کشف احتمالی یک ابر زمین در همسایگی منظومه شمسی

MacTavish · 1/10/19

اخترشناسان می‌گویند به شواهدی مبنی بر وجود یک ابر زمین (super-Earth) در اطراف ستاره مشهور «بارنارد» دست یافته‌اند؛ ستاره‌ای کوچک که یک کوتوله کم‌نور است و کمتر از 6 سال نوری با خورشید فاصله دارد.

ابر زمین به سیاراتی گفته می‌شود که جرم آن‌ها از زمین بیشتر، اما از غول‌های یخی منظومه شمسی یعنی اورانوس و نپتون کمتر است. محققان هنوز نمی‌دانند که این ابر زمین تازه کشف شده چه شرایطی دارد و به چه چیز شبیه است؛ اما قرار داشتن آن در دومین سامانه ستاره‌ای نزدیک به ما، سبب می‌شود که یک هدف ایده‌آل برای تلسکوپ‌های آینده باشد و چه بسا منجر به ثمر دادن تلاش دراز مدت بشر در راه کشف حیات فرازمینی شود.

پیش‌تر و در سال 2016 نیز، اخترشناسان مدعی کشف یک دنیای سنگی و کوچک در نزدیکی ستاره پروکسیما قنطروس (Proxima Centauri) شده بودند که با فاصله 4.2 سال نوری، نزدیک‌ترین ستاره به منظومه شمسی ماست. وجود احتمالی دو سامانه سیاره‌ای در همسایگی ما، این ایده را تقویت می‌کند که کهکشان راه شیری مملو از سیارات است.

تاکنون هزاران سیاره فراخورشیدی (سیارات خارج از منظومه شمسی) شناسایی شده‌اند که با تلسکوپ‌های امروزی، امکان مشاهده مستقیم آن‌ها وجود ندارد. فاصله این سیارات از ما چنان زیاد است که در میان نور و روشنایی ستاره میزبان‌ خود، گم هستند و از چشم تلسکوپ‌ها پنهان. ولی سیارات مقیم در اطراف ستاره‌های نزدیکی چون بارنارد، هدف آسان‌تری برای تجهیزات ساخت بشر محسوب می‌شوند و در آینده نزدیک، روزی فرا خواهد رسید که ما می‌توانیم نور بازتاب یافته از این سیارات را از نور ستاره میزبان‌شان تفکیک کنیم.

«ایگناس ریباس» اخترشناس موسسه علوم فضایی اسپانیا و محقق ارشد این مطالعه با اشاره به اهمیت کشف سیارات نزدیک می‌گوید:

اگر ما امیدوار به مشاهده مستقیم سیارات فراخورشیدی هستیم، باید شانس خود را در سیاره‌هایی جستجو کنیم که واقعا نزدیک به ما هستند تا امکان تفکیک نور ستاره‌ی میزبان آن‌ها وجود داشته باشد.

ستاره بارنارد از دیرباز در حال فریفتن اخترشناسان بوده است. به دلیل فاصله نسبتا کم این ستاره با ما، این‌طور به نظر می‌رسد که سریع‌تر از هر ستاره دیگری در آسمان حرکت می‌کند. این ستاره نام خود را از اخترشناس امریکایی، ادوارد امرسون بارنارد (E. E. Barnard) گرفته که در سال 1916 موفق به اندازه‌گیری زاویه حرکت آن شده بود.

بارنارد ستاره‌ای بسیار کوچک و کم‌نور است و به عنوان یک کوتوله قرمز شناخته می‌شود. در واقع جرم آن‌ تنها 14 درصد جرم خورشید است و برای رویت آن، نیاز به یک تلسکوپ خواهید داشت. کوتوله‌های قرمز، کوچکترین و در عین حال، فراوان‌ترین ستاره‌ها در کهکشان هستند. طی چند دهه گذشته، اخترشناسان سیارات بلقوه زیست‌پذیری را در اطراف چنین ستاره‌هایی به دفعات شناسایی کرده‌اند.

ستاره میزبان این ابر زمین ، یکی از نزدیکترین ستاره‌ها به منظومه شمسی محسوب می‌شود

فاصله اندک بارنارد از ما موجب شده است که این ستاره به یک هدف پرطرفدار نزد جویندگان سیارات فراخورشیدی بدل شود. در دهه 60 میلادی، یک اخترشناس به نام «پیتر فان دی کامپ» با مطالعه روی نحوه حرکت این کوتوله قرمز، ادعای کشف سیاره‌ای به بزرگی مشتری در اطراف آن را مطرح کرد.

در آن مقطع چنین ادعایی بسیار اهمیت داشت؛ چرا که هنوز شواهد قطعی مبنی بر وجود سیاراتی در خارج از منظومه شمسی به دست نیامده بود. البته در نهایت صحت این یافته‌ها به تایید نرسید و خطای محاسباتی فان دی کامپ، به بروز مشکلاتی در تلسکوپ مورد استفاده‌ی او نسبت داده شد.

پس از این ماجرا، اخترشناسان وجود سیاره‌ای در کمربند حیات (محیطی در اطراف یک ستاره که از دمای مناسب برای مایع ماندن آب برخوردار است) بارنارد را غیر محتمل می‌دانستند؛ اما این بار به نظر می‌رسد واقعا کمی دورتر از کمربند حیات این ستاره، چیزی در حال چرخش است. یک تیم تحقیقاتی بین‌المللی با بررسی داده‌های جمع‌آوری شده از هفت تلسکوپ مختلف که 20 سال به بارنارد چشم دوخته بودند، به سرنخ‌هایی مبنی بر میزبانی آن از یک سیاره ابرزمین دست یافته‌اند. ریباس در این خصوص می‌گوید:

ما داده‌های نزدیک به 800 مشاهده را کنار هم قرار دادیم و از دقیق‌ترین تجهیزات موجود در دنیا استفاده کردیم تا این سیاره کوچک را بیابیم.

به طور خاص، اعضای تیم تمرکز خود را روی تکانه‌ها (wobbles) و لرزش‌های این ستاره در گذر زمان معطوف کردند. اخترشناسان از این تکنیک برای برای یافتن سیارات فراخورشیدی که امکان مشاهده مستقیم آن‌ها وجود ندارد استفاده می‌کنند و در واقع نشان‌دهنده‌ی وارد آمدن نیروی جاذبه سیاره‌ها به ستاره میزبان‌شان است. حتی کوچکترین سیارات نیز می‌توانند کشش گرانشی خود را روی ستاره مجاور اعمال کنند و انحراف اندکی که در نتیجه این فشار در موقعیت ستاره به وجود می‌آید، از زمین قابل محاسبه است.

یکی دیگر از روش‌های کشف سیارات، مشاهده گذر آن‌هاست؛ یعنی هنگامی که در مدار گردش خود، بین ستاره میزبان و زمین قرار می‌گیرند و کمی از شدت نور ستاره می‌کاهند. البته ریباس و تیم او، گذر این سیاره ابر زمین را مشاهده نکردند و به همان روش اول متوسل شدند.

بررسی داده‌های 20 ساله، از وجود سیاره‌ای حکایت می‌کند که هر 233 روز، یکبار به دور بارنارد می‌چرخد. اعضای تیم تحقیقاتی، تخمین می‌زنند که این سیاره 3.2 برابر زمین جرم دارد و معتقدند موقعیت استقرار آن، در خط برف (snow line) است؛ یعنی منطقه‌ای در اطراف ستاره که ترکیبات گازی به حالت جامد درمی‌آیند و آب، به برف و یخ تبدیل می‌شود. فاصله این منطقه، حدود چهار برابر بیشتر از فاصله کمربند حیات تا ستاره است و اخترشناسان آن را نقطه‌ای ایده‌ال برای شکل‌گیری سیارات می‌دانند. به عقیده «کیفان استاسون» اخترشناس دانشگاه فاندربیلت:

این یافته‌ها می‌توانند مهر تاییدی بر صحت یکی از اصلی‌ترین فرضیات ما درباره چگونگی شکل‌گیری سیارات باشند.

البته همان‌طور که گفته شد هنوز مشاهده مستقیم این سیاره ابر زمین ممکن نیست و ریباس نیز با وجود دلگرم بودن به یافته‌های تیمش، اذعان می‌کند که همواره احتمال اندکی اشتباه محاسباتی وجود دارد و شاید لرزش‌های مشاهده شده در ستاره، ناشی از عامل دیگری بوده باشد.

ما 100 درصد مطمئن نیستیم که سیگنال‌های دریافتی، از یک سیاره منشا می‌گیرند؛ اما 99.2 درصد مطمئنیم و این درجه از اطمینان، برای اینکه مدعی شناسایی سیاره باشیم کفایت می‌کند.

گام بعدی در این مطالعه، دریافت سیگنال از خود سیاره است که شاید به زودی محقق شود. به باور استاسون، از چنین فاصله نزدیکی ما قادر به جداسازی نور این سیاره ابر زمین از ستاره میزبان خواهیم بود.

مشاهده بازتاب نور از یک سیاره فراخورشیدی، دستاورد بزرگی است؛ زیرا امکان مطالعه روی اتمسفر آن را فراهم می‌کند. گازهای موجود در اتمسفر، می‌توانند اطلاعات فراوانی از آنچه که روی سطح سیاره می‌گذرد به ما بدهند و چه بسا شاخصی برای وجود یا عدم وجود حیات در آن باشند.

البته با توجه به اینکه سیاره تازه کشف شده در خط برف بارنارد استقرار دارد، کاندیدای امیدبخشی برای میزبانی از حیات فرازمینی محسوب نمی‌شود. اما به هر حال گزینه‌ای مناسب برای انجام تحقیقات بیشتر است و می‌تواند به اخترشناسان، در دستیابی به تکنیک‌های اصلاح شده برای تفکیک سیارات از ستارگان یاری برساند.

انتظار می‌رود تجهیزات لازم برای این کار، در دهه آینده به مرحله بهره‌برداری برسند. یکی از آن‌ها، تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا است که طبق برنامه باید در سال 2021 آغاز به کار نماید. امید می‌رود حساسیت جیمز وب به قدری باشد که بتواند مطالعه روی سیاره‌ای در این مسافت را ممکن سازد. چه بسا تلسکوپ سی متری (TMT) نیز که قرار است تا چند سال آینده در هاوایی مستقر شود، قادر به شکار این سیاره ابر زمین باشد.

تصویری خیالی از سطح این ابر زمین تازه کشف شده

اما ریباس از تلسکوپ در دست ساخت WFIRST ناسا، به عنوان ابزاری نام می‌برد که بیشترین شانس را برای به تصویر کشیدن دنیای تازه کشف شده دارد. این تلسکوپ فضایی، مجهز به دستگاه خاصی موسوم به تاج نگار یا کورنوگراف (coronagraph) خواهد بود که امکان بلوکه کردن نور ستارگان و مطالعه مستقیم روی سیارات را فراهم می‌کند.

البته بنابر برخی گزارش‌ها، محدودیت بودجه ناسا را به یافتن راه‌هایی برای کاهش هزینه تولید کورنوگراف واداشته است و مهندسان به دنبال کاستن از تعداد فیلترها و پوشش‌های آن هستند. در مقطع فعلی اما، ریباس و تیم تحقیقاتی او همچنان در حال ثبت تکانه‌های ستاره برنارد هستند تا به ادعای خود مبنی بر وجود یک ابر زمین در نزدیکی آن، تحکیم ببخشند.