سیارات فراخورشیدی غیرسنگی

سیارات فراخورشیدی غیرسنگی

رصدخانه‌ی فضایی کپلر که از سال ۲۰۰۹ کار خود را آغاز کرده است، به دنبال سیارات زمین‌مانند در منظومه‌های ستاره‌ای می‌گردد. ماموریت کپلر تاکنون موفق به کشف حدودا ۱۰۰۰ سیاره‌ی فراخورشیدی شده است و بیش از ۳۰۰۰ جسم آسمانی را رصد کرده است که هنوز صحت سیاره بودنشان تایید نشده است. کپلر سیارات فراخورشیدی را به سه گونه‌ی مختلف تقسیم می‌کند: غول‌های گازی، اَبَرزمین‌ها و غول‌های یخی. تلاش اصلی کپلر در کشف سیاراتی است که در منطقه‌ی زیست‌پذیر منظومه‌ی ستاره‌ای‌شان (کمربند حیات)، جایی که وجود آب در سطح سیاره امکان‌پذیر است، واقع شده‌اند. شعاع این سیارات عموما بین ۰/۵ تا ۲ برابر شعاع زمین تخمین زده می‌شوند. با وجود این، کپلر سیارات بزرگتر را نیز رصد می‌کند و امکان بررسی آن‌ها را برای منجمان فراهم می‌آورد.

ماموریت کپلر به همراه اندازه‌گیری سرعت شعاعی سیارات از روی زمین و تحلیل‌های دینامیکی تغییرات زمانی گذر سیارات، تحول عظیمی در بررسی سیارات فراخورشیدی کوچکتر از نپتون به وجود آورده است. نتایج به‌دست‌آمده از یک بررسی گسترده‌ی کپلر، شامل اندازه‌گیری‌های دوپلری چندگانه بر روی ۲۲ ستاره‌ی میزبان، منجر به کشف تعداد زیادی سیاره‌ی گذری کوچکتر از نپتون شده است. بررسی‌های گوناگون، حدودی برای جرم و سرعت شعاعی این سیاره‌ها به دست آورده‌اند. تعداد زیاد سیارات کشف شده با مقادیر حدی مشخص جرم و شعاع، دریچه‌های جدیدی را برای مطالعه‌ی آماری مواد تشکیل‌دهنده‌ی این سیارات باز می‌کند.

شکل ۱: نمودار شعاع برحسب جرم سیارات. مجموعه‌ای از سیارات کپلر که در این مقاله بررسی شده‌اند با رنگ قرمز مشخص شده‌اند. سیارات گذاری تایید شده‌ی دیگر کوچکتر از نپتون با نقاط سیاه و سیارات منظومه‌ی شمسی با مثلث‌های سیاه نمایش داده شده‌اند. منحنی‌های رنگی نماینده‌ی مدل‌های نظری جرم-شعاعند که هریک مربوط مواد تشکیل‌دهنده‌ی متفاوتی است. به ترتیب: منحنی آبی: یخ آب؛ خط قهوه‌ای: سیلیکات؛ خط‌چین قهوه‌ای: ترکیبات زمین‌مانند؛ خط‌چین خاکستری: حد بالای چگالی برای سیارات سنگی؛ خط خاکستری: آهن.

شکل ۱: نمودار شعاع برحسب جرم سیارات. مجموعه‌ای از سیارات کپلر که در این مقاله بررسی شده‌اند با رنگ قرمز مشخص شده‌اند. سیارات گذاری تایید شده‌ی دیگر کوچکتر از نپتون با نقاط سیاه و سیارات منظومه‌ی شمسی با مثلث‌های سیاه نمایش داده شده‌اند. منحنی‌های رنگی نماینده‌ی مدل‌های نظری جرم-شعاعند که هریک مربوط به مواد تشکیل‌دهنده‌ی متفاوتی است. به ترتیب: منحنی آبی: یخ آب؛ خط قهوه‌ای: سیلیکات؛ خط‌چین قهوه‌ای: ترکیبات زمین‌مانند؛ خط‌چین خاکستری: حد بالای چگالی برای سیارات سنگی؛ خط خاکستری: آهن.

در یک مطالعه‌ی جدید، سیارات فراخورشیدی سنگی که عموما از آهن و سیلیکات تشکیل شده‌اند و هم‌چنین سیاراتی با لایه‌های فراوانی از مواد ناپایدار، مانند هیدروژن، هلیوم و یخ‌های اخترفیزیکی، بررسی شده‌اند. با استفاده از رویکرد آماری به مجموعه‌ای از داده‌های کپلر و با کمک داده‌های سرعت شعاعی گرفته شده توسط تلسکوپ کِک، نویسندگان این مقاله نسبت تعداد سیارات داخلی (که دوره‌ی گردشی مداری کم‌تر از ۵۰ روز دارند) با چگالی کافی برای تشکیل سیارات سنگی را به تعداد کل سیارات فراخورشیدی، در محدوده‌ی جرمی مشخص، معین می‌کنند.

شکل ۱، نمودار شعاع بر حسب جرم سیارات فراخورشیدی را با سیارات منظومه‌ی شمسی و مدل‌های نظری ترکیبات سیاره‌ای مقایسه می‌کند. رابطه‌ی شعاع-جرم برای ترکیب سیلیکاتی (خط قهوه‌ای در شکل ۱) حد پایین جرم سیارات سنگی را معین می‌کند که هیچ عنصر ناپایداری در آن‌ها وجود ندارد. سیاراتی که چگالی کم‌تری از این داشته باشند، ناچارند عناصر ناپایدارتری مانند آب، هیدروژن و یا هلیوم داشته باشند. البته هم‌چنان بخش بیشتری از این سیارات می‌تواند شامل سنگ باشد. سیاراتی که چگالی بیشتری دارند می‌توانند به طور خالص از آهن و یا سیلیکات تشکیل شده باشند. برای جرم‌های بیشتر، رابطه‌ی جرم-شعاع برای ترکیب خالصی از آهن، حد بالایی را برای جرم یک سیاره‌ی سنگی با اندازه‌ی مشخص به‌دست‌ می‌دهد (خط خاکستری در نمودار).

پژوهشگران این مقاله، نشان می‌دهند که اکثر سیاراتی که شعاعی برابر با ۱/۶ شعاع زمین دارند، دارای چگالی بسیار کمی هستند که نمی‌توانند از آهن و سیلیکات تشکیل شده باشند. در شعاع‌های بزرگتر، تعداد سیارات تشکیل شده از آهن و سیلیکات بیشتر نیز می‌شود. در واقع این مطالعه نشان می‌دهد که بیش از ۵۰ درصد سیاره‌های بزرگتر از ۱/۶ شعاع زمین، سیارات سنگی نیستند. مطالعات ویژگی‌های سنگی یا گازی بودن سیارات بر نظریه‌های شکل‌گیری سیارات نیز تاثیر می‌گذارد و هم‌چینین می‌تواند محدوده‌ی دقیق شعاعی سیارات زمین‌مانند را تعیین کند.


عنوان اصلی مقاله:
Most 1.6 Earth-Radius Planets are not Rocky
نویسندگان:
Leslie A. Rogers
این مقاله برای نشر به ApJ فرستاده شده است.
لینک مقاله‌ اصلی: http://arxiv.org/abs/1407.4457v1

گردآوری: آزاده کیوانی

دسته‌ها: مقالات روز

درباره نویسنده

آزاده کیوانی

پژوهشگر پَسادکترا در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا است که در زمینه‌ی اخترفیزیک ذره‌ای پژوهش می‌کند. در حال حاضر عضو تیم تحقیقاتی AMON و هم‌چنین عضو رصدخانه‌ی نوترینوی IceCube است. او در سال ۲۰۱۳ دکترای خود را در رشته‌ی اخترفیزیک از دانشگاه ایالتی لوییزیانا گرفته است و در طول تحصیلات تکمیلیش عضو رصدخانه Pierre Auger بوده است. پروژه‌ی دکترای او بررسی تأثیرات میدان مغناطیسی کهکشان راه شیری بر روی انحراف پرتوهای کیهانی پرانرژی در راستای شناخت منشأ و نوع این ذرات بوده است.

دیدگاه‌ها

  1. امیرنظام امیری
    امیرنظام امیری ۳۰ تیر, ۱۳۹۳، ۱۳:۴۱

    بسیار ممنون بابت خبر . اما سه سوال :
    یخ اخترفیزیکی دقیقا به چه نوع فرآیند یخ اطلاق می شود؟
    آیا رابطه ای میان شعاع سیاره و جو سیاره ( از جمله ضخامت ) وجود دارد؟
    چگونه به طریق طیف سنجی ضخامت جو یک سیاره فراخورشیدی معلوم می گردد؟

    پاسخ به این دیدگاه
    • آزاده کیوانی
      آزاده کیوانی نویسنده ۲۴ شهریور, ۱۳۹۳، ۲۳:۳۵

      سلام و خیلی ممنون از نظرتان. متاسفانه دیدگاه شما وارد بخش spam وبسایت ما شده بود و به تازگی متوجه حضور آن شدیم؛ از پاسخگویی دیر عذرخواهی می‌کنم.
      یخ اخترفیزیکی به هر ترکیبی که در دمای بسیار پایین در سیارات موجود باشد اطلاق می‌گردد. این ترکیب می‌تواند HCN، C3O2 و چیزهای دیگر باشد.
      رابطه‌ی دقیق شناخته‌شده‌ای وجود ندارد ولی به طور کلی مطالعات نشان می‌دهند که اندازه‌ی شعاع سیاره مستقل از جو آن نیست. دلیل اصلی اینست که ترکیب مواد تشکیل دهنده‌ی سیاره و جو آن به هم وابسته‌اند و بسته به نوع و چگالی مواد تشکیل دهنده، دما و فشار و در نتیجه شعاع ستاره تغییر می‌کند.

      پاسخ به این دیدگاه
      • اكبر محمدزاده
        اكبر محمدزاده ۲۷ شهریور, ۱۳۹۳، ۱۰:۲۵

        گاها در خبر ها می خوانیم سیاره فراخورشیدی با جرم ۳ یا چند برابر مشتری یافت شده آیا امکان دارد سیاره ای ۳ برابر مشتری جرم داشته باشد؟
        در نظر داشته باشیم اگر یکی از اقمار گالیله ای مشتری به جرم آن اضافه شود محاسبات نشان می دهد مشتری تبدیل به ستاره خواهدشد.

        پاسخ به این دیدگاه
        • آیرین شیوایی
          آیرین شیوایی ۲۷ شهریور, ۱۳۹۳، ۲۰:۰۶

          بله امکان وجود سیاراتی با چندین برابر جرم مشتری وجود دارند، و چنین سیاراتی کشف شده‌اند (اَبَر-مشتری‌ها). این سیارات در مرز بین ستاره و سیاره قرار می‌گیرند؛ اما هنوز برای آنکه در مرکزشان همجوشی هسته‌ای رخ دهد و تبدیل به ستاره شوند به جرم بیشتری نیاز دارند.

          پاسخ به این دیدگاه
    • آزاده کیوانی
      آزاده کیوانی نویسنده ۲۴ شهریور, ۱۳۹۳، ۲۳:۳۶

      این مقاله برای پاسخ به سؤال آخرتون شاید بد نباشه:
      http://astrobites.org/2013/06/19/determining-the-minimum-heights-of-atmospheres-on-exoplanets/

      پاسخ به این دیدگاه

یک دیدگاه بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.
بخش‌های لازم مشخص شده‌اند*