کشف حلقه‌های عظیم سیاره‌ی فراخورشیدی از طریق اختفا

کشف حلقه‌های عظیم سیاره‌ی فراخورشیدی از طریق اختفا

یکی از پدیده‌های ناشناخته‌ در شکل‌گیری ستاره‌ها، قرص‌های دورستاره‌ایِ گاز و غبار هستند. تصور می‌شود که سیارات گازی از برافزایش  این قرص‌های گازی و غباری به وجود می‌آیند. پس از اینکه سیارات گازی به وجود آمدند و گازها به پایان رسیدند، غبار موجود در قرص‌های دورسیاره‌ای اقمار را تشکیل می‌دهند یا اینکه اگر در حد روش سیاره باشند به شکل حلقه باقی می‌مانند. ساختار منظومه‌ی سیاره‌ای شکل‌گرفته به ساختار و ترکیبات قرص دورستاره‌ای، برهمکنش آن با ستاره و مکانیزم تبدیل قرص به سیارات وابسته است. رصد منظومه‌های فراخورشیدی تا به حال نشان داده‌اند که در اطراف برخی از ستاره‌ها قرص‌های تیره‌ای وجود دارند که موجب اختفای(۱) طولانی ستاره می‌شود. با این حال ستاره‌ی جِی-۱۴۰۷ که در این مقاله بررسی شده است، رفتار پیچیده‌تری نشان می‌دهد. این ستاره که در ۱۳۳ پارسکی ما قرار دارد اختفاهای متعددی داشته است، مانند آنکه در حال عبور از یک پشت منظومه‌ی حلقه‌ای در اطراف یکی از سیاره‌هایش باشد.

تصویر ۱: مدل ساده‌ای از منظومه‌ی حلقه‌ای و اختفای ستاره. در تصویر بالا ستاره با دایره‌ی سیاه نشان داده شده است که از پشت حلقه‌ای در اطراف سیاره (secondary) می‌گذرد. نمودار میانی تغییرات نوری ستاره و نمودار پایین گرادیان نور را بر حسب زمان نشان می‌دهند.

تصویر ۱: مدل ساده‌ای از منظومه‌ی حلقه‌ای و اختفای ستاره. در تصویر بالا ستاره با دایره‌ی سیاه نشان داده شده است که از پشت حلقه‌ای در اطراف سیاره (secondary) می‌گذرد. نمودار میانی تغییرات نوری ستاره و نمودار پایین گرادیان نور را بر حسب زمان نشان می‌دهند.

رصد و تحیل منحنی‌های نوری اختفا از گذشته یکی از روش‌های غیر مستقیم اکتشافات گوناگون بوده است. گاهی اوقات از اختفا استفاده می‌شود تا ساختار جسم غیرقابل تفکیکی را مطالعه کنیم؛ برای مثال نورسنجی از اختفاهای ستاره‌ها در پشت ماه برای بررسی چندگانه بودن ستاره‌ها یا مطالعه‌ی ساختار ستاره‌های تحول‌یافته، یا زمانی که  فضاپیمای کاسینی با نورسنجی‌ِ دقیق از لبه‌ی یکی از شکاف‌های حلقه‌های زحل در هنگام اختفای یکی از اقمار آن (قمر میرا) شعاع دقیق قمر را تخمین زد. شکل دیگر مساله، استفاده از اختفا برای مطالعه‌ی یک جسم گسترده از طریق اختفای جسمی نقطه‌ای در پشت آن است؛ نمونه‌های آن مطالعه‌ی ساختار حلقه‌های سیارات بزرگ، یا جو اجرامی مانند پلوتون و قمر تیتان، و یا تخمین شکل سیارک‌ها در هنگام اختفای یک ستاره در پشت آن‌ها است. در این مقاله، از اختفای ستاره‌‌ای در پشت حلقه‌های عظیم سیاره‌اش استفاده شده است تا به ساختار حلقه‌های سیاره که کاندیدای یک قرص دورسیاره‌ای است، پی ببرند؛ با کشف این منظومه‌ی حلقه‌ای در سال ۲۰۱۲ برای اولین بار توانستیم شکل‌گیری اقمار و حلقه‌های سیاره‌ای را رصد کنیم.

ستاره‌ی جِی-۱۴۰۷ در طی ۵۴ روز در سال ۲۰۰۷ در طی پروژه‌ای برای کشف سیارات فراخورشیدی رصد و نورسنجی شده بود. پس از آن در مقالاتی که نورسنجی این منظومه را بررسی کرده بودند اختفاهای متعددی گزارش شد و پس از رد عوامل گوناگون به این نتیجه رسیدند که محتمل‌ترین سناریو اختفای ستاره در پشت مجموعه‌ای از حلقه‌ها با ضریب جذب‌های مختلف و شکاف‌های متعدد است. اما شبیه‌سازی این منظومه کار دشواری است و به عوامل مختلفی بستگی دارد. مولفان این مقاله سعی کردند با بیشترین دقت ممکن و با استفاده از داده‌های مقالات قبلی این منظومه حلقه‌ای را شبیه‌سازی کنند. تخمین زده شده است که این منظومه تقریبا ۲۰۰ بار از حلقه‌های زحل بزرگتر است!

تصویر ۲: یکی از مدل‌های حلقه‌ای محتمل برای اختفای ستاره در پشت حلقه‌ها

تصویر ۲: یکی از مدل‌های حلقه‌ای محتمل برای اختفای ستاره در پشت حلقه‌ها

مدل حلقه‌ای در دو مرحله‌ی اصلی تحلیل شده است: نخست تمایل مداری(۲) منظومه‌ی حلقه‌ای بررسی شده است (به این معنا که صفحه‌ی حلقه‌ها چه زاویه‌ای با خط دید ناظر زمینی دارند)، سپس تغییر شدت نور ستاره بر اثر اختفا با حلقه‌ها بر حسب فاصله از سیاره در نظر گرفته شده است. یک مدل ساده، که نمونه‌ای از آن را در بخش بالای تصویر ۱ می‌بینید، با چهار پارامتر می‌تواند به طور یکتا تعیین شود. این چهار پارامتر عبارت هستند از: ۱) زاویه‌ی صفحه‌ی حلقه‌ها با خط دید ناظر زمینی (صفر درجه معادل منظومه‌ی از روبرو است)، ۲) زاویه‌ی مداری محور عمود بر مدار گردش سیاره به دور ستاره با محور عمود بر حلقه‌ها، ۳) زمان نزدیک‌ترین فاصله‌ی تصویر‌شده‌ی ستاره با سیاره و ۴) اندازه‌ی آن (کمیت b در تصویر ۱). پس از آن باید شدت کم و زیاد شدن نور ستاره بر اثر عمق اپتیکی حلقه‌ها (میزان جذب نور ستاره که به جنس و چگالی حلقه بستگی دارد) نیز لحاظ شود. بیشترین عدم قطعیت در این مدل از معلوم نبودن اندازه‌ی دقیق ستاره می‌آید.

مولفان ۹۸۵ داده‌ی رصدی را که در طول ۵۴ روز اندازه‌گیری شده است به قسمت‌های ۳۲ دقیقه‌ای تقسیم کرده‌اند. متاسفانه به علت پیوسته نبودن داده‌های رصدی (به علت مواجهه با زمان‌های روز و همچنین شب‌های ابری)، نمی‌توان یک مدل یکتا برای این حلقه‌ها ارائه کرد. در تصویر شماره‌ی ۲ و تصویر بالای صفحه یک نمونه‌ی محتمل از این مدل‌ها آورده شده است. داده‌های رصدی با نقاط قرمز و مدل برازش‌شده با خط سبز نشان داده شده است. ویدئوی نمایش داده شده در انتهای این مقاله نیز گذر ستاره را از پشت این مدل حلقه‌ای، به همراه انطباق آن با داده‌های رصدی نشان می‌دهد.

رصد چنین اختفاهایی در حال حاضر تنها روش رصد و مطالعه‌ی شکل‌گیری اقمار و حلقه‌ها در مراحل ابتدایی است. محققان این پروژه از منجمان آماتور دعوت کرده‌اند که ستاره‌ی جِی-۱۴۰۷ را زیر نظر بگیرند و کمک کنند که اختفای بعدی آن رصد شود. گزارش رصدهای این ستاره می‌تواند به انجمن آمریکایی رصدگران ستاره‌های متغیر(AAVSO) ارسال شود.

 

Exoring model for J1407b from Matthew Kenworthy on Vimeo.

(۱) اختفا به پنهان شدن یک جسم آسمانی در پشت جسم دیگری که اندازه‌ی زاویه‌ای بزرگتری دارد گفته می‌شود؛ مثلا اختفای یک ستاره در پشت ماه.
(۲) inclination

عنوان اصلی مقاله: Modeling giant extrasolar ring system in eclipse
نویسندگان: Matthew A. KenworthyEric E. Mamajek
لینک مقاله‌ اصلی: http://arxiv.org/abs/1501.05652
این مقاله برای چاپ در نشریه‌ی Astrophysical Journal پذیرفته شده است.

گردآوری: آیرین شیوایی

دسته‌ها: مقالات روز
برچسب‌ها: سیاره, فراخورشیدی

درباره نویسنده

آیرین شیوایی

پژوهشگر پَسادکترا در زمینه‌ی نجوم رصدی کهکشان‌ها در دانشگاه آریزونا است. او هم‌اکنون عضو تیم علمی ابزار فروسرخ تلسکوپ فضایی جیمز وب است. او در سال ۲۰۱۷ دکترای فیزیک خود را از دانشگاه کالیفرنیا در ریورساید دریافت کرد. پروژه‌ی دکترای او تحقیق درباره‌ی چگونگی تحول کهکشان‌های جوان عالم از طریق بررسی غبار میان‌ستاره‌ای و ستاره‌زایی در آن‌ها بود. او برای مطالعه و بررسی این کهکشان‌ها، که حدود ۱۰ میلیارد سال نوری از ما فاصله دارند، از داده‌های تلسکوپ‌های زمینی کک و تلسکوپ‌های فضایی هابل و اِسپیتزر استفاده کرد.

یک دیدگاه بنویسید

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