دستاورد غیرمنتظره تلسکوپ تس ناسا: کشف سیارهای پنهان با ترفند گرانشی اینشتین
تس، فضاپیمای جستجوگر سیارههای فراخورشیدی ناسا، با استفاده از روشی که ریشه در نظریه نسبیت عام اینشتین دارد، شواهدی از وجود سیارهای مشتریمانند را در اطراف ستارهای دیگر پیدا کرده است. این روش که بر پدیده ریزهمگرایی گرانشی تکیه دارد، نخستین تجربه موفق تس در استفاده از چنین تکنیکی به شمار میرود و میتواند راه را برای کشف دستهای کاملاً جدید از سیارههای فراخورشیدی توسط این فضاپیما هموار کند.
دایانا دراگومیر، استاد دانشگاه نیومکزیکو، در بیانیهای از ناسا گفت: «وقتی تس پرتاب شد، هیچکس انتظار نداشت که روزی بتواند چنین نوعی از سیارهها را پیدا کند.» او افزود: «این کشف نشان میدهد که احتمالاً سیارههای دیگری که با ریزهمگرایی گرانشی شناساییپذیر هستند، در دادههای تس پنهان شدهاند؛ سیارههایی که تاکنون اصلاً به فکر جستوجویشان نبودیم.»
تس (مخفف ماهواره نقشهبردار فراخورشیدی گذران) تاکنون با کشف بیش از ۸۰۰ سیاره جدید، مهارت چشمگیری در یافتن سیارههای فراخورشیدی از خود نشان داده است. بااینحال، این فضاپیما معمولاً سیارههایی را کشف میکند که در مدارهایی بسیار نزدیک به ستاره خود قرار دارند. دلیلش این است که تس برای استفاده از روش «گذار» طراحی شده؛ تکنیکی که در آن سیاره از مقابل قرص ستاره میگذرد و با افت اندک نور ستاره، حضور خود را برای اخترشناسان آشکار میسازد.
ابرمشتری تازهکشفشده که Gaia23bra b نام گرفته، در میان کشفیات تس یک استثنا محسوب میشود. این سیاره در فاصلهای بسیار دورتر از ستاره خود میچرخد؛ تقریباً در همان فاصلهای که مشتری به دور خورشید میچرخد. همچنین این منظومه ستارهای در فاصلهی حیرتانگیز ۴۰هزار سال نوری از زمین قرار دارد که بسیار فراتر از برد معمول تس برای کشف سیارهها، یعنی حدود ۱۵۰ سال نوری است.
اثر ریزهمگرایی گرانشی که کشف اخیر را امکانپذیر کرد، نتیجه پدیده همگرایی گرانشی است؛ یعنی خمیدگی فضازمان در اطراف اجرام پرجرم که طبق پیشبینی نظریه نسبیت عام اتفاق میافتد. در این رویداد، Gaia23bra b و ستاره میزبانش از مقابل ستارهای بهمراتب دوردستتر گذشتند و هنگام حرکت، نور آن ستاره را خم کردند. این پدیده اثری شبیه به ذرهبین ایجاد کرد و موجب افزایش روشنایی ظاهری ستاره دوردست شد.
انیمیشن بالا، مفهوم ریزهمگرایی گرانشی را نشان میدهد. هنگامی که از دید ما، یک ستاره در آسمان (که در مرکز انیمیشن دیده میشود) تقریباً از مقابل ستارهای دیگر عبور میکند، پرتوهای نور ستاره پسزمینه (دورتر) به دلیل انحنای فضازمان در اطراف ستاره پیشزمینه (نزدیکتر) خم میشوند. این ستاره مانند ذرهبین مجازی عمل میکند و با تقویت روشنایی ستاره پسزمینه، موجب میشود موقعیت ظاهری آن نیز اندکی جابهجا به نظر برسد. اگر ستاره نزدیکتر دارای منظومهای سیارهای باشد، سیارههای آن نیز میتوانند مانند عدسی عمل کنند و هر یک تغییر کوتاهمدتی در میزان روشنایی منبع ایجاد کنند. اخترشناسان با استفاده از این روش میتوانند جرم سیاره و فاصله مداری آن از ستاره میزبانش را اندازهگیری کنند.
- چگونه ریزهمگرایی گرانشی میتواند ابرزمینهای واقع در مدارهای دور را شناسایی کند؟15 اردیبهشت 04مطالعه '5
- کشف عجیب جیمز وب: سیاره صورتی معروف ابرهایی از جنس نمک دارد12 روز قبلمطالعه '3
رویدادهای همگرایی گرانشی بهطور پیوسته هنگام گذر ظاهری ستارهها از مقابل یکدیگر رخ میدهند؛ اما آنچه توجه اخترشناسان را در این رویداد جلب کرد، این بود که نور ستاره دوردست دو بار تقویت شد: یک بار توسط ستارهی در حال گذر و بار دوم توسط Gaia23bra b. همین اثر «عدسی دوگانه» وجود این سیاره پنهان را آشکار کرد. کمتر از پنج درصد تمام سیارههای فراخورشیدی شناختهشده تاکنون با این روش کشف شدهاند و از آنجا که رویدادهای همگرایی گرانشی فقط یک بار رخ میدهند، بعید است به این زودیها فرصت مشاهده دوباره Gaia23bra b فراهم شود.
«رویدادهای ریزهمگرایی فقط یک بار رخ میدهند و دیگر تکرار نمیشوند»
مالوری هریس، دانشجوی دکتری دانشگاه نیومکزیکو و نویسنده اصلی پژوهش، گفت: «رویدادهای ریزهمگرایی فقط یک بار رخ میدهند و دیگر تکرار نمیشوند. گاهی شوخی میکنم که احتمالاً نخستین همتای واقعی زمین را با همین روش پیدا خواهیم کرد، اما فقط فرصت خواهیم داشت هنگام گذر آن برایش دست تکان دهیم؛ زیرا دیگر هرگز آن را نخواهیم دید.»
بااینحال، رویدادهای همگرایی گرانشی همچنان فرصتهایی بسیار ارزشمند برای جستجوگران سیارههای فراخورشیدی به شمار میروند. هریس گفت: «با ریزهمگرایی میتوانیم سیارههای کوچکتر را در مدارهای دورتری پیدا کنیم؛ از جمله دنیاهایی که در منطقه سکونتپذیر ستاره خود قرار دارند یا حتی از آن هم دورتر هستند.»
کشف اخیر همچنین اهمیت در اختیار داشتن انواع مختلف و مکمل تلسکوپها را برای بهینهسازی راهبردهای شناسایی سیارهها نشان میدهد. اگر اثر همگرایی گرانشی ابتدا توسط فضاپیمای گایای آژانس فضایی اروپا (ESA) ثبت نشده بود، کشف تس هرگز امکانپذیر نمیشد. تلسکوپ گایا سال گذشته بازنشست شد؛ اما دادههای علمی آن همچنان درطول سالهای آتی منتشر خواهند شد.
میدان دید گسترده گایا و رصدهای بلندمدت آن به اخترشناسان نشان داد که باید کجا را بررسی کنند؛ سپس ابزار دقیقتری مانند تس توانست جزئیاتی پنهان، یعنی یک سیاره را ببیند که گایا بهتنهایی قادر به مشاهدهاش نبود. تنها با ترکیب تواناییهای این دو فضاپیما بود که چنین کشفی امکانپذیر شد.
نتایج پژوهش در نشریه The Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.