در سال ۱۹۱۶ اخترشناسی به نام ادوارد امرسون برنارد۱ حرکت خاص۲ بسیار زیادی از یک ستاره را در مقایسه با سایر ستارگان کشف کرد. او موفق شد جابجایی زیاد این ستاره را با تصویربرداری متوالی در صورت‌فلکی مارافسای آشکارسازی کند. امروز این ستاره‌ی نسبتا کم‌نور (قدر ظاهری ~ ۹.۵) با نام ستاره‌ی برنارد مشهور است. این ستاره که در فاصله‌ی ۱.۸ پارسک قرار دارد،یک کوتوله‌ی قرمز است. ستاره‌ی برنارد نزدیک‌ترین ستاره‌ی تنها و دومین سیستم ستاره‌ای نزدیک به خورشید است و سن آن کمی بیشتر از خورشید است. با توجه به نزدیک‌بودن این ستاره به خورشید، جرم کم، و هم‌چنین فعالیت مغناطیسی کم این ستاره٬ گروه‌های زیادی از جستجوگران سیارات فراخورشیدی در طی سال‌های اخیر در جستجوی سیاره پیرامون این ستاره به روش‌های مختلف از جمله عکس‌برداری مستقیم٬ مکان‌سنجی، و سرعت‌شعاعی بوده‌اند. این ستاره هم‌چنین تابش به نسبت کمی در طول‌موج پرتو ایکس و سرعت چرخش به دور محور خود کمی دارد. سرانجام گروهی از اخترشناسان بین‌المللی با استفاده از چندین طیف‌سنج وضوح بالا و روش‌های جدید در تحلیل داده، موفق به آشکارسازی یک نشانه‌ی دوره‌ای از وجود یک ابرزمین سرد با دوره‌ی حدود ۲۳۳ روز و دامنه‌ی حرکت‌شعاعی ۱.۲ متربرثانیه شدند. مدل‌سازی‌های مفصل و تحلیل داده‌ها بیان‌گر این است که این نشانه‌ها می‌تواند مربوط به وجود یک سیاره با جرم حداقلی ۳.۲۳ برابر جرم زمین و مداری در فاصله‌ی حدود ۰.۴ واحد نجومی باشد. بدین ترتیب، این منظومه دومین منظومه‌ی فراخورشیدی نزدیک به ما است.
شکل ۱. نتایج نهایی تغییرات سرعت شعاعی در یک دوره‌ی حرکت سیاره به دور ستاره‌ی برنارد. تصویر بالا بهترین برازش مدل سیاره را برای مجموعه‌های مختلف (دایره‌ها) نشان می‌دهد. مربع‌های سیاه‌رنگ، نماینده‌ی متوسط سرعت در بازه‌های ۱۶ روزه در فاز مداری هستند. نمودارهای پایین سری‌های زمانی مشاهدات سرعت شعاعی را نشان می‌دهند. تصویر راست، بزرگ‌شده‌ی نمودار چپ حول مشاهدات CARMENES هستند.
این گروه از اخترشناسان از روش سرعت‌شعاعی جهت آشکارسازی این سیاره استفاده کردهاند (بیشتر بخوانید). به علت جرم کم این سیاره، آشکارسازی آن از روش سرعت‌شعاعی بسیار مشکل است. این گروه از مجموعه‌ای از بهترین آشکارساز‌ها و تلسکوپ‌هادر مدت بیست سال رصد بهره برده‌اند، از جمله می‌توان به طیف سنج‌‌های HARPS و HARPS-N واقع در تلسکوپ‌های ۳.۶ و ۳.۵ متری، طیف سنج HIRES تلسکوپ ۱۰ متری کک، و طیف‌سنج UVES تلسکوپ ۸٫۲ متری و طیف‌سنج CARMENES تلسکوپ ۳.۵ متری اسپانیا اشاره کرد. دقت اندازه‌گیری سرعت شعاعی با استفاده از رصدهای جدید این گروه و داده‌های موجود در آرشیو بین ۰.۹ تا ۱.۸ متر بر ثانیه بوده است.
فعالیت‌های ستاره‌ای از جمله مشکلات و چالش‌های رایج در کشف و مشخصه‌یابی سیارات فراخورشیدی از روش سرعت شعاعی هستند. مناطق فعال مانند لکه‌های ستاره‌ای همراه با چرخش ستاره به دور خود می‌تواند اثراتی مشابه یک سیاره‌ی کم‌جرم در منحنی‌های نوری و سرعت‌شعاعی ستارگان به وجود بیاورد و خطای اندازه‌گیری سرعت شعاعی را نیز افزایش دهد. این گروه با استفاده از این موضوع که دوره‌ی چرخش ستاره‌ی برنارد به دور خودش در حدود ۱۳۰ تا ۱۴۸.۵ روز گزارش شده است استدلال کردهاند که دوره‌ی چرخش سیاره‌ی پشنهادی به این اندازه‌گیری‌ها نزدیک نیست و در نتیجه نمی‌تواند مربوط به حرکت وضعی ستاره و فعالیت‌های ستاره‌ای باشد. آنها هم‌چنین از خطوط جذبی معروف در طیف ستاره در محدوده‌ی اچ‌آلفا و کلسیم٬ برای اندازه‌گیری شدت فعالیت‌های ستاره‌ای استفاده کردهاند و با مقایسه‌ی تغییرات دوره‌ای، شدت فعالیت‌های مغناطیسی و مقایسه با داده‌های نورسنجی دوره‌ی چرخش ستاره به دور خودش را ۱۰±۱۴۰ روز گزارش کردهاند که هم‌چنان از دوره‌ی چرخش سیاره‌ی پیشنهادی فاصله دارد.
علاوه بر سیگنالی که در دوره‌ی ۲۲۳ روز آشکارسازی شده است٬ این گروه یک سیگنال در دوره‌ی ۱۸۹۰ روز را نیز گزارش کردهاند که با درنظرگرفتن مدل‌سازی‌های خطاهای رایج اندازه‌گیری سرعت شعاعی و هم‌چنین اثرات مربوط به فعالیت‌های ستاره و خطا در استفاده از طیف‌سنج‌های مختلف قابل توجیه نیست و می‌تواند مربوط به یک سیاره‌ی دیگر باشد. در تصویر ۱، نتایج نهایی تغییرات سرعت شعاعی در یک دوره‌ی حرکت سیاره به دور ستاره‌ی برنارد نشان داده است. این نتایج با استفاده از بیش از هفتصد اندازه‌گیری سرعت شعاعی با طیف‌سنج‌های مختلف و میانگین‌گیری نقاط به دست آمده‌اند. رنگ‌ها مشخص‌کننده‌ی اندازه‌گیری‌های سرعت شعاعی هستند. منحنی سیاه رنگ٬ بهترین برازش مدل سیاره را نشان می‌دهد. در این تصویر نمودار بالا٬ مربوط به برهم‌نهی داده‌ها در یک دوره‌ی چرخش سیاره به دور ستاره است و منحنی‌های پایین داده‌ها را در کل بازه‌ی زمانی مشخص می‌کند.
شکل ۲. مشخصات سیاره و ستاره‌ی میزبان پس از تحلیل‌های رصدی و مدل‌سازی‌ها.
از رویکرد‌های مهم در آشکارسازی سیارات فراخورشیدی٬ تمرکز کشف سیارات در ستارگان کم جرم و کوتوله است. جرم کم ستارگان کوتوله٬ باعث افزایش اثر گرانشی سیاره می‌شود و آشکارسازی سیارات کم‌جرم را در روش سرعت شعاعی ساده‌تر می‌کند. هم‌چنین کمربند موسوم به حیات در ستارگان کوتوله در فاصله‌ی کمتری از آنها قرار دارد و سیارات در دوره‌ی چرخش کوتاه‌تری در این کمربند قرار می‌گیرند و از این جهت نیز سیاره در رصدهای کوتاه مدت٬ ساده‌تر قابل آشکارسازی خواهد بود. در نتیجه در طی سال‌های اخیر تمرکز ویژه‌ای به موضوع کشف سیارات فراخورشیدی در ستارگان کوتوله شده است. ولی این گونه از ستارگان دارای تابش کمتری در طول موج مرئی هستند و عمده‌ی تابش و خطوط طیفی مفید و مناسب آنها جهت اندازه‌گیری‌های سرعت شعاعی در قسمت فروسرخ طیف آنها قرار می‌گیرد. به همین منظور طیف‌سنج‌هایی جهت ثبت طیف ستارگان در طول موج فروسرخ و اندازه‌گیری سرعت شعاعی آنها با دقت بالا طراحی شده است. از جمله‌ی جدید‌ترین این طیف‌سنج‌ها می‌بایست به طیف‌سنج CARMENES اشاره کرد. این گروه رصدهای نهایی خود را متمرکز بر داده‌های این طیف‌سنج قرار داده‌اند. در شکل ۱ در نمودار پایین سمت راست آخرین داده‌های سرعت شعاعی که با این طیف‌سنج اندازه‌گیری شده است با رنگ قرمز نشان داده شده است. در جدول ۱ مشخصات این سیاره و ستاره‌ی میزبان پس از تحلیل‌های رصدی و مدل‌سازی‌ها ارایه شده است.
با توجه به نزدیکی این منظومه به خورشید و فاصله‌ی حداکثری ۰.۲۲۰ ثانیه‌ی قوسی سیاره از ستاره‌ی برنارد٬ این منظومه نامزد مناسبی جهت آشکارسازی از روش عکس‌برداری مستقیم و روش مکان‌سنجی است. علاوه بر اهمیت کشف سیارات نزدیک به منظومه‌ی شمسی نتایج این پروژه، پیچیدگی آشکارسازی و تایید سیارات فراخوشیدی کم‌جرم را نشان می‌دهد که حتی در نزدیک‌ترین ستارگان و با استفاده از بزرگ‌ترین تلسکو‌پ‌ها آشکارسازی سیارت فراخورشیدی با چالش‌های بسیار همراه است.
۱) E. E. Barnard
۲)Proper motion
عنوان اصلی مقاله: A super-Earth planet candidate orbiting at the snow-line of Barnard’s star
نویسندگان: I. Ribas, et al
این مقاله در نشریه‌ی Nature منتشر شده است.
لینک مقاله‌ی اصلی:
https://www.nature.com/articles/s41586-018-0677-y
https://arxiv.org/pdf/1811.05955.pdf
گردآوری: سعید حجت‌پناه
