کشف سیارات بیگانه: شکارچیان سیاره‌های عجیب ۱۲۶ جهان جدید را فهرست کردند

برای یافتن سیاره‌ای شبیه زمین، باید به دنبال سیاره‌ای بیرون از سیستم خورشیدی خودمان بگردیم.

ناسا کاتالوگ جدیدی از ۱۲۶ سیاره‌ جدید منتشر کرده که جزئیات بیشتری در مورد مقایسه این سیارات با زمین ارائه می‌دهد. این بررسی و مقالات مرتبط با آن نگاهی منحصر به فرد به ترکیبی از سیارات مختلف، از جمله سیارات با محیط‌های شدید تا سیاراتی که می‌توانند حیات را حفظ کنند، فراهم می‌کند.

دانشمندان شرکت کننده بخشی از تیم بین‌المللی بودند که از ماهواره نقشه‌برداری گذر سیاره‌ای ناسا (TESS) در همکاری با رصدخانه W.M. Keck در ماونا کیا، هاوایی استفاده کردند.

TESS که در سال ۲۰۱۸ توسط MIT و مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونیان راه‌اندازی شده، یک تلسکوپ فضایی است که به سرعت به دنبال سیارات بیرون از سیستم خورشیدی ما می‌گردد. این تلسکوپ میلیون‌ها ستاره را برای کاهش موقتی درخشش که در اثر حرکت‌های سیارات ایجاد می‌شود، پایش می‌کند.

این تلسکوپ منطقه‌ای ۴۰۰ برابر بزرگتر از منطقه‌ای که توسط ماموریت کپلر قبلاً پوشش داده شده بود، را شامل می‌شود و در مدار بسیار بیضوی ۱۳.۷ روزه به دور زمین می‌چرخد. تاکنون TESS ۷۲۰۳ سیاره احتمالی را شناسایی کرده که از این تعداد ۴۸۲ مورد تا ژوئیه ۲۰۲۴ تایید شده‌اند.

کاتالوگ جدید که در طول سه سال تکمیل شد و یافته‌های TESS را بررسی کرد، در ارائه اندازه‌گیری‌های جرم و شعاع سیارات به پیشرفت‌های چشمگیری دست یافته است.

دانشمندان از بیش از ۱۳۰۰۰ اندازه‌گیری سرعت شعاعی (RV) برای محاسبه جرمای ۱۲۰ سیاره و شش سیاره نامزد استفاده کردند. جمع‌آوری این حجم از داده‌ها به محققان اجازه داد تا نحوه شکل‌گیری این سیارات را به جلو پیشنهاد کنند و مقایسه‌هایی میان سیستم خورشیدی ما و سایر سیستم‌های سیاره‌ای انجام دهند. همانطور که توسط دکتر استفن کین، اختر فیزیکدان دانشگاه ریورساید کالیفرنیا توضیح داده شده است که او پژوهشگر اصلی بررسی TESS-Keck بود.

مشاهده لرزش‌ها

محاسبه‌ها با توجه به مطالعه لرزش‌های کوچک انجام شده توسط سیارات در حال گردش دور ستارگان خود صورت گرفت. همانطور که آنها دور می‌زنند، سیارات به طور گرانشی به ستاره‌ها می‌کشند، ایجاد اثری خاص به نام «لرزش» با حرکت ستاره به سمت دور از زمین سپس نزدیک‌تر به آن. وقتی ستاره به تلسکوپی که آن را مشاهده می‌کند نزدیکتر می‌شود، طول موج نورش فشرده می‌شود و کمی آبی‌تر می‌شود. وقتی که دور می‌شود، نور به سمت قرمز متمایل می‌شود.

این روش به اصطلاح «سرعت شعاعی» همچنین به محققان اجازه داد تا جرم سیارات را محاسبه کنند. از آنجایی که کشش گرانشی یک سیاره به ستاره به نسبت جرم آن است، دانشمندان توانستند اندازه‌گیری‌ها را برای ۱۲۶ سیاره‌ای که مطالعه کردند، تعمیم دهند.

ایان کراس‌فیلد، اختر فیزیکدان دانشگاه کانزاس و همکار نویسنده کاتالوگ، توضیح داد که این اندازه‌گیری‌های RV به اخترشناسان اجازه می‌دهد تا ویژگی‌های سیستم‌های سیاره‌ای را شناسایی کنند. وقتی می‌بینیم ستاره مرتبا جلو و عقب می‌لرزد، می‌توانیم حضور یک سیاره مداری را نتیجه بگیریم و جرم آن را اندازه‌گیری کنیم.

همانطور که محققان در یکی از مقالات منتشر شده نوشتند، بسیاری از کشفیات سیاره‌ای عمدتا از روش‌های گذر و سرعت شعاعی (RV) ناشی شده است. استفاده از آنها حدود ۹۵ درصد از موجودی سیارات بیرون از سیاره خودمان را تشکیل می‌دهد (طبق آرشیو سیارات ناسا).

در مجموع کاتالوگ از سیارات بیرون از سیستم خورشیدی شامل ۵۶۹۰ سیاره است، با هزاران سیاره که توسط کپلر و پروژه TESS کشف شده‌اند و هنوز باید تایید شوند.

تصور هنری از ۱۲۶ سیاره در آخرین بررسی TESS-Keck. منبع: رصدخانه W.M. Keck/آدام ماکارنکو

جهان‌های عجیب جدید

در ارتباط با این بررسی، چندین مقاله منتشر شدند که جزئیات برخی از این جهان‌های عجیب جدید را توضیح می‌دهند.

یک مطالعه ، توسط دانشجوی فارغ التحصیلUCRمیچل هیل، کشف دو سیاره که در مداری به دور یک ستاره مشابه خورشید ما در حدود ۴۷۹ سال نوری دورتر می‌چرخند را به اشتراک گذاشت. یکی از آنها، سیاره‌ای به نام TOI-1386 b، یک سیاره زیر-زحل است که جرم و شعاع آن بین نپچون و زحل قرار دارد. این سیاره فقط ۲۶ روز طول می‌کشد تا به دور ستاره‌اش گردش کند. سیاره همسایه آن، TOI-1386 c، به نوبه خود، یک غول گازی به اندازه مشتری است اما با جرمی نزدیک‌تر به زحل، و گردش ۲۲۷ روزه به دور همان ستاره.

سیاره دیگری که در مقاله توسط دانشجوی فارغ التحصیل دانشگاه ریورساید دارییا پیدورودتسکا توصیف شده است، حدود نصف اندازه نپچون است و مداری ۱۹ روزه به دور یک ستاره مشابه خورشید ما دارد. همانطور که پیدورودتسکا در یک اطلاعیه خبری به اشتراک گذاشت، “سیاره‌های کوچک‌تر از نپچون اما بزرگ‌تر از زمین کاملا معمولی هستند اما در سیستم خورشیدی ما غایب هستند.” بنابراین، هر بار که این نوع سیاره پیدا می‌شود، ما را به یاد منحصر به فردیتمان در کهکشان می‌اندازد به گفته پژوهشگر.

سیاره‌ای حتی شدیدتر، TOI-1798، در مقاله‌ای از نویسنده اصلی آلکس پولانسکی، دانشجوی فارغ التحصیل دانشگاه کانساس در رشته فیزیک و نجوم، مورد مطالعه قرار گرفته است. مدار آن بسیار نزدیک به یک ستاره کوتوله نارنجی است و کمتر از ۱۲ ساعت طول می‌کشد. یک سال در این سیاره کمتر از نیم روز روی زمین است. همچنین بسیار داغ است و بیش از ۳۰۰۰ برابر تشعشع خورشید ما دریافت می‌کند.

TOI-1798، سیستمی که دو سیاره را در خود جای داده است. سیاره داخلی یک ابر زمین نزدیک به ستاره خود، با یک سال که تنها نیم روز روی زمین طول می‌کشد. منبع: رصد خانه W.M. Keck/آدام ماکارنکو

استفن کین نظر داد که مقالات توسط دانشجویان فارغ التحصیل اجازه می‌دهد که مقایسه‌ای صحیح‌تر بین ستاره‌ها در دنیای ما و فراتر از سیستم خورشیدی‌مان انجام شود. به این ترتیب، می‌توانیم شباهت‌ها و تفاوت‌ها را بر اساس سن، جرم، و اندازه‌ها قضاوت کنیم.

دیدگاه پژوهشگر

طراحی جالب با دکتر کین برای بینش بیشتر در مورد یافته‌های تیم مکاتبه کرد. او بر روی برخی از عجیب‌ترین سیاره‌هایی که توسط کارشان کشف شده است تمرکز کرد.

او به اشتراک گذاشت که به دلیل تعداد زیاد کشفیات سیاره‌ای جدید در نمونه‌ای که مورد مطالعه قرار دادند، تعداد زیادی موارد عجیب نیز وجود دارد. “یکی از این سیارات، TOI-1798 c، تنها کمتر از ۱۲ ساعت طول می‌کشد تا به دور ستاره خود گردش کند،” او افزود، “با توجه به اینکه عطارد برای گردش به دور خورشید ۸۸ روز طول می‌کشد، TOI-1798 c با هیچ چیزی که در سیستم خورشیدی می‌بینیم قابل مقایسه نیست.”

او همچنین در مورد اینکه آیا هیچ سیاره‌ای شبیه زمین یافته شده و احتمال یافتن سیاره‌ای شبیه به سیاره ما چه می‌باشد توضیح داد. آیا هیچ کدام از آنها می‌توانند زندگی را حمایت کنند؟ کین گفت که چندین سیاره در نمونه آنها احتمالا زمینی هستند. اما ممکن است نزدیک‌ترین به ستاره‌های میزبانی‌شان بیش از حد باشند تا حیات را حمایت کنند.

بیشتر کشفیات سیاره‌ای تیم، به لحاظ اندازه و جرم شبیه نپچون یا مشتری هستند.

کین همچنین در مورد آنچه که این پژوهش در مورد تاریخ زمین در کیهان نشان می‌دهد نظر داد. “جمعیت این سیارات اطلاعاتی عالی در مورد ظاهر دیگر سیستم‌های سیاره‌ای در مقایسه با سیستم خورشیدی و اینکه چقدر از آنها ممکن است قادر به پناه دادن به سیارات مشابه با زمین باشند داده است.” او نوشت.

او می‌بیند که هدف نهایی در این است که تعیین کنیم چقدر رایج هستند سیستم‌های سیاره‌ای که شبیه به سیستم خورشیدی ما هستند، که به ما اجازه می‌دهد “درک کنیم چقدر منحصر به فرد هستند شرایطی که به حیات اجازه داده است در زمین شکوفا شود.”

مقاله “بررسی TESS-Keck. XX. ۱۵ سیاره جدید TESS و تحلیل یکنواخت RV همه اهداف بررسی” در ژورنال فیزیک اختر موضوعی منتشر شد.