وب ناسا سیاره فراخورشیدی را مشاهده می‌کند که ترکیب شیمیایی‌اش توضیح‌ناپذیر است

تصویر مفهومی، علامت‌گذاری در گوشهٔ پایین سمت راست. در گوشهٔ پایین سمت چپ، یک سیاره فراخورشیدی نیمه‌نورانی به شکل لیمویی بر پس‌زمینهٔ سیاه ظاهر می‌شود. این سیاره در نوک طولانی سمت راستش بیشترین روشنایی را دارد. سمت چپ، که پهن‌تر است، به تاریکی پس‌زمینه می‌گریزد. رنگ سیاره ترکیبی از سایه‌های متغیر قرمز، صورتی روشن و فیوشیاست؛ بیشترین صورتی در نزدیکی نوک و بیشترین فیوشیا در لبه‌های بالایی و پایینی دیده می‌شود. در گوشهٔ بالا سمت راست، پرتو سفیدی به‌صورت قطری از ساعت ۱۰ تا ساعت ۴ از هر دو طرف یک ستارهٔ سفید کوچک ساطع می‌شود. — این تصویر مفهومی نشان می‌دهد که سیاره فراخورشیدی به نام PSR J2322‑2650b (سمت چپ) هنگام گردش دور یک ستاره نوترونی سریع‌چرخان (پالسار) (سمت راست) چه شکلی می‌تواند داشته باشد. اعتبار: تصویر: NASA، ESA، CSA، رالف کراوفورد (STScI)

عکس پرتره تیم مأموریت وب ناسا — تیم مأموریت وب ناسا

مرکز پرواز فضایی گودارد

دانشمندانی که از تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا بهره می‌برند، نوع نادری از سیاره فراخورشیدی (یعنی سیاره‌ای خارج از منظومه شمسی ما) را مشاهده کردند که ترکیب جوی آن، درک ما از چگونگی پیدایش آن را به چالش می‌کشد.

این جسم که به‌صورت رسمی با نام PSR J2322‑2650b شناخته می‌شود، جرمش معادل مشتری است و به‌نظر می‌رسد جو حاکم بر آن عمدتاً از هِل و کربن تشکیل شده باشد؛ ترکیبی که تا به‌حال هیچ‌نقطه‌ای مشاهده نکرده‌ایم. ابرهای زغالی احتمالاً در جو شناورند و در عمق سیاره این ابرهای کربنی می‌توانند متراکم شده و به الماس تبدیل شوند. شکل‌گیری این سیاره هنوز معماست. این مقاله روز سه‌شنبه در نشریه The Astrophysical Journal Letters منتشر شد.

«این یک شگفتی کامل بود»، پیتر گاو، هم‌نویسندهٔ این مطالعه که در آزمایشگاه زمین و سیارات کارنگی در واشنگتن کار می‌کند، گفت. «به‌یاد می‌آورم پس از دریافت داده‌ها، واکنش جمعی‌مان این بود: «این到底 چه چیزی است؟». این بسیار متفاوت از انتظار ما بود.»

«سیاره در مدار ستاره‌ای می‌چرخد که کاملاً عجیب است — جرمش برابر خورشید اما اندازه‌اش شبیه به یک شهر است»، مایکل ژانگ، پژوهشگر ارشد از دانشگاه شیکاگو که رهبر این مطالعه است، گفت. «این نوع جدیدی از جو سیاره است که هیچ‌کس پیش از این ندیده است. به‌جای یافتن مولکول‌های معمولی که انتظار می‌رفت روی یک سیاره فراخورشیدی ببینیم — مثل آب، متان و دی‌اکسید کربن — ما کربن مولکولی، به‌ویژه C₃ و C₂، مشاهده کردیم.»

کربن مولکولی بسیار غیرعادی است؛ زیرا در این دماها، اگر هر نوع دیگری از اتم‌ها در جو حضور داشته باشند، کربن به آن‌ها پیوند می‌زند. (دمای سطح این سیاره بین ۱۲۰۰ درجه فارنهایت در سردترین نقاط طرف شب و ۳۷۰۰ درجه فارنهایت در گرم‌ترین نقاط طرف روز متغیر است.) کربن مولکولی فقط زمانی غالب است که تقریباً تمام اکسیژن یا نیتروژن غایب باشد. از حدود ۱۵۰ سیاره‌ای که اخترشناسان بررسی کرده‌اند، هیچ‌کدام کربن مولکولی قابل تشخیص ندارند.

PSR J2322‑2650b به‌طور شگفت‌انگیزی به ستاره‌اش نزدیک است — تنها یک میلیون مایل فاصله دارد. در مقایسه، فاصلهٔ زمین از خورشید حدود صد میلیون مایل است. به‌دلیل مدار بسیار فشردهٔ این سیاره، کل یک سال (مدتی که برای یک‌بار چرخش کامل حول ستاره می‌برد) فقط ۷٫۸ ساعت است. نیروی گرانشی پالسار بسیار سنگین‌تر این سیارهٔ با جرم معادل مشتری را به شکل لیمویی عجیب می‌کشد.

تصویر A: سیاره فراخورشیدی PSR J2322‑2650b و پالسار (تصویر مفهومی)

این جسم سیاره‌مانند که جرمش معادل مشتری است، به‌عنوان یک سیاره‌بیگانگی شناخته می‌شود که به دور یک پالسار — یک ستاره نوترونی سریع‌چرخان — می‌چرخد.

پالسار میلی‌ثانیه‌ای پیش‌بینی می‌شود که عمدتاً پرتوهای گاما و دیگر ذرات پرانرژی انتشار دهد، که برای دوربین مادون‌قرمز وب نامرئی هستند. از آنجا که ستارهٔ روشن در مسیر دید نیست، دانشمندان می‌توانند تمام مدار سیاره را با جزئیات دقیق مطالعه کنند.

«این سامانه منحصربه‌فرد است زیرا ما می‌توانیم سیاره را که با ستارهٔ میزبان خود روشن می‌شود، ببینیم، اما ستارهٔ میزبان را به‌طور کامل نمی‌بینیم»، مایا بلزنای، دانشجوی دکتری سال سوم در دانشگاه استنفورد، که به مدل‌سازی شکل سیاره و هندسهٔ مدار آن پرداخته است، گفت. «از این رو ما یک طیف بسیار خالص به‌دست می‌آوریم و می‌توانیم این سامانه را دقیق‌تر از سیارات فراخورشیدی معمولی بررسی کنیم.»

«سیاره در مدار ستاره‌ای می‌چرخد که کاملاً عجیب است — جرمش برابر خورشید اما اندازه‌اش شبیه به یک شهر است»، مایکل ژانگ، پژوهشگر ارشد از دانشگاه شیکاگو که رهبر این مطالعه است، گفت. «این نوع جدیدی از جو سیاره است که هیچ‌کس پیش از این ندیده است. به‌جای یافتن مولکول‌های معمولی که انتظاری در یک سیاره فراخورشیدی داریم — مانند آب، متان و دی‌اکسید کربن — ما کربن مولکولی، به‌ویژه C₃ و C₂، مشاهده کردیم.»

کربن مولکولی بسیار غیرعادی است؛ زیرا در این دماها، اگر هر نوع دیگری از اتم‌ها در جو حضور داشته باشند، کربن به آن‌ها پیوند می‌زند. (دمای سطح این سیاره بین ۱۲۰۰ درجه فارنهای‌ت در سردترین نقاط طرف شب و ۳۷۰۰ درجه فارنهای‌ت در گرم‌ترین نقاط طرف روز متغیر است.) کربن مولکولی فقط زمانی غالب است که تقریباً تمام اکسیژن یا نیتروژن غایب باشد. از حدود ۱۵۰ سیاره‌ای که اخترشناسان بررسی کرده‌اند، هیچ‌کدام کربن مولکولی قابل تشخیص ندارند.

تصویر B: سیاره فراخورشیدی PSR J2322‑2650b (تصویر مفهومی)

قسمتی از یک سیاره نیمه‌نورانی به شکل لیمویی بر پس‌زمینهٔ سیاه ظاهر می‌شود؛ روشن‌ترین نقطه در نوک طولانی سمت راست می‌درخشد. سمت چپ، که پهن‌تر است، به سمت تاریکی پس‌زمینه می‌گریزد. رنگ سیاره ترکیبی از سایه‌های متغیر قرمز، صورتی روشن و فیوشیاست؛ بیشترین صورتی نزدیک به نوک، بیشترین فیوشیا در لبه‌های بالایی و پایینی وجود دارد. — این تصویر مفهومی نشان می‌دهد که سیاره فراخورشیدی PSR J2322‑2650b چه شکلی می‌تواند داشته باشد. نیروی گرانشی پالسار بسیار سنگین‌تر این جهان با جرم معادل مشتری را به شکل لیمویی عجیب می‌کشد. تصویر: NASA، ESA، CSA، رالف کراوفورد (STScI)

در مجموع، ستاره و سیاره فراخورشیدی می‌توانند به‌عنوان سامانه‌ای «بیوه سیاه» محسوب شوند، هرچند این نمونه معمولی نیست. سامانه‌های «بیوه سیاه» نوعی سامانهٔ دوتایی نادر هستند که در آن یک پالسار سریع‌چرخان با یک همدم کم‌جرم و کوچک همراه است. در گذشته، مادهٔ همدم به سمت پالسار جریان پیدا می‌کرد؛ این موضوع باعث می‌شد پالسار سریع‌تر بچرخد و باد قوی ایجاد شود. این باد و تشعشعات سپس همدم کوچکتر را بمباران و تبخیر می‌کرد، درست مثل عنکبوتی که به نامش اشاره دارد؛ پالسار به‌تدریج شریک ناموفق خود را می‌خورد.

اما در این مورد، همدم رسماً به‌عنوان سیاره‌بیگانگی شناخته می‌شود، نه ستاره. اتحادیهٔ بین‌المللی اخترشناسی (IAU) سیاره‌بیگانگی را به‌عنوان جسمی زیر ۱۳ جرم ژوپیتر تعریف می‌کند که دور یک ستاره، کرم‌خاکستری یا باقی‌ماندهٔ ستاره‌ای مانند پالسار می‌چرخد.

از میان ۶۰۰۰ سیاره‌بیگانگی شناخته‌شده، تنها این سیاره شبیه یک غول گازی (با جرم، شعاع و دمای مشابه یک «جوبی گرم») است که به دور یک پالسار می‌چرخد. فقط تعداد کمی از پالسارها شناخته شده‌اند که سیاراتی دارند.

«آیا این جسم شبیه یک سیارهٔ عادی شکل گرفته است؟ نه، چون ترکیب شیمیایی آن کاملاً متفاوت است»، ژانگ گفت. «آیا از بیرون‌زدن لایه‌های بیرونی ستاره شکل گرفته است، همان‌گونه که سامانه‌های «بیوه سیاه» معمولی شکل می‌گیرند؟ احتمالاً نه، چون فیزیک هسته‌ای کربن خالص تولید نمی‌کند. تصور این ترکیب بسیار غنی از کربن سخت است؛ به‌نظر می‌رسد تمام مکانیزم‌های شناخته‌شدهٔ شکل‌گیری را رد می‌کند.»

هم‌نویسندهٔ مطالعه، راجر رومانی، از دانشگاه استنفورد و موسسهٔ کافلی در زمینهٔ اخترفیزیک ذرات و کیهان‌شناسی، یک پدیدهٔ احتمالی جذاب برای این جو منحصر به‌فرد پیشنهاد می‌کند. «به‌عنوان همدم سرد می‌شود، مخلوطی از کربن و اکسیژن در درون آن جامد می‌شود»، رومانی گفت. «بلورهای خالص کربن به سطح می‌آیند و در هِل مخلوط می‌شوند؛ همان چیزی که ما می‌بینیم. اما پس از آن باید چه‌دوری ماندن اکسیژن و نیتروژن را تضمین کنیم. اینجاست که معما به وجود می‌آید.»

«اما خوشحالم که همه چیز را نمی‌دانیم»، رومانی افزود. «بی‌صبرانه منتظرم تا بیشتر دربارهٔ این جو عجیب بیاموزم. داشتن یک معما برای حل، فوق‌العاده است.»

ویدیو A: سیاره فراخورشیدی PSR J2322‑2650b و پالسار (تصویر مفهومی)

این انیمیشن یک سیاره‌فراخورشیدی عجیب را نشان می‌دهد که در مدار یک پالسار دوردست (ستاره نوترونی با چرخش سریع و پالس‌های رادیویی) می‌چرخد. سیاره‌ای که حدود یک میلیون مایل از پالسار فاصله دارد، توسط نیروی جزر‌گریزی قوی گرانشی پالسار به شکل لیمویی کشیده می‌شود.

انیمیشن: NASA، ESA، CSA، رالف کراوفورد (STScI)

با دید مادون‌قرمز و حساسیت فوق‌العاده‌اش، این کشف تنها توسط تلسکوپ وب امکان‌پذیر است. موقعیت این تلسکوپ در یک میلیون مایل از زمین و سپر خورشیدی عظیمش، ابزارها را در دمای بسیار پایین نگه می‌دارد؛ این برای این مشاهدات ضروری است. انجام این مطالعه از روی سطح زمین ممکن نیست.

تلسکوپ فضایی جیمز وب بهترین رصدخانهٔ علمی فضایی جهان است. وب در حال حل معماهای منظومه شمسی ماست، به‌سوی جهان‌های دوردست اطراف ستارگان دیگر می‌نگرد و به ساختارهای مرموز و منشا جهان و جایگاه ما در آن می‌پردازد. وب برنامه‌ای بین‌المللی است که توسط ناسا به‌همراه شرکای خود، ESA (آژانس فضایی اروپا) و CSA (آژانس فضایی کانادا) رهبری می‌شود.

برای اطلاعات بیشتر درباره وب، به نشانی زیر مراجعه کنید: https://science.nasa.gov/webb

دانلودها & اطلاعات مرتبط

بخش‌های زیر شامل پیوندهایی برای دانلود تصاویر و ویدیوهای این مقاله در تمام وضوح‌های موجود، به‌همراه لینک‌های اطلاعات مرتبط، تماس‌های رسانه‌ای و در صورت وجود، پیوندهای مقالهٔ پژوهشی و ترجمهٔ اسپانیایی می‌باشند.

تصاویر مرتبط & ویدیوهای مرتبط

سیاره فراخورشیدی PSR J2322‑2650b و پالسار (تصویر مفهومی)

این تصویر مفهومی نشان می‌دهد که سیاره فراخورشیدی به نام PSR J2322‑2650b (سمت چپ) هنگام گردش دور یک ستاره نوترونی سریع‌چرخان (پالسار) (سمت راست) چه شکلی می‌تواند داشته باشد. نیروهای گرانشی پالسار بسیار سنگین‌تر این جهان با جرم معادل مشتری را به شکل لیمویی عجیب می‌کشد.

سیاره فراخورشیدی PSR J2322‑2650b (تصویر مفهومی)

این تصویر مفهومی نشان می‌دهد که سیاره فراخورشیدی به نام PSR J2322‑2650b چه شکلی می‌تواند داشته باشد. نیروی گرانشی پالسار بسیار سنگین‌تر این جهان با جرم معادل مشتری را به شکل لیمویی عجیب می‌کشد.