جستجو برای سیارات فراخورشیدی قابل سکونت در منطقه دوده

ستاره‌شناسان می‌گویند که سیارات فراخورشیدی قابل سکونت می‌توانند در منطقه دوده اطراف ستاره‌های جوان تشکیل شوند. آنها می‌توانند غنی از ترکیبات کربن فرار، متفاوت از زمین باشند.

مفهوم هنری از یک دیسک تشکیل سیاره جوان. این مکان مربوط به خطوط دوده و آب-یخ را نشان می‌دهد. سیاراتی که در داخل خط دوده متولد می‌شوند، غنی از سیلیکات (به عبارت دیگر، سنگی) خواهند بود. سیاراتی که بین خط آب-یخ و خط دوده متولد می‌شوند، سیلیکات و غنی از دوده خواهند بود (آنچه اخترشناسان آن را «جهان دوده» می‌نامند). سیاراتی که خارج از خط آب-یخ متولد می‌شوند، جهانهای آبی خواهند بود. تصویر از  Ari Gea / SayoStudio / UMich.

ما سیارات فراخورشیدی قابل سکونت را در منطقه قابل سکونت یک ستاره به صورت ساکن تصور می‌کنیم. این منطقی است، درست است؟ این منطقه اطراف یک ستاره است که ممکن است شاید در یک سیاره سنگی شبیه به زمین در آن آب مایع وجود داشته باشد. اما ممکن است یک منطقه مهم دیگر – مربوط به قابلیت سکونت – وجود داشته باشد که اخترشناسان بیشتر آن را نادیده گرفته‌اند: منطقه دوده. محققان دانشگاه میشیگان در 25 مه 2023 گفتند که اخترشناسان می‌توانند جستجوی سیارات فراخورشیدی قابل سکونت را با در نظر گرفتن منطقه دوده گسترش دهند.

این ناحیه در یک دیسک پیش سیاره‌ای – یا سیاره زایی – فضای بین ستاره و خط دوده است.

محققان یافته‌های بررسی شده خود را در 25 می 2023 در The Astrophysical Journal Letters منتشر کردند.

گسترش جستجو برای سیارات فراخورشیدی قابل سکونت

منطقه قابل سکونت معمولاً اولین مکانی است که اخترشناسان به دنبال سیارات بالقوه قابل سکونت هستند که بر اساس چیزهایی است که ما در مورد منظومه شمسی خودمان می‌دانیم و اینکه چگونه زمین توانسته اقیانوسها و دیگر آبهای خود را نگه دارد. زمین در منطقه قابل سکونت خورشید قرار دارد در حالی که مریخ و زهره در نزدیکی حومه قرار دارند.

اما ستاره‌شناس تد برگین، که این مطالعه را رهبری کرد و همکارانش می‌خواهند منطقه دوده را نیز در نظر بگیرند. منطقه دوده فضای بین ستاره و خط دوده است. خط دوده، به طور خاص، مرز بیرونی نزدیک یک ستاره است که در آن مولکولهای کربن جامد از بین می‌روند و به صورت گاز تصعید می‌شوند. آنها به جای اینکه به صورت جامد باقی بمانند به ترکیبات کربنی فرار تبدیل می‌شوند. مواد فرار عناصر و ترکیباتی شیمیایی هستند که می‌توانند به راحتی تبخیر شوند.

سیارات موجود در این منطقه ممکن است سرشار از ترکیبات کربنی فرار باشند و این ترکیبات می‌توانند کاملاً متفاوت از هر چیزی در سیاره خودمان باشند. چنین سیاراتی چگونه خواهند بود؟ آیا آنها می‌توانند قابل سکونت باشند؟

برگین گفت:

بُعد جدیدی در جستجوی ما برای سکونت‌پذیری می‌افزاید. ممکن است بعد منفی باشد یا بعد مثبت. این هیجان‌انگیز است زیرا به انواع احتمالات بی‌پایان منجر می‌شود.

زمین فقیر از آب و کربن

اما این سیارات ممکن است از نظر آب نیز فقیر باشند. این برای سکونت بد به نظر می رسد، اما زمین نیز از نظر آب فقیر است. با کمال تعجب، سیاره ما تنها 0.1 درصد جرم دارد.

به دلیل محتوای کم آب، دانشمندان مدت‌ها فکر می‌کردند که زمین در داخل خط یخبندان یا خط آب-یخ تشکیل شده است که دورتر از خورشید است. اجسام فراتر از این خط، از نظر درصدی، مانند قمرهای یخی با اقیانوس‌های زیرسطحی، مقدار بیشتری آب دارند.

ما همچنین زمین را غنی از کربن می‌دانیم، اما مثل آب از نظر کربن فقیر است. دانشمندان می‌گویند زمانی که سیاره ما در حال شکل‌گیری بود، فقط یک اتم کربن به ازای هر 100 اتم موجود در قرص پیش‌سیاره‌ای دریافت کرد. ممکن است خط دوده مسئول این باشد. اگر بلوک‌های سازنده زمین جوان در داخل خط دوده، نزدیک‌تر به خورشید تشکیل می‌شد، ترکیبات کربن فرار به گاز تبدیل می‌شد. این مقدار کربن جامد موجود برای سیاره در حال شکل گیری را محدود می‌کند.

سیارات بین خط دوده و خط یخبندان

این مطالعه همچنین بر روی سیارات فراخورشیدی متولد شده بین خط دوده و خط یخبندان متمرکز است. هیچ در منظومه شمسی خودمان وجود ندارد، اما ستاره‌شناسان بسیاری را در منظومه‌های خورشیدی دیگر کشف کرده‌اند. آنها معمولاً جهان‌های ابرزمینی و مینی نپتونی هستند. هر دو از نظر جرم بزرگتر از زمین، اما از نظر جرم کوچکتر از نپتون هستند. آنها همچنین رایج‌ترین نوع سیارات فراخورشیدی هستند که تاکنون یافت شده‌اند. برگین گفت:

اینها یا سیاره‌های سنگی بزرگ هستند یا غولهای گازی کوچک. این رایج‌ترین نوع منظومه سیاره‌ای است. بنابراین، شاید در تمام آن منظومه های خورشیدی دیگر در کهکشان راه شیری، جمعیتی از اجسام وجود داشته باشد که قبلاً آنها را شناسایی نکرده بودیم که کربن بسیار بیشتری در داخل خود دارند. عواقب آن چیست؟ این که چه معنایی برای سکونت دارد باید بررسی شود.

جوهای مه آلود متان

محققان مدل‌سازی کردند که این سیارات چگونه خواهند بود و دریافتند که احتمالاً دارای جو بسیار مه آلود خواهند بود. در این مطالعه، این سیارات، در منطقه دوده، غنی از سیلیکات هستند و بین 0.1٪ تا 1٪ کربن جرمی دارند. آنها همچنین دارای مقادیر متغیر آب هستند. مدل‌ها پیشنهاد می‌کردند که این دنیاها از ترکیبات کربن فرار فراتر می‌روند و اتمسفرهای غنی از متان ایجاد می‌کنند. اتمسفر متان به دلیل برهمکنش با فوتون‌های ستاره‌های میزبان سیارات، مه ایجاد می‌کند. این امر شبیه نحوه تولید مه هیدروکربنی در جو تیتان است. برگین توضیح داد:

سیاراتی که در این منطقه به وجود می‌آیند که در هر سیستم دیسک تشکیل دهنده سیاره وجود دارد، کربن فرار بیشتری را از گوشته خود آزاد می‌کنند. این امر م‌ تواند به راحتی منجر به تولید طبیعی مه‌ها شود. چنین مه‌هایی در اتمسفر سیارات فراخورشیدی مشاهده شده‌اند و این پتانسیل را دارند که محاسبات را برای آنچه ما جهان‌های قابل سکونت می‌دانیم تغییر دهند.

این ایده هنری از Kepler-452b است، یک ابر زمین در فاصله حدود 1400 سال نوری از ما. حدود 60 درصد بزرگتر از زمین است. ابر زمین‌ها و مینی نپتون‌ها رایج‌ترین انواع سیارات فراخورشیدی در کهکشان ما هستند. آیا می‌توانند قابل سکونت باشند؟ تصویر از ناسا / ایمز / JPL-Caltech.

بنابراین، آیا آن سیارات فراخورشیدی قابل سکونت هستند؟

سیاره‌ای مانند این به طور بالقوه قابل سکونت است، زیرا مه شواهدی برای وجود گوشته احتمالاً غنی از کربن در این سیاره  و زندگی – همانطور که ما آن را در زمین می شناسیم – بر اساس کربن است. اما با وجود اتمسفرهای غنی از کربن و متان بیشتر، این دنیاها از بسیاری جهات کاملاً بر خلاف زمین خواهند بود.

برگین افزود:

اگر این درست باشد، پس ممکن است یک نوع معمولی از سیارات مه‌آلود با کربن فرار فراوان وجود داشته باشد و معنای آن برای قابلیت سکونت باید بررسی شود. اما جنبه دیگری هم وجود دارد: اگر دنیایی به اندازه زمین داشته باشید، جایی که کربن بیشتری نسبت به زمین داشته باشید، چه؟ این برای سکونت و زندگی چه معنایی دارد؟ ما نمی‌دانیم، و این هیجان انگیز است.

تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا (JWST) می‌تواند به برخی از این دنیاها نگاه کند، همانطور که این مقاله اشاره می‌کند:

همانطور که در اینجا نشان داده شده است، چنین مه‌ها و متانی که تشکیل آنها را هدایت می کند، از طریق طیف سنجی گذر JWST قابل تشخیص هستند، به ویژه در اطراف ستارگان با جرم (و بنابراین اندازه) کمتر از خورشید.

این نیز هیجان انگیز خواهد بود.

این تصویر یک دیسک پیش سیاره‌ای را با خط دوده نزدیک به ستاره جوان و خط یخبندان دورتر از ستاره را به تصویر می‌کشد. به طور معمول، سیاراتی که در داخل خط دوده متولد می‌شوند – در منطقه دوده – غنی از سیلیکات خواهند بود. سیاراتی که در داخل خط یخبندان متولد می‌شوند، اما خارج از خط دوده سیلیکات و غنی از دوده خواهند بود. سیاراتی که خارج از خط یخبندان متولد می‌شوند، جهان‌های آبی خواهند بود. یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که سیارات فراخورشیدی قابل سکونت می‌توانند در منطقه دوده، بین خط دوده و ستاره میزبان شکل بگیرند. تصویر از NASA/ JPL-Caltech/ Invader Xan/ Wikipedia (CC BY 3.0).

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Searching for habitable exoplanets in the soot zone

Posted by Paul Scott Anderson May 31, 2023

https://earthsky.org/space/habitable-exoplanets-soot-zone-protoplanetary-disk/