journal Letters، به رهبری سام وایت‌بوک، دانشجوی تحصیلات تکمیلی کالتک، و تیم براندت، ستاره‌شناس همکار در مؤسسه علوم تلسکوپ فضایی در بالتیمور، نیز به این نتیجه رسید که گلیزه ۲۲۹B یک جفت غول قهوه‌ای است. این کشف سوالات جدیدی را درباره چگونگی شکل‌گیری جفت‌های غول قهوه‌ای نزدیک به هم مانند این مورد مطرح می‌کند و نشان می‌دهد که ممکن است جفت‌های غول قهوه‌ای مشابه یا حتی جفت‌های سیاره‌ای در انتظار کشف باشند. (یک سیاره فراخورشیدی، سیاره‌ای است که به دور ستاره‌ای غیر از خورشید ما می‌چرخد.)

ماوت، که همچنین دانشمند ارشد پژوهش در JPL است و به وسیله کالتک برای NASA مدیریت می‌شود، می‌گوید: “این کشف که گلیزه ۲۲۹B دوتایی است نه تنها تنش اخیر مشاهده شده بین جرم و روشنایی آن را حل می‌کند، بلکه به طور قابل توجهی درک ما از غول‌های قهوه‌ای را عمیق‌تر می‌کند، که در مرز بین ستاره‌ها و سیارات غول‌پیکر قرار دارند.”

غول قهوه‌ای گلیزه ۲۲۹B در سال ۱۹۹۵ توسط تیمی از کالتک که شامل ربکا اوپنهایمر، که آن زمان دانشجوی تحصیلات تکمیلی کالتک بود؛ شری کُلکارنی، استاد نجوم و علوم سیاره‌ای؛ کیت متیوز، متخصص ابزار در کالتک؛ و سایر همکاران بود، کشف شد. ستاره‌شناسان از رصدخانه پالمار برای کشف این موضوع استفاده کردند که گلیزه ۲۲۹B متان در جو خود دارد – پدیده‌ای که مختص سیارات گازی مانند مشتری است و نه ستاره‌ها. این یافته اولین شناسایی تأیید شده از یک کلاس از اشیاء ستاره‌ای خنک به نام غول‌های قهوه‌ای بود – حلقه مفقوده بین سیارات و ستاره‌ها – که حدود ۳۰ سال پیش نظریه‌پردازی شده بود.

اوپنهایمر، که یکی از نویسندگان مطالعه جدید و یک اخترفیزیکدان در موزه تاریخ طبیعی آمریکا است، می‌گوید: “دیدن اولین جسمی که کوچک‌تر از یک ستاره است و به دور یک خورشید دیگر می‌چرخد، هیجان‌انگیز بود. این کشف شروع یک صنعت کوچک از افرادی بود که به دنبال اشیاء عجیب و غریب مانند آن بودند، اما برای دهه‌ها یک معما باقی ماند.”

کشف جدید در مورد غول‌های قهوه‌ای: سیستم دوتایی گلیزه ۲۲۹B

پس از نزدیک به ۳۰ سال از کشف و صدها مشاهده، غول قهوه‌ای گلیزه ۲۲۹B همچنان دانشمندان را با کم‌نوری غیرمنتظره‌اش گیج کرده است. دانشمندان مشکوک بودند که گلیزه ۲۲۹B ممکن است دوقلو باشد، اما «برای اینکه این دو غول قهوه‌ای به مدت ۳۰ سال از دید اخترشناسان دور بمانند، باید بسیار نزدیک به یکدیگر باشند»، می‌گوید شوان.

برای تفکیک گلیزه ۲۲۹B به دو جسم، تیم تحقیقاتی از دو ابزار مختلف استفاده کرد که هر دو در تلسکوپ بسیار بزرگ رصدخانه جنوبی اروپا در شیلی مستقر بودند. آن‌ها از ابزار GRAVITY، که یک اینترفرومتر است و نور را از چهار تلسکوپ مختلف ترکیب می‌کند، برای تفکیک فضایی این جسم به دو بخش استفاده کردند و از ابزار CRIRES+ (طیف‌سنجی با وضوح بالا در مادون قرمز) برای شناسایی امضای طیفی متمایز از دو جسم بهره بردند. روش دوم شامل اندازه‌گیری حرکت (یا تغییر دوپلر) مولکول‌ها در جو غول‌های قهوه‌ای بود که نشان می‌داد یکی از اجسام به سمت زمین در حال حرکت است و دیگری به سمت دور — و بالعکس در حین چرخش آن‌ها به دور یکدیگر.

«دیدن اینکه تقریباً ۳۰ سال بعد، یک پیشرفت جدید به وجود آمده، بسیار خوشایند است»، می‌گوید کولکارنی، که نویسنده این مقاله نیست. «اکنون این سیستم دوتایی دوباره شگفت‌زده‌ام کرده است.»

این مشاهدات که در طی پنج ماه انجام شد، نشان داد که این دو غول قهوه‌ای، که اکنون گلیزه ۲۲۹Ba و گلیزه ۲۲۹Bb نامیده می‌شوند، هر ۱۲ روز به دور یکدیگر می‌چرخند و فاصله آن‌ها تنها ۱۶ برابر فاصله بین زمین و ماه است. این دو جسم به طور مشترک هر ۲۵۰ سال به دور یک ستاره M-dwarf (ستاره‌ای کوچکتر و قرمزتر از خورشید ما) می‌چرخند. «این دو جهان که به دور یکدیگر می‌چرخند، در واقع از نظر شعاع کوچکتر از مشتری هستند. اگر چیزی شبیه به آن‌ها در منظومه شمسی ما وجود داشت، در آسمان شب بسیار عجیب به نظر می‌رسیدند»، می‌گوید اوپنهایمر. «این کشف، هیجان‌انگیزترین و جذاب‌ترین کشف در اخترفیزیک زیرستاره‌ای در دهه‌هاست.»

چگونگی شکل‌گیری این جفت کیهانی هنوز یک معماست. برخی نظریه‌ها می‌گویند که جفت‌های غول قهوه‌ای می‌توانند در دیسک‌های چرخانی از مواد که دور یک ستاره در حال شکل‌گیری قرار دارند، شکل بگیرند. این دیسک به دو دانه غول قهوه‌ای تقسیم می‌شود که پس از یک برخورد نزدیک به هم، به صورت گرانشی به هم متصل می‌شوند. اینکه آیا این مکانیزم‌های شکل‌گیری مشابه برای تشکیل جفت‌های سیاره‌ای در اطراف ستاره‌های دیگر نیز کار می‌کنند، هنوز مشخص نیست.

در آینده، تیم تحقیقاتی قصد دارد به جستجوی جفت‌های غول قهوه‌ای با فاصله نزدیک‌تر با استفاده از ابزارهایی مانند Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC) بپردازد که توسط تیمی به رهبری ماوت در رصدخانه W. M. Keck در هاوایی توسعه یافته است و همچنین ابزار High-resolution Infrared Spectrograph for Exoplanet Characterization (HISPEC) که در حال ساخت در کالتک و دیگر آزمایشگاه‌ها به رهبری ماوت است.

«اینکه اولین همدم غول قهوه‌ای شناخته شده یک سیستم دوتایی است، نشانه خوبی برای تلاش‌های مستمر برای یافتن موارد بیشتر است»، می‌گوید شوان. کار توصیف شده در این مقاله با عنوان «غول قهوه‌ای سرد گلیزه ۲۲۹B یک دوتایی نزدیک است»، توسط ناسا و بنیاد هایسینگ-سیمونز تأمین مالی شده است. دیگر نویسندگان کالتک شامل یاپنگ ژانگ، پژوهشگر فوق دکتری در نجوم؛ آنیکت سانگی، دانشجوی تحصیلات تکمیلی؛ کنستانتین باتیگین، استاد علم سیارات؛ و هدر ناتسون، استاد علم سیارات هستند.