دانشمندان تصویری سرد از مرگ آیندهٔ خورشید را افشا کردند
بهترین روش برای شناخت ترکیب یک سیارهٔ فراسیری چیست؟ طبیعتاً منتظر باشید تا توسط گرانش ستاره‌اش پاره‌پاره و بلعیده شود!
ستاره‌شناسانی که با استفاده از رصدخانهٔ W. M. Keck در ماونا کیا، هاوایی، این صحنهٔ ترسناک خوردن ستارگان را مشاهده کرده‌اند: یک ستارهٔ مرده شبیه خورشید که باقیماندههای سیارۀ شکست‌خورده‌اش را می‌بلعد – بیش از ۳ میلیارد سال پس از تبدیل آن به ستارهٔ کوتوله سفید.
این نابودی دیرهنگام بیش از حد شگفت‌انگیز است؛ آن «چالش‌برانگیز» درک ما از تکامل سامانه‌های سیاره‌ای می‌باشد، به گفتهٔ فیزیک‌دانی نجومی اِریکا لو بوردِه از دانشگاه مونترال در کانادا، نویسندهٔ اول این مقاله.
مرتبط: این سیارهٔ ذوب‌شده ردپایی از ویرانی به طول ۵ میلیون مایل به‌جا گذاشت
این کشف همچنین نگاهی سرد به آنچه ممکن است در سامانهٔ شمسی‌مان در آیندهٔ بیش از ۵ میلیارد ساله رخ دهد، فراهم می‌کند؛ زمانی که خورشید لایه‌های بیرونی‌اش را به فضا می‌فرستد و به یک تکینۀ کیهانی سرد یا به یک ستارهٔ کوتوله سفید تبدیل می‌شود.
مهم‌ترین نکته این است که پژوهشگران حضور ۱۳ عنصر سنگین را در فوتوسفر این ستارهٔ کوتوله سفید کشف کردند. این بالاترین تعداد ثبت‌شده برای یک ستارهٔ کوتوله سفید غنی از هیدروژن است که باقیماندههای پاره‌پاره یک سیارهٔ باستانی را نشان می‌دهد؛ سیاره‌ای که حداقل ۲۰۰ کیلومتر (۱۲۰ مایل) عرض داشته و قشر سنگی و هستهٔ فلزی داشته است – مشابه زمین.
ستارهٔ کوتوله سفید مورد بحث با نام LSPM J0207+3331 شناخته می‌شود و در فاصلهٔ ۱۴۵ سال نوری از زمین، در صورت‌فلکی مثلث قرار دارد.
کشف این‌همه عنصر سنگین در یک ستارهٔ کوتوله سفید سرد و غنی از هیدروژن غیرمنتظره بود، همان‌طور که لو بوردِه توضیح می‌دهد: «فضای این ستارگان بیشتر ناسازگار است و عناصر سنگین به‌سرعت به سمت هستهٔ ستاره می‌نشینند. ما انتظار داشتیم فقط چند عنصر مشاهده کنیم.»
در مقابل، این عناصر در ستاره‌های کوتوله سفید گرمتر و غنی از هلیوم شناسایی آسان‌تری دارند؛ زیرا هلیوم شفافیت بیشتری دارد و عناصر زمان طولانی‌تری برای فرو رفتن به عمق جو صرف می‌کنند؛ به‌طوری که این زمان به مقیاس میلیون‌ها سال می‌رسد، در حالی که برای یک ستارهٔ کوتوله سفید سرد و مملو از هیدروژن این فرایند تنها چند روز طول می‌کشد.
اما ستاره‌های کوتوله سفید غنی از هیدروژن به‌وفور وجود دارند و بخش عظیم ستارگان مرده شبیه خورشید را تشکیل می‌دهند. این‌ها همچنین از قدیم‌ترین ستارگان در راه شیری به‌شمار می‌آیند. بنابراین، این مطالعه رویکردی نوین برای تحلیل تکامل طولانی‌مدت سیارات کهن در اطراف ستارگان (مرده) مشابه خودمان ارائه می‌دهد.
به‌دلیل شاید به‌صورت کنایه‌آمیز، این ستاره‌های کوتوله سفید می‌توانند ترکیب سیارات فراسیری را به‌وسیلهٔ نابودی‌شان به‌طور منحصر به‌فردی آشکار سازند. جزئیات سیاره‌ای مانند ترکیب شیمیایی و هستهٔ سنگی برای مشاهدات مستقیم در دسترس نیستند. اما هنگامی که یک سیاره توسط ستارهٔ کوتوله سفید خود بلعیده می‌شود، عناصر آن ردپای شیمیایی آشکاری در جو هیدروژن پیش‌نقلی ستاره باقی می‌گذارند.
به‌عنوان نتیجه‌گیری، پژوهشگران دریافتند که سیارهٔ نابودشده دارای نسبت جرم هسته بسیار بالایی تقریباً ۵۵ درصد است. این اندازه‌گیری نشان می‌دهد که هستهٔ یک سیاره بخش قابل‌توجهی از جرم کل آن را تشکیل می‌دهد. برای مقایسه، نسبت جرم هستهٔ عطارد بسیار بالا و حدود ۷۰ درصد است، در حالی که برای زمین این مقدار حدود ۳۲ درصد می‌باشد.
این مطالعه همچنین نشان‌دهندهٔ تنوع بی‌پایان سامانه‌های سیاره‌ای است.
«چیزی واضحاً این سامانه را مدت‌ها پس از مرگ ستاره مختل کرد»، می‌گوید جان دبز، ستاره‌شناس مرکز علم‌سنجی تلسکوپ فضایی در بالتیمور و یکی از نویسندگان مشارکتی این تحقیق.
مکانیک دقیق هنوز به‌صورت رمزآلود باقی مانده است. هنگامی که ستارگان پیر می‌شوند، می‌میرند و جرم خود را از دست می‌دهند، می‌توانند مدارهای سیارات و سایر اجسام پیرامونشان را ناپایدار کنند. به‌علاوه، سیارۀ پاره‌شده ممکن است تحت تأثیر گرانشی سیارات دیگر سامانه قرار گرفته باشد. این ناپایداری دیرهنگام «می‌تواند نشانگر فرآیندهای دینامیکی طولانی‌مدتی باشد که هنوز به‌طور کامل درک نکرده‌ایم»، به‌نظر می‌رسد که دبز افزود.
در مسیر آینده، دانشمندان امید دارند سرنخ‌های بیشتری بیابند تا تشخیص دهند آیا نابودی سیاره به دلیل تأثیر سیاراتی به‌اندازهٔ مشتری اتفاق افتاده است که می‌توانند سیارات کوچکتر را به سمت فاجعه هدایت کنند یا خیر. با این حال، این «جویپرهای» احتمالی بیگانگان به‌دلیل دماهای کم و فاصلهٔ زیاد از ستارهٔ کوتوله سفید، کشفشان دشوار است.
با این وجود، حضور آن‌ها می‌تواند با استفاده از داده‌های آرشیوی تلسکوپ فضایی Gaia که توسط آژانس فضایی اروپا (ESA) بازنشسته شده است، شناسایی شود. همراه با مشاهدات مادون‌قرمز از تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا، این داده‌های تکمیلی می‌توانند عامل (یا عوامل) این صحنهٔ جنایی کیهانی، که سه میلیارد سال طول کشیده، را شناسایی کرده و رازهای تکامل چند سیاره‌ای در سامانه‌های «مرده» دیگر در سرتاسر جهان را فاش کنند.
در نهایت، تحلیل ترکیب دیگر جهان‌هایی که توسط ستاره‌های کوتوله سفید نابود شده‌اند، به ستاره‌شناسان این امکان را می‌دهد که «تشکیل و تکامل سیارات فراسیری در مقیاس کهکشانی» را آزمایش کرده و رازهای نحوهٔ شکل‌گیری، رشد و نابودی جهان‌های بیگانه (از جمله سیارات شبیه به زمین) را کشف کنند.
این تحقیق در The Astrophysical Journal منتشر شده است.