گذر سیاره‌ی کوچک از جلوی یک کوتوله‌ی سفید

0 0 0 0

توسط آزاده کیوانی , 26 اکتبر 2015

کوتوله‌های سفید، آخرین مرحله‌‌ی تحول اکثر ستاره‌ها (مانند خورشید) هستند. بین ۲۵ تا ۵۰ درصد کوتوله‌های سفید در جو خود عناصری سنگین‌تر از هلیوم دارند، هرچند انتظار می‌رود که این عناصر سنگین به سرعت به بخش‌های درونی‌تر ستاره بپیوندند. نسبت فراوانی عناصر سنگین به هیدروژن در کوتوله‌های سفید مانند اجرام سنگی در منظومه‌ی شمسی است. این نسبت و هم‌چنین وجود قرص‌های باقی‌مانده‌ی گردوغباری^۱ گرم، که در اطراف حدود ۴٪ کوتوله‌های سفید وجود دارند، نشان می‌دهند که احتمالا این باقی‌مانده‌های سنگی که از منظومه‌های سیاره‌ای ستاره‌ی اولیه‌ برجا مانده‌اند، هرازچندگاهی جو ستاره را آلوده می‌کنند. اما تاکنون این فرآیند پخش‌شدن مواد سیاره‌ای مشاهده نشده بود. در این مقاله، مشاهده‌ی گذر حداقل یک خردسیاره‌ی از‌هم‌پاشیده^۲ از مقابل یک کوتوله‌ی سفید گزارش شده است. دوره‌ی تناوب این گذرها بین ۴.۵ تا ۴.۹ ساعت برآورد شده است. این کوتوله‌ی سفید یک قرص گردوغباری دارد و طیف ستاره، خطوط عناصر سنگین مانند منیزیوم، آلومینیوم، سیلیکون، کلسیم، آهن، و نیکل را نشان می‌دهد. این مجموعه نشان می‌دهد که آلودگی عناصر سنگین در کوتوله‌های سفید می‌تواند از اجرام سنگی مختل‌شده مانند سیارک‌ها یا سیاره‌های کوچک ناشی شده باشد.

شکل ۱. منحنی نوری شش دوره‌تناوب مشاهده‌شده در داده‌های کپلر از یک کوتوله‌ی سفید. تصاویر b تا g برحسب اهمیت سیگنال دریافتی هستند.

نام کوتوله‌ی سفیدی که در این مقاله بررسی شده است WD 1145+017 است که با تلسکوپ فضایی کپلر رصد شده است. بررسی منحنی نوری این ستاره، یک سیگنال شبه گذر با دوره‌ی تناوب ۴.۵ ساعت و ۵ سیگنال ضعیف‌تر با دوره‌ی تناوب‌های بین ۴.۵ تا ۵ ساعت را نشان داده است (شکل ۱). مشاهده‌ی دقیقِ قوی‌ترین سیگنال، در بازه‌ای ۸۰ روزه، تغییرات زیادی را در عمق و شکل گذرها نشان می‌دهد (شکل ۲).

شکل ۲. تحول منحنی نوری گذر طی ۸۰ روز مشاهده.

علاوه بر این مشاهدات، نورسنجی‌های مختلفی نیز توسط تلسکوپ‌های زمینی انجام شده است تا زمان گذرها دقیق‌تر اندازه‌گیری شوند. این کوتوله‌ی سفید، حدود یک ماه با چندین تلسکوپ رصد شده است که عبارتند از: تلسکوپ ۱.۲ متری در رصدخانه‌ی FLWO در ایالت آریزونا، یکی از تلسکوپ‌های ۰.۷ متری MINERVA در FLWO، و چهار تلسکوپ ۰.۴ متری از آرایه‌ی هشت‌تایی MEarth-South در شیلی. اکثر این داده‌ها هیچ سیگنال جالبی را نشان نداده‌اند. اما در دو شب رصدی، گذرهای نامتقارن عمیق با مدت زمان کوتاه (حدود ۵ دقیقه) مشاهده شدند که در فاصله‌ی زمانی ۴.۵ ساعت از هم قرار داشتند (شکل ۳). اما این گذرها با زمان‌های پیش‌بینی‌شده توسط مشاهدات کپلر مطابقت ندارند. هم‌چنین مدت زمان گذر اندازه‌گیری‌شده از مدت زمانی که یک جسم صلب از مقابل کوتوله‌ی سفید عبور کند (حدود ۱ دقیقه)، بیشتر است. در نتیجه، مولفان این مقاله، این رویدادها را گذرهایی مختص کوتوله‌های سفید می‌دانند.

محققان این مقاله، هم‌چنین طیف‌سنجی‌های دقیق انجام داده‌اند و به این نتیجه رسیده‌اند که جرم همراهان بیش از ۱۰ برابر جرم مشتری نمی‌تواند باشد. طیف‌سنجی هم‌چنین نشان می‌دهد که جو کوتوله‌ی سفید شامل منیزیم، آلومینیوم، سیلیکون، کلسیم، آهن و نیکل است.

شکل ۳. منحنی‌های نوری گذر که توسط تلسکوپ‌های زمینی اندازه‌گیری شده‌اند. نمودار بالا دو رویدادی را نشان می‌دهند که در FLWO با فاصله‌ی ۴.۵ ساعتی مشاهده شده‌اند. اولی با آبی و دومی با نارنجی نشان داده شده است. نمودار پایین،‌دو رویدادی که توسط MEarth-South با فاصله‌ی ۴.۵ ساعتی رخ داده‌اند را نشان می‌دهد. اولی با آبی و دومی سبز نشان داده شده است.

تحلیلی که محققان این مقاله از مشاهدات به‌دست‌آمده انجام می‌دهند این است که حداقل یک (و حتی شاید شش یا بیشتر) خردسیاره‌ی ازهم‌پاشیده از مقابل کوتوله‌ی سفید گذر می‌کند. تاکنون سیارات ازهم‌پاشیده که از مقابل ستاره‌های رشته‌ی اصلی عبور می‌کنند، مشاهده شده‌اند و ویژگی‌های خاصی از خود نشان داده‌اند که در این مشاهدات نیز دیده شده‌اند، از جمله شاخص گذری نامتقارن و عمق گذر متغیر. این سیارات ازهم‌پاشیده‌ای که قبلا رصد شده‌اند، به نظر می‌آید که توسط ستاره‌ی داغ، گرم شده‌اند و مقداری از جرم خود را از دست داده‌اند. در این مقاله پیشنهاد می‌شود که هر کدام از تناوب‌های مشاهده‌شده می‌تواند حاصل گذر خردسیاره‌ها یا چند قطعه از یک سیاره‌ی کوچک باشند. هرکدام از این خردسیاره‌ها می‌تواند بادهایی از گاز فلزی ساطع کند که درنهایت در ابرهای گردوغبار جمع شوند و متناوبا نور رسیده از کوتوله‌ی سفید را سد کنند.

شبیه‌سازی‌های انجام‌شده نشان می‌دهند که این خردسیاره‌ها باید سنگی باشند چرا که اجرام گازی، منطقه‌ی رُش خود را زود پر می‌کنند و هم‌چنین این اجرام چگالی بیشتر از ۲ گرم بر سانتی‌متر مکعب دارند.

مشاهدات مطرح‌شده در این مقاله، به خصوص رصد عناصر سنگین کوتوله‌ی سفید، شواهد مبنی بر وجود قرص باقی‌مانده‌ی گردوغباری گرم، و گذرهای خردسیاره‌های ازهم‌پاشیده، با سناریوی مطرح‌شده در دهه‌ی اخیر مبنی بر این‌که مدارهای اجرام سنگی هرازچندگاهی دچار اختلال شده و از نزدیکی کوتوله‌های سفید عبور می‌کنند و منجر به ریزش باقی‌مانده‌ها در سطح ستاره می‌شود، سازگار است. مشاهدات نشان داده‌اند که این سناریو می‌تواند بین کوتوله‌های سفید بسیار شایع باشد، چرا که عناصر سنگین در ۲۵ تا ۵۰ درصد کوتوله‌های سفید دیده شده است. این مشاهده، نشان می‌دهد که خردسیاره‌های ازهم‌پاشیده نیز می‌تواند رایج باشد. گذرهای WD 1145+017 شواهدی بر وجود اجرام ازهم‌پاشیده‌ی سنگی حول کوتوله‌ی سفید را نشان می‌دهند و ایده‌ی مدل برافزایشی خردسیاره‌ها را تایید می‌کند.