سیاره‌ای داغ‌تر از بیشتر ستارگان!

0 0 0 0

توسط سمیه خاکپاش , 16 جولای 2017

سیاره‌ی KELT-9b با دمای ۴۶۰۰ کلوین در روز، از بیشتر ستارگان داغ تر و فقط ۱۲۰۰ کلوین سردتر از خورشید خودمان است! جذابیت کشف این سیاره، خبر آن را به جلد مجله‌ی Nature در ماه ژوئن ۲۰۱۷ کشاند (تصویر بالای صفحه). حال باید دید چرا کشف سیاره‌ای این چنین داغ برای ما مهم است. اگر دمای شب و روز سیاره‌ی KELT-9b برابر بود، ممکن بود یک ستاره باشد، اما هم‌چنان از دسته ستارگان جدا مانده است، چرا‌که گرمای خود را از هم‌جوشی هیدروژن^(۱) به دست نمی‌آورد و گرمای آن حاصل تابش شدید ستاره‌ی مادر است.

تصویر ۱: داده‌های مربوط به کشف و تایید سیاره‌ی KELT-9. نمودارهای بالا مربوط به منحنی نوری اولیه‌ نشان‌دهنده‌ی کاهش روشنایی ستاره، منحنی نوری به دست آمده در رصدهای بعدی و منحنی نشان‌دهنده‌ی سیگنال اثر دوپلری سیاره‌ی در حال گذر از جلوی ستاره‌ی مادر هستند. در تصویر (a) می‌بینید که محور افقی یک دوره تناوب کامل سیاره به دور ستاره‌ی مادرش (۱.۴۸ روز) و محور عمودی میزان تغییر روشنایی ستاره است. در تصویر (b) شکل گذر اول سیاره را که در رصدهای بعدی به دست آمده، به صورت واضح‌تر مشاهده می‌کنید. در تصویر (c) گذر دوم سیاره را مشاهده می‌کنید. این گذر مربوط به زمانی است که سیاره از پشت ستاره عبور می‌کند. در تصویر (d) سیگنال اثر دوپلری را مشاهده می‌کنید. این سیگنال به منجمان کمک می‌کند جرم سیاره یا ستاره‌ی در حال گذر از برابر ستاره‌ی مادر را تخمین بزنند.

ستارگان پرجرم در مسیر تکامل سرد شده و سرعت چرخششان به دور خود آهسته‌تر می‌شود و در نتیجه تنها در مراحل پایانی عمر این ستارگان است که اندازه‌گیری‌های دقیق دوپلری^(۲) ممکن می‌گردند. بنابراین، استراتژی اصلی جستجو برای سیارات به دور ستارگان پرجرم، بررسی «ستارگان بازنشسته گروه A »^(۳) است، ستارگان پرجرمی که به شکل غول‌ها یا زیرغول‌ها تکامل یافته‌اند. نتایج نشان داده‌اند که این ستارگان بازنشسته به نسبت ستارگان خورشید‌ مانند، تعداد کمتری سیاره‌ی غول‌پیکر با دوره‌ی گردش کوتاه دارند. شاید دلیل آن این باشد که سیارات نزدیک به ستارگان بازنشسته، ستارگانی که از رشته‌ اصلی^(۴) خارج شده و در روند تحول خود شعاعشان چندین برابر گشته است، دوره‌ی گردش کوتاهی دارند و توسط ستاره بلعیده شده‌اند.

بنابراین، یافتن جمعیت سیارات با دوره‌ی گردش کوتاه به دور ستارگان پرجرمی که هنوز در رشته‌ی اصلی هستند، از اهمیت زیادی برخوردار است، چرا که می‌تواند نحوه‌ی تکامل این سیارات را در زمان تحول ستاره‌ی مادرشان بررسی کند. اگرچه منجمان همواره با استفاده از روش سرعت شعاعی^(۵) ستارگان پرجرم در رشته‌ی اصلی را بررسی می‌کنند، اما تاکنون سیاره‌ای گذری^(۶)  به دور این ستارگان که دارای پرتوافکنی فرابنفش شدید نیز هستند، یافت نشده است.

کِلت (KELT)^(۷)  یک برنامه‌ی رصدی برای نقشه برداری از کل آسمان است که شامل دو تلسکوپ با میدان دید پهناور و عدسی ۲.۴ سانتی‌متری، یکی در نیمکره‌ی شمالی و دیگری در نیمکره‌ی جنوبی می‌شود. هدف این برنامه یافتن سیارات به روش گذر^(۸) به دور ستارگان پرنور است، و تاکنون کشف حدود ۱۵ سیاره توسط این گروه اعلام عمومی شده است. در رصدهای اولیه توسط تلسکوپ نیمکره‌ی شمالی KELT ،منحنی نوری ستاره‌ی KELT-9 یا HD 195689 کاهشی ۰.۶ درصدی در روشنایی خود با دوره تناوب ۱/۴۸ روز نشان می‌داد (عکس ۱) و به همین منظور به عنوان کاندید سیاره گذری شناخته شد. مشخصات پایه‌ای این ستاره و سیاره‌ی همراه آن از جمله دمای موثر و سرعت چرخش را در جدول زیر مشاهده می‌کنید.

KELT-9 ستاره‌ای داغ (۱۰۱۷۰ کلوین) و پرجرم ( ۲.۵ برابر جرم خورشید) از دسته‌ی طیفی B9.5–A0 با سنی نسبتا جوان، حدود ۳۰۰ میلیون سال، است. با اطمینان می‌توان گفت که در دوره‌ی ‌۵۰۰ میلیون سالی رشته اصلی خود قرار دارد، و هنوز تحول به سمت ستاره‌ای بازنشسته را شروع نکرده است.

در کشف سیارات به روش گذر، هنگامی که منحنی نوری ستاره را رسم می‌کنند، کاهشی بسیار ناچیز در روشنایی آن می‌بینند که این کاهش به صورت تناوبی رخ می‌دهد. سپس منحنی نوری ستاره را در یک دوره‌ی تناوب رسم می‌کنند به طوری که همه‌ی کاهش‌های رخ داده در طول مدت رصد، روی هم می‌افتند و شکل عمق کاهش به صورت واضح مشخص می‌گردد. این کاهش مربوط به زمانی است که سیاره از جلوی ستاره‌ی مادر عبور می‌کند و بخشی از آن را می‌پوشاند، و در نتیجه نور از آن بخش ستاره به ما نرسیده و روشنایی دریافتی ما از ستاره کاهش می‌یابد. میزان عمق این کاهش اطلاعاتی راجع به نسبت جرم سیاره به ستاره به ما می‌دهد و دوره‌ی تناوب دیده شدن کاهش دوره‌ی گردش سیاره را مشخص می‌کند. شکل ۲ منحنی نوری اصلی ستاره را که منجر به کشف سیاره به دور آن شد، نشان می‌دهد.

تصویر ۲: ویژگی‌های منحصر به فرد سیستم KELT-9 در مقایسه با سایر کشفیات و چشم‌انداز رصدهای آینده‌ی آن. تصویر (a): نمودار هرتزپرونگ-راسل شامل ستاره‌ی مادر سیارات کشف شده از طریق روش سرعت شعاعی (دوایر توخالی) و سیارات کشف شده از طریق گذر (دوایر توپر) به همراه ستارگان نزدیک به خورشید موجود در کاتالوگ هیپارکوس ( نقاط خاکستری). می‌بینید که KELT-9 از تمامی ستارگان دارای سیاره‌ی گذری حدود ۱۵۰۰ کلوین داغ‌تر است. تصویر (b): در این تصویر نوار رنگی سمت راست نشانگر میزان تابش فرابنفش وارده بر سیاره از طرف ستاره‌ی مادر است، و اندازه دوایر رنگی با قدر ظاهری ستاره‌ی مادر متناسب هستند. همانطور که می‌بینید، KELT-9 از هر سیاره‌ی غول گازی شناخته شده‌ای حدود ۱۰۰ درجه کلوین داغ‌تر بوده و ۷۰۰ برابر بیشتر تابش فرابنفش دریافت می‌کند.

با توجه به درخشندگی بالای ستاره و مدار بسیار نزدیک سیاره به دور آن، سیاره شار تابشی زیادی دریافت می‌کند. در نتیجه، با فرض ضریب بازتاب (آلبدو^(۹)) صفر و توزیع گرمایی ایده‌آل بر روی آن ، حدس زده می‌شد دمای تعادلی بالایی در حدود ۴۰۵۰ کلوین داشته باشد. به عبارتی دیگر، این سیاره دمایی برابر ستارگان اواخر دسته‌ی K دارد و انتظار می‌رفت سیگنال تابش گرمایی قوی‌ای هم داشته باشد. این سیگنال را این گروه تحقیقاتی با رصد گذر دوم سیاره در فیلتر z′ و مشاهده‌ی کاهش ۰.۱ درصدی روشنایی ستاره به وضوح نشان دادند. آن‌ها حتی نشان دادند دمای روز سیاره بیشتر و در حدود ۴۶۰۰ کلوین است و در نتیجه، توزیع گرمایی ضعیفی در سطح سیاره جریان دارد. همچنین، شعاع این سیاره به نسبت آن چه مدل‌های نجومی پیش‌بینی می‌کنند، بزرگ‌تر است و شعاعی در حدود ۱.۹ برابر شعاع سیاره‌ی مشتری دارد. توزیع گرمایی ضعیف و تورم سیاره، از نشانه‌های تابش حرارتی بالای ستاره‌ی مادر هستند، اگرچه مکانیزم دقیق فیزیکی آن همچنان نامشخص است.

خوشبختانه، روشنایی بالای KELT-9 و ویژگی‌های منحصر به فرد سیاره‌ی گذری آن، چشم انداز رصدهای آینده به منظور به دست آوردن مشخصات جزئی‌تر سیاره را امیداورانه می‌کند. در آینده، با رصد این سیستم از طریق تجهیزات روی کره زمین و همچنین تلسکوپ‌های فضایی اسپیتزر، هابل و در نهایت جیمز وب، می‌توان اندازه‌گیری‌های دقیقی از طیف تابش گرمایی سیاره در باندهای طیفی مختلف به دست آورد.

تحولات آینده‌ی سیستم KELT-9 مشخص نیست اما قطعا جالب توجه است. تابش شدید فرابنفش وارده بر سیاره احتمالا به این معناست که جو سیاره به مقدار قابل توجهی از هم پاشیده و ناپدید شده است، و حتی ممکن است در آینده، در حین تحول ستاره‌ی مادر و خروج آن از رشته‌ی اصلی، منجر به نابودی لایه‌ی خارجی سیاره شود. البته باید بدانیم که این فرضیات حتمی نیستند، چراکه فیزیک تبخیر سیارات بسیار پیچیده است.

مطالعات تئوری جزئی‌تری لازم است تا تصویر واضح‌تری از آینده‌ی تحولات سیستم KELT-9 و سیستم‌های مشابه آن به دست آورد. رصدهای آینده قادر خواهند بود تا مدل‌های توزیع گرمایشی، تورم سیاره، نورشیمی^(۱۰) عجیب و روند سریع از هم پاشیدگی^(۱۱) جو سیاره‌ای را به معرض آزمایش بگذارند. سیستم KELT-9 نمونه‌ی بسیار مهمی برای فهم سرنوشت سیارات به دور ستاره‌ی مادر در طول تحول و زندگی ستاره است.