کشف سیاره‌ای به اندازه مشتری!!

برداشت هنری از یک دیسک تشکیل سیاره. (ESO/L. Calçada)

ستاره شناسان به تازگی یک گلوله توپ کیهانی پیدا کرده‌اند.

در اطراف یک ستاره در فاصله 730 سال نوری از ما، سیاره فراخورشیدی به اندازه مشتری می‌چرخد، اما با چگالی که ذهن را درگیر می‌کند. اخترشناسان تشخیص داده اند که جرم جهان جدید به نام TOI-4603b نزدیک به 13 برابر مشتری است.

این بدان معناست که چگالی آن تقریباً 3 برابر زمین و کمی بیش از 9 برابر چگالی مشتری است.

این امر آن را در دسته کوچک اما مهمی از جهان‌ها قرار می‌دهد که درک ما از شکل‌گیری و تکامل سیاره‌ها را به چالش می‌کشند.

گروهی از اخترشناسان به رهبری آکانکشا خاندلوال از آزمایشگاه تحقیقات فیزیکی در هند می‌نویسند: «این یکی از پرجرم ترین و متراکم‌ترین سیارات غول پیکر گذری است که تا به امروز شناخته شده است.»

از نظر تئوری، محدودیتی برای جرم یک سیاره وجود دارد. دلیل آن این است که، بالاتر از یک حد بحرانی خاص، دما و فشار وارد شده بر روی هسته برای مشتعل کردن همجوشی هسته‌ای کافی است، فرآیندی که اتم‌ها را به هم می‌ریزد تا عناصر سنگین‌تری ایجاد کند.

برای یک ستاره، حداقل جرمی که این فرآیند در آن شروع می شود، حدود 85 برابر مشتری است. در آن نقطه، اتمهای هیدروژن شروع به ترکیب شدن به هلیوم می‌کنند.

حد بالایی جرم برای یک سیاره حدود 10 تا 13 مشتری است و اجسامی که در فاصله بین آنها قرار دارند به عنوان کوتوله‌های قهوه‌ای شناخته می‌شوند. اینها جرم کافی برای همجوشی هیدروژن ندارند. با این حال، هسته آنها می‌تواند دوتریوم، ایزوتوپ سنگین هیدروژن را ترکیب کند که به گرما و فشار زیادی نیاز ندارد.

ستاره‌ها از بالا به پایین تشکیل می‌شوند، زمانی که یک توده متراکم در یک ابر مولکولی تحت تأثیر گرانش فرو می‌ریزد و یک پیش‌ستاره تشکیل می‌دهد. ستاره با جمع کردن مواد از ابر در اطراف خود رشد می‌کند و در یک دیسک قرار می‌گیرد.

گرد و غبار و گاز باقیمانده پس از این فرآیند سیاراتی را تشکیل می‌دهند که از پایین به بالا شروع می‌شوند زیرا تکه‌های سنگ شروع به چسبیدن به هم می‌کنند و در نهایت توده‌هایی را تشکیل می دهند که به سیاره تبدیل می‌شوند.

تصور می‌شود کوتوله‌های قهوه‌ای مانند ستاره‌ها، از توده‌ای از ابرهای مولکولی تشکیل می‌شوند که تحت تأثیر گرانش فرو می‌ریزند. آنها معمولاً در دور ستارگانی در فاصله بسیار وسیعی یافت می‌شوند، حداقل در پنج واحد نجومی (AU) – که پنج برابر فاصله زمین و خورشید است.

ستاره شناسان بر این باورند که آنها به روشی مشابه ستارگان شکل می‌گیرند.

TOI-4603b برای اولین بار در داده‌های تلسکوپ فضایی تلسکوپ فضایی شکار سیاره فراخورشیدی ناسا مشاهده شد که تکه‌هایی از آسمان را به دنبال گرفت‌های ضعیف و منظم در نور ستارگان بررسی می‌کند که حاکی از حضور یک سیاره فراخورشیدی در مدار ستاره است. داده‌های TESS نشان می‌دهد که جهان جدید 1.042 برابر شعاع مشتری است که در عرض یک هفته به دور ستاره‌اش می‌چرخد.

این تیم به دنبال اندازه‌گیری سرعت شعاعی بود. این سرعت مقداری است که گرانش یک سیاره فراخورشیدی ستاره میزبان خود را به حرکت در می‌آورد، زیرا این دو جسم به دور یک مرکز گرانش متقابل می‌چرخند. اگر جرم ستاره را می‌دانید، می توانید با محاسبه میزان حرکت ستاره به اطراف، جرم سیاره فراخورشیدی را محاسبه کنید.

به این ترتیب محققان جرم TOI-4603b را 12.89 برابر جرم مشتری به دست آوردند. ترکیب آن با شعاع جسم به تیم اجازه داد تا به چگالی متوسط 14.1 گرم بر سانتی متر مکعب برسند. چگالی زمین، برای بافت، 5.51 گرم بر سانتی متر مکعب است. مشتری 1.33 گرم بر سانتی متر مکعب است. چگالی سرب 11.3 گرم بر سانتی متر مکعب است.

برای یک کوتوله قهوه‌ای که به طور متوسط حدود 0.83 برابر شعاع مشتری است، این اصلا عجیب نیست. به عنوان مثال، یک کوتوله قهوه‌ای، با شعاع 0.87 برابر مشتری، جرمی در حدود 61.6 مشتری دارد. این چیزها می‌توانند بسیار متراکمتر از TOI-4603b باشند.

TOI-4603b با اکثر معیارهای طبقه‌بندی به عنوان یک سیاره فراخورشیدی مطابقت دارد که دقیقاً در آستانه حد جرم کوتوله قهوه‌ای قرار دارد، به این معنی که می‌تواند مدرک مهمی برای درک چگونگی شکل‌گیری کوتوله‌های قهوه‌ای و سیارات غول‌پیکر و چگونگی تکامل رابطه آنها با ستاره‌هایشان باشد.

به عنوان مثال، سیاره فراخورشیدی مداری دارد که به طور قابل توجهی بیضی شکل یا غیرعادی است که نشان می‌دهد هنوز در آن مستقر است و این ستاره همچنین یک همدم کوتوله قهوه‌ای دارد که در حدود 1.8 واحد نجومی می‌چرخد که می‌توانست با TOI-4603b برهمکنش گرانشی داشته باشد. این سرنخ ها حاکی از آن است که سیاره فراخورشیدی از موقعیتی دورتر به ستاره نزدیکتر می‌شود.

شی مشابه، جهانی به نام HATS-70b است که با 12.9 برابر جرم مشتری و 1.384 برابر شعاع آن، چگالی کمتری نسبت به TOI-4603b دارد، اما به طور مشابه به ستاره خود نزدیک است و همچنین نشانه‌هایی از مهاجرت را نشان می‌دهد.

تشخیص چنین سیستم‌هایی به ما کمک می‌کند تا بینش ارزشمندی را در مورد مکانیسمهای حاکم بر سیارات پرجرم به دست آوریم و درکمان از مکانیسمهای شکل گیری و مهاجرت غالب آنها را بهبود ببخشیم.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Jupiter-Sized ‘Cannonball’ Planet Discovered With a Density Greater Than Lead

By MICHELLE STARR 29 March 2023

https://www.sciencealert.com/jupiter-sized-cannonball-planet-discovered-with-a-density-greater-than-lead