ستاره‌شناسان 800 تپ‌اختر را بررسی می‌کنند تا ببینند آیا هر یک از آنها سیاره دارند یا خیر!!

این تصویر یک تپ اختر را با خطوط میدان مغناطیسی آن به رنگ آبی نشان می‌دهد. پرتوهای ساطع شده از قطب‌ها همان چیزی است که آشکارسازهای ما را با چرخش ستاره مرده می‌پوشاند. اعتبار: ناسا

 

ستاره‌شناسان اولین سیاره فراخورشیدی را در سال 1992 کشف کردند. آنها جفتی از آنها را یافتند که به دور تپ‌اختر PSR B1257+12 در فاصله حدود 2300 سال نوری از خورشید بودند. دو سال بعد آنها سومین سیاره منظومه را کشف کردند.

 

اکنون تیمی از ستاره‌شناسان در تلاش هستند تا با جستجوی 800 تپ اختر شناخته شده برای سیارات فراخورشیدی، این شاهکار را تکرار کنند.

 

تیم منجمان از مرکز اخترفیزیک بانک جودرل در دانشگاه منچستر هستند. جودرل بانک گروهی دارد که روی پالسارها و اخترفیزیک حوزه زمان کار می‌کند. تپ‌اخترها به دلایل مختلفی اشیاء مورد توجه هستند و جودرل بانک به عنوان بخشی از کار آنها 800 تپ اختر را نظارت می‌کند.

 

این تیم نتایج خود را در مقاله‌ای با عنوان “جستجوی همراهان سیاره‌ای در حدود 800 تپ اختر از برنامه زمان‌بندی تپ اختر بانک جودرل” ارائه می‌کند. اولین نویسنده مقاله، ایولیانا نیتو است و مقاله در ماهنامه انجمن سلطنتی نجوم منتشر خواهد شد.

 

جوسلین بل برنل، اخترفیزیکدان اهل ایرلند شمالی، اولین تپ اختر را در سال 1967 کشف کرد. مدتی طول کشید تا او و یک اخترفیزیکدان دیگر بفهمند که آنها چیستند. گمانه‌زنی‌های معمول در مورد منابع بیگانه وجود داشت، اما هنگامی که تپ اخترهای دیگر کشف و مطالعه شدند، مشخص شد که آنها اجرام طبیعی هستند.

 

تپ اخترها ستارگان نوترونی با سرعت در حال چرخش هستند که به شدت مغناطیسی شده‌اند و پرتوهای تابش الکترومغناطیسی را از قطب‌های خود ساطع می‌کنند. وقتی یکی از قطب‌ها به سمت زمین باشد، ما می‌توانیم آن را مانند یک فانوس دریایی ببینیم. پالسارها در رادیو، نور مرئی، اشعه ایکس و حتی پرتوهای گاما ساطع می‌کنند. همانطور که یک تپ‌اختر می‌چرخد، پرتو در فواصل چند میلی‌ثانیه قابل مشاهده است و سپس نامرئی است. فواصل بسیار دقیق هستند – دقیق‌تر از یک ساعت اتمی – و این باعث می‌شود تپ‌اخترها ابزار مفیدی برای ستاره‌شناسان باشند.

 

فواصل دقیقشان آنها را برای جستجوی سیارات اطرافشان ایده‌آل می‌کند. حتی یک تغییر جزئی در زمان‌بندی آنها به این معنی است که تپ‌اختر به جلو و عقب حرکت می‌کند. این بدان معناست که یک یا چند سیاره ممکن است آن را بکشند. به دنبال سیارات فراخورشیدی در اطراف تپ‌اخترها روش زما‌ن‌بندی تپ‌اختر می‌گویند.

 

روش گذر رایج‌ترین روش برای جستجوی سیارات فراخورشیدی است. این امر شامل تماشای نور یک ستاره و جستجوی شیب‌های منظم در نور آن است. کم شدن نور ستارگان می‌تواند نشان دهنده وجود سیاره‌ای باشد که در حال عبور از مقابل ستاره است و اگر فرو رفتن به طور منظم تکرار شود، نشانه‌ای از یک مدار است. دانشمندان بیشتر سیارات فراخورشیدی را با این روش می‌یابند، اگرچه از اندازه‌گیری‌های بعدی با روش‌های دیگر اغلب برای کمک به تأیید حضور سیاره استفاده می‌شود.

 

یکی از مشکلات روش گذر، سوگیری ذاتی انتخاب آن است. تشخیص سیارات بزرگ بسیار ساده‌تر است زیرا آنها جلوی نور ستاره‌ها را می‌گیرند. همچنین یافتن سیاراتی که به دور ستاره‌هایشان می‌چرخند آسان‌تر است، زیرا آنها سریع‌تر به دور خود می‌چرخند و باعث کاهش بیشتر نور ستاره‌ها می‌شوند.

 

اما زمان‌بندی تپ‌اختر متفاوت است. از آنجایی که زمان‌بندی تپ‌اختر بسیار دقیق است، حتی سیارات کوچک نیز می‌توانند تپ اخترها را به اندازه کافی بکشند تا حضور آنها را نشان دهند. سیاراتی که در اوایل دهه 1990 در اطراف PSR B1257+12 کشف شدند، کوچکتر از اکثر سیارات فراخورشیدی بودند که با روش گذر یافت شدند. کوچکترین از این سه تنها 0.002 جرم زمین بود. تا سال 2019، کوچکترین سیاره فراخورشیدی که تاکنون با روش گذر پیدا شده است، 80 درصد اندازه زمین بوده است.

 

این تلاش جدید برای یافتن سیارات فراخورشیدی در حدود 800 تپ‌اختر متفاوت از دیگر تلاشهای شکار سیاره است. این تلاش یک نظرسنجی یا برنامه نظارتی جدید نیست. در عوض، بر اساس جستجوی داده های موجود در مورد تپ اخترها در مرکز جودرل بانک است. نویسندگان توضیح می‌دهند که مجموعه داده‌های مورد استفاده در این کار از مشاهدات تقریباً 800 تپ‌سر از پایگاه داده زمان‌بندی تپ‌اخترهای جودرل بانک تشکیل شده است.

 

اما احتمال یافتن سیارات فراخورشیدی بیشتر در اطراف تپ‌اخترها چقدر است؟ تپ‌اخترها اجسام افراطی با تاریخچه طولانی هستند که با فجایع اپیزودیک نشانه‌گذاری شده‌اند. نویسندگان می‌نویسند: «نادر بودن ظاهری سیستم‌هایی مانند PSR B1257+12 ممکن است نتیجه شرایط شدیدی باشد که در آن تپ اخترها شکل می‌گیرند.

 

تپ اخترها ستارگان نوترونی هستند و ستاره‌های نوترونی منشأ فاجعه‌آمیزی دارند. آنها به عنوان ستاره‌های پرجرم بین 10 تا 25 جرم خورشید شروع می‌شوند. این ستارگان در پایان عمر همجوشی منظم خود، به صورت ابرنواختر منفجر می‌شوند و سپس به ستاره‌های نوترونی فوق متراکم ساخته شده از ماده نوترونی می‌ریزند. بسیار بعید است که هر سیاره‌ای بتواند از همه اینها جان سالم به در ببرد.

 

آیا سیارات ممکن است پس از ابرنواختر تشکیل شوند؟ شاید. نویسندگان یک سناریوی امکان پذیر را توضیح می‌دهند که در آن سیاره‌ای در اطراف یک جفت ستاره دوتایی شکل می‌گیرد و سپس پس از برخورد بین دو ستاره توسط ستاره نوترونی دستگیر می‌شود. این سیاره همچنین می‌توانست “… از تکامل بعدی سیستم اولیه به سمت یک سیستم ستاره نوترونی جان سالم به در ببرد.”

 

آنها می‌نویسند: “منظومه حاصل از یک تپ‌اختر معمولی با همدمان سیاره‌ای در مدارهای خارج از مرکز تشکیل می‌شود.”، اگرچه این نوع سیارات بسیار نادر هستند. برای بقای سیارات به محیطی بسیار دقیق نیاز دارد.

 

سناریوی دوم ممکن است محتمل‌تر باشد. در این حالت، ابرنواختر هنگام انفجار مقدار زیادی از مواد را به بیرون پرتاب می‌کند و آن را با سرعت بالا به فضا پرتاب می‌کند. اما برخی از مواد ممکن است از گرانش ستاره نوترونی باقیمانده فرار نکنند. در عوض، یک دیسک پیش‌سیاره‌ای تشکیل می‌دهد و سیارات توسط برافزایش تشکیل می‌شوند. نویسندگان می‌گویند: در این مورد، “… یک تپ اختر معمولی، احاطه شده توسط سیارات جرم نسبتا کوچک در مدارهای دایره ای، انتظار می‌رود.”

 

سناریوی سوم نیز ممکن است. در این مورد، یک سیاره در واقع بقایای یک ستاره نوترونی در یک جفت ستاره نوترونی دوتایی است. یکی از ستارگان نوترونی دیگری را مختل می‌کند یا باعث می‌شود دیگری تا حدی تبخیر شود. هسته باقیمانده اکنون سیاره‌ای است که تقریباً تماماً از الماس ساخته شده است.

 

اینها تنها سه مورد از احتمالات تشکیل سیاره در اطراف تپ‌اخترها هستند. یکی از انگیزه‌های پیدا کردن سیارات تپ اختری بیشتر، محدود کردن این احتمالات در چارچوبی است که بهتر درک شود. نویسندگان توضیح می‌دهند: «به طور کلی، تعداد زیادی مسیر شکل‌گیری پیشنهادی سیارات در اطراف تپ‌اخترها وجود دارد و بنابراین جستجوهای مقیاس بزرگ همدمان جرم سیاره‌ای و پارامترهای مداری آنها برای محدود کردن و تعیین امکان‌سنجی مدل‌های مختلف بسیار مهم است.

برداشت هنری از یک ابرنواختر. اعتبار: ناسا

 

با وجود دقت زمان‌بندی تپ‌اختر، هنوز مشکلاتی وجود دارد. نوعی نویز می‌تواند در اندازه‌گیری‌ها نفوذ کند. «…قابلیت تشخیص سیارات در اطراف تپ‌اخترها نیز با وجود به اصطلاح «نویز زمان‌بندی» محدود می‌شود که به صورت یک فرآیند نویز قرمز طولانی‌مدت در چرخش تپ اختر ظاهر می‌شود. نویسندگان می‌نویسند، زیرا نه تنها می‌تواند امضاهای دوتایی را بپوشاند، بلکه آنها را نیز تقلید می‌کند.

 

قبل از اینکه تیم بتواند نتایج خود را دریافت کند، باید تأثیر یک سیاره بر روی یک تپ‌اختر را مدلسازی می‌کرد. ترکیب تپ اختر/سیاره بهتر است به صورت یک جفت دوتایی مدل‌سازی شود. آنها توضیح می‌دهند: “زمانی که یک تپ‌اختر بخشی از یک منظومه دوتایی (چه با یک ستاره یا یک سیاره) باشد، به دور مرکز جرم منظومه می‌چرخد ​​و نسبت به ناظر روی زمین حرکت می‌کند.” این حرکت باعث ایجاد تاخیر جزئی در رسیدن سیگنال به زمین می‌شود. این تاخیر تاخیر رومر نامیده می‌شود.

 

تیم محققان از این عوامل و بسیاری عوامل دیگر برای توسعه روش تحلیلی خود استفاده کردند. محدودیت‌های لازم در کارهایی مانند این وجود دارد و مهم‌ترین آنها شامل توده‌های سیارات فراخورشیدی است. ما برای توده‌های پیش‌بینی‌شده هر سیاره‌ای محدود می‌کنیم که به 1/100 جرم ماه می‌رسد (حدود 10 تا 4 جرم زمین).» اگرچه این یک محدودیت است، اما سیاره فوق‌العاده کوچکی است که می‌توان آن را تشخیص داد.

 

محققان رویکرد کلی خود را با این جمله خلاصه کردند که “این رویکرد برای جستجوی سیستماتیک سیارات در اطراف تپ اخترها، برای تعیین محدودیت برای جرم هر اجرام آسمانی در حال چرخش و بنابراین برای استنباط ویژگی‌های آماری معنی‌دار جمعیت این سیارات مناسب است. “

 

پس چه چیزی پیدا کردند؟

 این تیم می‌گوید: «ما دریافتیم که دو سوم تپ‌اخترهای ما بعید است که میزبان هیچ همدمی با جرم بالای ۲ تا ۸ زمین باشند». نتایج ما حاکی از آن است که کمتر از 0.5 درصد از تپ اخترها می‌توانند میزبان سیارات زمینی به بزرگی سیاراتی باشند که به دور PSR B1257+12 (حدود 4 جرم زمین) می‌چرخند. PSR B1257+12 اولین تپ‌اختری است که در سال 1992 سیارات در اطراف آن یافت شد که نوعی معیار برای سیستم‌های سیاره‌‌ای تپ‌اختری عمل می‌کند.

 

با این حال، حداقل یک هشدار برای این نتایج وجود دارد و آن مربوط به سیارات کم جرم است. “… با این حال، سیاره کوچکتر در این منظومه (حدود 0.02 جرم زمین) در 95 درصد نمونه ما غیرقابل تشخیص خواهد بود که توسط فرآیندهای نویز ابزاری و درونی پنهان شده است…” این تیم همچنین اشاره می‌کند که مشخص نیست که آیا سیارات کوچکی مانند آن می‌توانند در انزوا وجود داشته باشند یا خیر.

 

15 تپ اختر موجود در نمونه، برخی از بی نظمی‌ها را نشان دادند، اما لزوماً سیاره نبودند. این تیم توضیح می‌دهد که مگنتوسفر شدید اطراف تپ‌اخترها می‌تواند باعث تناوب نامنظم شود. ما تناوبهای قابل‌توجهی را در 15 تپ‌اختر تشخیص می‌دهیم، با این حال، متوجه می‌شویم که اثرات مغناطیسی شبه تناوبی ذاتی می‌تواند تأثیر یک سیاره را تقلید کند و برای اکثر این موارد، ما معتقدیم که این منشأ تناوب کشف‌شده است.»

 

در تحلیل نهایی آنها، به نظر می‌رسد که سیارات تپ‌اختر بسیار نادر هستند. تنها یک تپ اختر در 800 نامزد احتمالی میزبانی سیارات است. ما معتقدیم که محتمل‌ترین نامزد برای همدمان سیاره‌ای در نمونه ما PSR J2007+3120 است.

این تصویری از تپ‌اختر دوتایی J0737-3039 است. بیشتر تپ‌اخترهای دوتایی تپ‌اخترهایی هستند که با یک سیاره یا یک ستاره نوترونی جفت شده‌اند، اما J0737-3039 یک جفت تپ‌اختر است. اعتبار: مایکل کرامر (رصدخانه جودرل بانک، دانشگاه منچستر)

منبع: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=827204

 

PSR J2007+3120 ممکن است میزبان یک جفت سیاره باشد. نویسندگان می‌گویند: “تحلیل اولیه ما از PSR J2007+3120 یک نوسان مطابق با یک همدم سیاره‌ای دوره مداری 723(8) روزه را نشان داد.” شواهد سیاره دوم چندان قوی نیست. آنها توضیح می‌دهند: “… ترجیح قوی بین یک جزء نویز قرمز و سیاره دوم وجود ندارد.”

 

در نهایت، تیم سیارات زیادی پیدا نکرد. تنها یکی از 800 تپ‌اختر شواهد قوی از سیارات را نشان می‌دهد و شواهد مربوط به دومین سیاره اطراف PSR J2007+3120 چندان قوی نیست. این در مورد تپ‌اخترها و سیارات به ما چه می‌گوید؟ برای یک چیز، نشان می‌دهد که سیستم PSR B1257+12 با سه سیاره چقدر غیرعادی است.

 

ما تایید می‌کنیم که PSR B1257+12 باید مکانیزم شکل‌گیری غیرعادی داشته باشد، که کران بالایی 0.5 درصد از تپ‌اخترهایی را قرار می‌دهد که سیارات مشابهی را نشان می‌دهند. این تیم همچنین می‌گوید که می‌توانند جمعیت سیارات تپ‌اختری پرجرمتر را رد کنند. آنها در نتیجه‌گیری می‌نویسند: «ما جمعیت همنشینان سیاره‌ای کشف نشده بیشتر از حدود 10 جرم زمین را رد می‌کنیم.

 

اما آنها قادر به رد جمعیت سیارات بسیار کوچکتر نیستند. برخی از آن سیارات ممکن است در سر و صدا پنهان شوند. نویز زمان‌بندی موجود در بیشتر تپ‌اخترها به این معنی است که ما نمی‌توانیم جمعیت قابل توجهی از سیارات کوچک (کمتر از 0.1 جرم زمین) را رد کنیم، اگرچه مشخص نیست که چنین سیاراتی به‌صورت مجزا وجود داشته باشند یا خیر. اگر این سیارات از قرصی از مواد در اطراف تپ اخترها تشکیل شده باشند، همان مکانیسم باید سیارات پرجرمتری را نیز تولید کند.

 

بنابراین، ما این فرضیه را تأیید می‌کنیم که تشکیل سیارات در اطراف تپ‌اخترها نادر است و PSR B1257+12 یک مورد خاص است. در حال حاضر، این تنها تپ اختری است که میزبان سیاراتی به اندازه زمین است.

 

با پیشرفت فناوری، ستاره‌شناسان ممکن است راه‌های موثرتری برای یافتن سیارات کوچکتر در اطراف تپ‌اخترها و حذف نویز سیگنال داشته باشند. این تلاش آخرین کلمه در مورد سیارات تپ‌اختر نخواهد بود.

 

در مورد قابلیت سکونت، بسیار بعید است. منطقه اطراف تپ‌اخترها بسیار خشن است. میدان‌های مغناطیسی قدرتمند می‌تواند هر سیاره‌ای را ویران کند که در مجاورت آن قرار دارد و تپ‌اخترها ستارگان نوترونی هستند، بنابراین همجوشی صورت نمی‌گیرد. آنها کمی بیشتر از خاکستر هستند، اگرچه هنوز هم می‌توانند بسیار داغ باشند. برخی از سیاراتی که در اطراف تپ‌اخترها قرار دارند چیزی بیش از بقایای منفجر شده همراه ستاره یک تپ‌اختر نیستند و ممکن است از الماس خالص ساخته شده باشند.

 

اما این مطالعه هرگز در مورد قابلیت سکونت آنها نبود. هدف آن کاوش در برخی از غیرمعمول‌ترین اجرام در کیهان است. آیا این ستارگان حالت پایانی بسیار متراکم که از ماده نوترونی ساخته شده‌اند، ستارگانی که به سرعت می‌چرخند و میدان‌های مغناطیسی شدید ایجاد می‌کنند، می‌توانند سیاره میزبان باشند؟ به ندرت.

 

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Astronomers scan 800 pulsars to see if any of them have planets

by Evan Gough, Universe Today MARCH 7, 2022

https://phys.org/news/2022-03-astronomers-scan-pulsars-planets.html