سیاره های فراخورشیدی جهانهایی هستند که به دور ستاره‌های دیگر می‌چرخند!!

سیارات فراخورشیدی جهانهایی هستند که به دور ستاره‌های دوردست می‌چرخند. تاریخچه دانش ما از سیارات فراخورشیدی، انواع مختلف سیارات فراخورشیدی، نحوه یافتن آنها توسط ستاره‌شناسان و موارد دیگر در این مقاله آمده است.

مفهوم هنری از سیارات فراخورشیدی یا سیاراتی که به دور ستاره‌ای دور می‌گردند. تصویر از  ناسا / تیم پیل.

سیارات فراخورشیدی سیاراتی هستند که به دور ستاره‌ای غیر از خورشید ما می‌چرخند. پیشوند exo از یونانی می‌آید و به معنای بیرون است. این دنیاها بسیار دورتر از منظومه شمسی ما هستند. ستاره‌شناسان بیش از 5000 سیاره فراخورشیدی را تأیید کرده‌اند که به دور ستاره‌های دور می‌چرخند. وجود منظومه‌های سیاره‌ای غیر از سیستم ما قرن‌ها پیش‌بینی شده بود. اما تا سال 1992 بود که اخترشناسان دو سیاره فراخورشیدی اول را پیدا کردند که به دور یک تپ اختر می چرخیدند. سپس تایید شد که اولین سیاره فراخورشیدی در سال 1995 به دور یک ستاره شبیه به خورشید می‌چرخد.

چرا قبلا آنها را ندیده بودیم؟ به این دلیل که سیارات فراخورشیدی بسیار دور هستند و در نزدیک‌ترین فاصله‌شان چندین سال نوری از ما فاصله دارند. و به این دلیل است که – برخلاف ستاره‌ها – سیارات فراخورشیدی با نور خود نمی‌درخشند. مانند زمین، آنها فقط با نور منعکس شده از ستاره‌های محلی خود می‌درخشند. سیارات فراخورشیدی برخلاف ستارگانشان بسیار کم نور هستند. حتی بزرگترین آنها در نور ستاره‌های بسیار درخشان‌تر خود غرق می‌شوند.

قبل از اولین کشف سیاره فراخورشیدی، اکثر ستاره‌شناسان تصور می‌کردند که سیارات فراخورشیدی در صورت یافتن، شبیه سیارات منظومه شمسی خواهند بود. بسیاری از سیارات فراخورشیدی بسیار متفاوت هستند و موقعیت و مدار آنها به سختی قابل توضیح است. اگر اخترشناسان فکر می‌کردند منظومه شمسی به هر نحوی نماینده منظومه‌های سیاره‌ای دیگر در کهکشان است، ناامید شده‌اند. منظومه شمسی ما ممکن است استثنا باشد تا قاعده.

خانواده‌های سیارات فراخورشیدی غیرمعمول

به عنوان منادی این درک، اولین سیارات فراخورشیدی کشف شده در سال 1992 به دور یک ستاره نوترونی می‌چرخند. در این مورد، این یک تپ اختر (ستاره نوترونی است که پرتوهایی از امواج رادیویی مانند یک فانوس دریایی منتشر می‌کند، که اگر پرتوها در جهت درست باشند، ممکن است از زمین شناسایی شوند). به طور کلی، یک ستاره نوترونی بقایای فوق چگال هسته یک ستاره پرجرم پس از پایان عمر خود در یک انفجار ابرنواختری است.

تصور نمی شد، و هنوز به طور کامل توضیح داده نشده است، که سیارات بتوانند از چنین فاجعه ای جان سالم به در ببرند. به طور معمول، ستارگان نوترونی که به عنوان تپ اختر می بینیم، با یک تغییر ناپذیری رقابتی با ساعت های اتمی می چرخند. بنابراین، ستاره‌های نوترونی از دقیق‌ترین زمان‌سنج‌های کیهان هستند.

اخترشناسان الکساندر ولسزان و دیل فریل در تلاش بودند بی‌نظمی در چرخش یک تپ‌اختر خاص، معروف به PSR B1257+12 را توضیح دهند. آنها متوجه شدند که می‌توانند تغییرات جزئی در چرخش ستاره را توضیح دهند، اگر گرانش دو سیاره روی آن بکشد. این سیارات باید سه و چهار برابر جرم زمین باشند.

همانطور که این کشف از لحاظ تاریخی مهم بود، تلاش اصلی اخترشناسان در شکار سیارات فراخورشیدی یافتن سیاره‌ای بود که به دور ستاره‌ای شبیه خورشید می‌چرخید، نه اینکه به دور بقایای یک ستاره بزرگ پس از یک ابرنواختر می‌چرخید. از این گذشته، در نهایت، تلاش برای یافتن سیاره‌ای مانند زمین و سپس یافتن حیات در آن است. انسانها همیشه این سوال را مطرح کرده‌اند که آیا ما در جهان تنها هستیم؟

روش سرعت شعاعی

یافتن سیاره‌ای شبیه به زمین، به ویژه سیاره‌ای که در آن حیات وجود دارد، انگیزه‌ای برای جستجوها و کاوش‌های ما در این جهانهای دور بوده و هست.

کشف اولین سیاره‌ای که به دور یک ستاره رده اصلی مانند خورشید می‌چرخد در سال 1995 اتفاق افتاد که دیدیه کولوز سیاره‌ای را کشف کرد که حداقل به جرم مشتری به دور ستاره F-Type 51 Pegasi، در فاصله 50 سال نوری از زمین، می‌چرخد. برای این کشف، او و همکارانش میشل مایور و جیمز پیبلز جایزه نوبل فیزیک سال 2019 را دریافت کردند.

در دهه 1990، فناوری موجود تنها بزرگترین سیارات فراخورشیدی را نشان داد: آنهایی که گرانش کافی برای ایجاد “تلو تلو خوردن” در چرخش ستارگان والدین خود داشتند. این روش برای تشخیص سیارات فراخورشیدی به روش سرعت شعاعی معروف است و هنوز هم روشی بسیار موفق برای تشخیص سیارات فراخورشیدی از سطح زمین است.

روش گذر

امروزه اخترشناسان از روش دیگری به نام روش گذر یا نورسنجی عبوری استفاده می‌کنند که موفقیت بیشتری برای یافتن سیارات فراخورشیدی دارد. فضاپیمای شکارچی سیاره ناسا، کپلر، تاکنون بیشترین سیارات فراخورشیدی را کشف کرده است و از روش گذر استفاده می‌کند. این تکنیک می‌تواند سیارات فراخورشیدی کوچکتر را شناسایی کند. روش گذر بر این واقعیت متکی است که وقتی یک سیاره فراخورشیدی از روی ستاره خود همانطور عبور می کند که از زمین دیده می‌شود، نور ستاره را تا حدودی سد می‌کند و آن را کم نور می‌کند. این تغییر در روشنایی ممکن است تنها 1٪ باشد، اما با این وجود با ابزارهای مدرن مانند ابزارهای کپلر قابل تشخیص است.

تصویر مستقیم از سیارات فراخورشیدی

با پرتاب تلسکوپ فضایی جیمز وب در سال 2022، ستاره‌شناسان ابزار جدیدی برای کمک به ردیابی سیارات فراخورشیدی دارند. در 1 سپتامبر 2022، ناسا اعلام کرد که تلسکوپ وب برای اولین بار مستقیماً از یک سیاره فراخورشیدی تصویربرداری کرده است. این سیاره فراخورشیدی، HIP 65426 b، کشف جدیدی نبود. اولین بار از طریق تصویربرداری مستقیم توسط ابزار تحقیقاتی سیاره فراخورشیدی با کنتراست Spectro-Polarimetric (SPHERE) در سال 2017 یافت شد. اما وب توانست به دنبال سیاره فراخورشیدی بگردد و آن را در چهار فیلتر مختلف انتخاب کند.

لازم به ذکر است که یک سیاره فراخورشیدی معروف و دوست داشتنی، Fomalhaut b – اولین سیاره‌ای که مستقیماً تصویربرداری شده است – بالاخره یک سیاره فراخورشیدی نبود، بلکه ابری از غبار بود.

انواع سیارات فراخورشیدی

بیست و پنج سال پس از کشف اولین سیاره فراخورشیدی که به دور یک ستاره شبیه به خورشید می‌چرخد، اخترشناسان انواع زیادی از سیارات را در “باغ وحش” سیاره فراخورشیدی شناسایی کردند. بعضی از اینها در پایین لیست شده‌اند.

مشتری‌های داغ: در میان اولین سیارات فراخورشیدی که اخترشناسان به دلیل اندازه آنها کشف کردند، این سیارات غول پیکر گازی هستند. آنها دارای جرم مشتری یا بیشتر هستند، در مجاورت ستاره خود، و در برخی موارد، تنها در چند روز زمینی به دور آن می‌چرخند. با فرض اینکه چنین سیاراتی نمی‌توانند در مکان فعلی خود شکل بگیرند، اخترشناسان فکر می‌کنند که آنها بسیار دورتر متولد شده و به داخل مهاجرت کرده‌اند. مطالعه مشتری داغ، چگونگی شکل گیری منظومه شمسی را روشن کرده است.

ابر زمینها: این سیارات با جرمی بین جرم زمین و کوچکترین غولهای گازی – نپتون و اورانوس – در منظومه شمسی ما هستند. ستاره‌شناسان فکر می‌کنند که ترکیب این سیارات عمدتاً سنگ است تا گاز. بنابراین، آنها به احتمال زیاد شبیه سیارات زمینی ما هستند. ستاره‌شناسان از اصطلاح “سیاره‌های زمین مانند” برای سیارات فراخورشیدی استفاده می‌کنند که سنگی هستند نه گازی و در مداری به نام “منطقه طلایی” می‌چرخند. این منطقه جایی است که آب می‌تواند به صورت مایع وجود داشته باشد. “زمین‌مانند” به معنای واقعی کلمه به این معنی نیست که یک سیاره همزاد، دارای جوی مشابه زمین و احتمالاً حیات زمین است.

مینی‌نپتون: سیاره فراخورشیدی با جرم حداکثر ده زمین، اما اندازه آن کوچکتر از نپتون یا اورانوس. اینها احتمالاً جهانهای عمدتاً گازی هستند.

جهان‌های اقیانوسی: این سیارات فراخورشیدی هستند که حاوی مقدار قابل توجهی آب، چه به صورت اقیانوس روی سطح یا زیر زمین هستند.

غول‌های یخی: این سیارات فراخورشیدی به جای هیدروژن و هلیوم مشتری و زحل، از ترکیبات فراری مانند آب، متان و آمونیاک تشکیل شده‌اند.

به دنبال همزاد زمین

تلاش برای یافتن دوقلوی واقعی زمین ادامه دارد. در ژوئن 2019، اخترشناسان کشف شبیه‌ترین سیاره‌ای را اعلام کردند که در آن زمان کشف شده بود که به دور ستاره Teegarden، یک کوتوله قرمز تنها با 12.5 سال نوری از ما می‌چرخد. سیاره فراخورشیدی، Teegarden b، دارای رتبه ۹۵ درصد در شاخص تشابه زمین است.

اما سیارات فراخورشیدی جدید همیشه در حال ظهور هستند. در واقع، ستاره شناسان در دسامبر 2022 اعلام کردند که دو جهان احتمالاً شبیه زمین را در فاصله 16 سال نوری از ما کشف کرده‌اند.

کپلر که سیارات فراخورشیدی زیادی را نامگذاری کرده است، دیگر فعال نیست (اگرچه داده‌های آن هنوز در حال تجزیه و تحلیل هستند). اما فضاپیمای شکار سیاره تس از سال 2018 سیاره‌ها را کشف کرده است. تس از شهرونددانشمندان برای کمک به یافتن جهان‌هایی فراتر از دنیای ما استفاده می‌کند.

در دسامبر 2019، آژانس فضایی اروپا (ESA) فضاپیمای CHEOPS را برای توصیف بهتر سیارات فراخورشیدی شناخته شده به فضا پرتاب کرد. نسل جدید تلسکوپهای مبتنی بر زمین مانند تلسکوپ بسیار بزرگ اروپایی (ELT)، بزرگترین تلسکوپ جهان که در حال حاضر در شیلی در دست ساخت است، قادر خواهد بود اتمسفر سیارات فراخورشیدی را به طور مستقیم تجزیه و تحلیل کند و نشانه‌های زیستی مانند اکسیژن و متان را شناسایی کند.

بنابراین رویای باستانی یافتن حیات در جای دیگری در جهان ممکن است به زودی به واقعیت تبدیل شود. گوش به زنگ باشید!

تجسم سیاره فراخورشیدی

به هر حال، ویدیوی جالب زیر تمام سیستم‌های چند سیاره‌ای از ماموریت اصلی کپلر را در زمان اعلام پایان زندگی کپلر نشان می‌دهد: در 30 اکتبر 2018 ستاره‌شناس و شکارچی سیاره‌ای اتان کروز، که این تجسم را با استفاده از داده‌های مشتق شده از کپلر ایجاد کرد، نوشت:

این سیستمها با هم در همان مقیاس منظومه شمسی خودمان (خط‌چین) نشان داده شده‌اند. اندازه مدارها همه با مقیاس است، اما اندازه سیارات اینطور نیست. به عنوان مثال، مشتری در واقع 11 برابر بزرگتر از زمین است، اما این مقیاس سیارات به اندازه زمین را تقریبا نامرئی می‌کند (یا مشتری‌ها به طرز آزاردهنده ای بزرگ هستند). مدارها همه به گونه‌ای هماهنگ شده‌اند که کپلر هر بار که یک سیاره به زاویه صفر درجه برخورد می‌کند (موقعیت ساعت ۳ ساعت در یک ساعت) گذر سیاره را مشاهده می‌کند. رنگهای سیاره براساس دمای تعادل تقریبی آنها، نشان داده شده است.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Exoplanets are worlds orbiting other stars

Posted by Andy Briggs February 1, 2023

https://earthsky.org/space/what-are-exoplanets/