کشف سیاره زمین-مانند در کمربند حیات

0 0 0 0

توسط آیرین شیوایی , 20 آوریل 2014

تصویر ۱: تصویر خیالی از یک منظومه فراخورشیدی.
Image credit: Mark Garlick, space-art.co.uk

در سالهای اخیر، پیدا کردن سیارات زمین‌-مانند مرکز توجه پژوهشهای سیارات فراخورشیدی بوده است. گرچه تاکنون سیاراتی که به اندازه زمین یا حتی کوچکتر باشند کشف شده‌اند، اما کشف سیاره زمین-مانندی که در کمربند حیات ستاره‌ای مانند خورشید باشد، همچنان موضوع مورد بحث پژوهشگران است.

در این مقاله، برای نخستین بار کشف سیاره زمین-مانندی که در کمربند حیات ستاره مادرش قرار دارد، گزارش شده است. این سیاره که کِپلر-۱۸۶f نام دارد، با داده‌های تلسکوپ فضایی کپلر کشف شده است.

تاکنون چندین سیاره که در کمربند حیات ستاره‌شان قرار دارند، کشف شده‌اند. کمربند حیات، نواری به دور ستاره است که اگر سیاره‌ای در آن وجود داشته باشد، امکان وجود آب به حالت مایع بر سطحش وجود دارد. بیشتر سیارات کشف شده در کمربند حیات، سیارات غول گازی هستند. در این میان، معدودی از این سیارات کشف شده که سنگی هستند، شعاعی بزرگتر از زمین دارند.

تصویر ۲: در این تصویر منحنی‌های نوری پنج سیاره منظومه کپلر-۱۸۶ نمایش داده شده است. محور افقی زمان را نشان می‌دهد.
نقاط سیاه، داده‌های رصدی هستند و دایره‌های آبی، میانگین داده‌های رصدی در بازه‌های زمانی. محتمل‌ترین گذر با خط قرمز نشان داده شده است.

ستاره مادر سیاره تازه کشف شده، یک ستاره نوع M است. این ستاره‌ها دما، جرم و درخشندگی کمتری از خورشید ما دارند و به همین علت یافتن سیاره کوچکی که به اندازه زمین باشد، در فاصله کمربند حیات آنها ساده‌تر است. از طرف دیگر، این ستاره‌ها بسیار فراوان هستند و حدود سه چهارم ستاره‌های رشته اصلی را در کهکشان ما تشکیل می‌دهند. درخشندگی این ستاره‌ها نیز بسیار به آرامی تغییر می‌کند و در نتیجه مکان کمربند حیاتشان برای میلیاردها سال ثابت می‌ماند. همه اینها کمک می‌کند که پیدا کردن سیاره‌ای با اندازه‌ای نزدیک به زمین، در اطراف این ستاره‌ها محتمل‌تر باشد.

تلسکوپ کپلر، ستاره کپلر-۱۸۶ را هر ۲۹/۴ دقیقه رصد می‌کند. پیش از این چهار سیاره به نامهای کپلر-۱۸۶b تا کپلر-۱۸۶e، با شعاعهایی کوچکتر از ۱/۵ برابر شعاع زمین، با داده‌های دو سال اول کپلر کشف شده بودند. سیاره پنجم به نام کپلر-۱۸۶f که در این مقاله مطرح شده است، با اضافه کردن یک سال داده بیشتر، کشف شده است. همه این سیارات با روش گذر کشف شده‌اند. در این روش، درخشندگی ستاره مادر در بازه‌های متوالی اندازه‌گیری می‌شود. گذرهای سیارات از مقابل ستاره‌شان، موجب تغییرات تناوبی در شدت درخشندگی ستاره می‌شود. در تصویر (۲) می‌توانید نمودار گذر پنج سیاره منظومه کپلر-۱۸۶ را از مقابل ستاره‌شان ببینید.

اما داستان به اینجا ختم نمی‌شود. پس از کشف اولیه یک سیاره فراخورشیدی، باید احتمال شرایط دیگری که منجر به رصد منحنی‌های نوری مشابه می‌شوند، بررسی شود. در صورت رد شدن آنها، کشف سیاره فراخورشیدی تایید می‌شود. از جمله این شرایط مشابه، وجود یک منظومه ستاره‌ای دوتایی گرفتی در پشت ستاره مورد نظر است. گرچه منظومه دوتایی فاصله فضایی دورتری از ستاره مورد نظر ما دارد و کم‌نورتر است، اما از زاویه دید تلسکوپ کپلر تفکیک آنها غیر ممکن است و در نتیجه گرفتهای آن ممکن است با تغییرات نوری ستاره اشتباه گرفته شود. برای بررسی این شرایط، مولفان این مقاله، ستاره کپلر-۱۸۶ را با تلسکوپهای زمینی کک-۲ و جمینی شمالی رصد کردند و هیچ منبع نوری‌ای در نزدیکی کپلر-۱۸۶ پیدا نکردند. با این شرایط، احتمال اینکه منظومه ستاره‌ای گرفتی یا منظومه سیاره‌ای دیگری در پس‌زمینه ستاره کپلر-۱۸۶ باشد، فقط ۰/۵ درصد این است که سیاره‌ای در حال گردش به دور ستاره باشد.

احتمال دیگری که باید بررسی شود این است که کپلر-۱۸۶ خودش یک ستاره دوتایی باشد، و سیاره جدید در حال گردش به دور ستاره همدم باشد. از آنجایی که چنین همدمی رصد نشده است، با توجه به فاصله ستاره از ما، فاصله این همدم فرضی از ستاره اصلی باید کمتر از ۴/۲ واحد نجومی* باشد. از طرف دیگر، فاصله‌اش باید بیشتر از ۱/۴ واحد نجومی باشد تا موجب اختلال مداری سیارات نشود. احتمال اینکه ستاره‌ همدمی در این فاصله از ستاره اصلی قرار داشته باشد و سیاره دور آن بگردد، در مقایسه با آنکه سیاره به دور ستاره کپلر-۱۸۶ بگردد، بسیار کم است (کمتر از ۰/۰۲ درصد). به این ترتیب، کشف سیاره جدید تایید می‌شود.

تصویر ۳:
چپ: مدارهای پنج سیاره منظومه کپلر-۱۸۶.
راست: فاصله سیاره‌ها از ستاره مادرشان برای منظومه کپلر-۱۸۶، منظومه شمسی، و منظومه گلیس-۵۸۱. نوار طوسی محدوده کمربند حیات را برای هر منظومه نشان می‌دهد. منظومه گلیس-۵۸۱ یکی دیگر از منظومه‌هایی است که در آن سیاره‌ای در کمربند حیات کشف شده است، اما این سیاره بزرگتر از زمین است.
در این نمودارها، اندازه سیارات در مقایسه با هم، به مقیاس کشیده شده‌اند. اما اندازه آنها با فاصله مداریشان به مقیاس نیست.

بنابر نظریه‌های موجود، بسیار نامحتمل است که سیاره‌های کوچکتر از ۱/۵ برابر شعاع زمین، جو هیدروژن و هلیوم داشته باشند، چون احتمالا در ابتدای پیدایش منظومه، تابش شدید فرابنفش جو آنها را از بین برده است. سیاره کپلر-۱۸۶f ممکن است ترکیبی از آهن، سیلیکون، و آب داشته باشد. به این ترتیب، اگر سیاره کاملا از آب و یخ آب تشکیل شده باشد، جرم آن ۰/۳۲ جرم زمین، و اگر کاملا از آهن باشد ۳/۷۷ برابر جرم زمین خواهد بود.  جرم کپلر-۱۸۶f با ترکیبی مانند سیاره زمین (یک سوم آهن و دو سوم سیلیکون)، ۱/۴۴ برابر جرم زمین خواهد بود.

سیاره کپلر-۱۸۶f در لبه بیرونی کمربند حیات ستاره‌اش قرار دارد که موجب می‌شود احتمال به وجود آمدن و باقی ماندن مولکول آب در این سیاره افزایش پیدا کند. مکان این سیاره را به گرد ستاره مادرش می‌توانید در تصویر (۳) ببینید.

بنابر این بررسی‌ها، بسیار محتمل است که سیاره تازه کشف‌شده‌ کپلر-۱۸۶f، ویژگی‌های لازم برای در بر داشتن منابع آب مایع را داشته باشد.

* یک واحد نجومی برابر فاصله میانگین زمین تا خورشید است.

عنوان اصلی مقاله:
An Earth-Sized Planet in the Habitable Zone of a Cool Star
نویسندگان:
Elisa Quintana, Thomas Barclay, Sean Raymond, et al
این مقاله در مجله Science منتشر شده است.
لینک مقاله‌ اصلی: http://www.sciencemag.org/content/344/6181/277.abstract

گردآوری: آیرین شیوایی