سیاره‌ای در مدار یک ستاره مرده: نگاهی به سرنوشت منظومه شمسی

شاید خوش‌شانس‌ترین سیاره در کهکشان راه شیری در فصله ۶۵۰۰ سال نوری به طرف مرکز کهکشان ما واقع شده باشد: یک دنیای گازی بزرگ که از یک قدمی بلعیده شدن توسط ستاره در حال مرگش فرار کرده است.

طبق پژوهشی که به‌تازگی در ژورنال Nature منتشر شده، اخترشناسان این منظومه را زمانی شناسایی کردند که سیاره و ستاره‌اش نور ستارگان پس‌زمینه را منحرف کرد. این سیاره خوش‌شانس و هم‌اندازه مشتری حول یک کوتوله سفید کم‌نور و هم اندازه زمین می‌چرخد که زمانی ستاره‌ای به اندازه خورشید بوده.

اگر این ستاره کمی نزدیک‌تر به ستاره‌اش قرار داشت، دچار سرنوشتی مهیب می‌شد؛ از سوخته شدن گرفته تا متلاشی شدن ــ یکی از این‌ها نیز در نهایت، و زمانی که خورشید به یک غول قرمز تبدیل شود، بر زمین نازل خواهد شد. دانشمندان حدس می‌زنند بعد از این که خورشید به صورت یک اخگر در آمد، منظومه خورشیدی ما به این منظومه کشف شده شبیه شود.

دیوید بکر بنت (David Bennet)، یکی از نویسندگان مقاله مذکور، می‌گوید «این منظومه بسیار شبیه به چیزی است که انتظار داریم بر سر منظومه خورشیدی ما بیاید.»

همچنین این منظومه به دانشمندان کمک می‌کند تا بفهمند سیاره‌هایی که از مرگ ویرانگر ستاره‌های خود فرار می‌کنند چقدر شایع هستند. به گفته اسکات گادی (Scott Gaudi)، استاد دانشگاه ایالتی اوهایو، از قرار معلوم وجود سیاره‌های دست نخورده در اطراف کتوله‌های سفید پدیده شایعی است و سیارات موجود در کهکشان از چیزی که فکر می‌کردیم بیشتر هستند.

او می‌گوید «این به این معنی است که شمارشی که از سیاره‌های کهکشان داشته‌ایم، به احتمال زیاد تا به الان دست پایین بوده است. لطیفه‌ای است که می‌گوید در حوزه سیارات فرازمینی، به هر جا که نگاه می‌کنید سیاره‌ای جدید می‌یابید.»

محو شدن در آتش شکوه

وقتی ستاره‌ها پیر می‌شوند، سوخت هیدروژن مورد نیاز برای واکنش‌های هسته درون آن‌ها از بین می‌رود؛ این امر منجر به زنجیره‌ای از رخدادها می‌شود که می‌تواند برای سیارات حول آن ستاره بسیار خطرناک باشد. در عرض پنج میلیارد سال، این اتفاق برای خورشید نیز می‌افتد ــ و آن زمان است که زمین نیز دچار مشکل خواهد شد.

به تدریج، خورشید بدون هیدروژن تبدیل به بک غول قرمز می‌شود. وقتی خورشید متورم می‌شود، عطارد و زهره را می‌سوزاند و می‌بلعد. اگر زمین بتواند از سوخته شدن فرار کند، قطعا توسط جاذبه خورشید از هم فرو می‌پاشد. مریخ احتمالا به قدری فاصله دارد که جان سالم به در ببرد. در منظومه خورشیدی بیرونی، چهار سیاره غول‌پیکر احتمالا به مدارهای دورتری هل داده می‌شوند ــ هرچند در برخی از سناریوهای خاص، می‌توانند به کلی از منظومه شمسی به بیرون پرتاب یا حتی توسط خورشید بلعیده شوند.

جولیت بکر (Juliette Becker)، که نقشی در نگارش مقاله نداشته، می‌گوید «چیزهای عجیب بسیاری هستند که در حین تورم ستاره می‌توانند برای سیاره‌ها اتفاق بیفتند. این فرایند بسیار خطرناک و سخت است ــ مخصصا برای سیارات درونی منظومه.»

حدود یک میلیارد سال بعد از تبدیل شدن به غول قرمز، خورشید به یک جسد ستاره‌ای متراکم فرو می‌پاشد ــ یک کوتوله سفید با جرمی تقریبا نصف جرم اولیه که در حجمی به اندازه زمین فشرده شده. این فرایند نیز می‌تواند برای سیاره‌های مجاور ویرانگر باشد. هر دنیایی که جان سالم به در برده باشد، خود را در یک منظومه بسیار متفاوت خواهد یافت. حتی اگر چهار سیاره غول‌پیکر بیرونی نیز از آن جان سالم به در ببرند، احتمال خوبی وجود دارد که همه آن‌ها در طول چند میلیارد سال و در اثر مواجهه با ستاره‌های عبوری از دست بروند.

نجات از دوزخ

با این که اخترشناسان گمان می‌کنند سیاره‌ها می‌توانند از مرگ آشوبناک ستاره‌های خود جان سالم به در ببرند، نمونه‌های زیادی از سیاراتی که از این گرداب فرار کرده‌اند، پیدا نشده است. منظومه مذکور، برای اولین بار در سال ۲۰۱۰ توسط دانشمندان و با همکاری پروژه رصدهای ریزهمگرایی در اختر فیزیک (Microlensing Observations in Astrophysics) دیده شد؛ زمانی که سیاره باقی مانده و کوتوله سفیدش مستقیما از جلوی یک ستاره پس‌زمینه عبور کردند.

این هم‌ترازی باعث شد تا نیروی گرانشی این دو جسم تقویت شود و نور ستاره دوردست‌تر را منحرف کند؛ پدیده‌ای که اخترشناسان آن را یک واقعه ریزهمگرایی می‌نامند. تا به حال، ریزهمگرایی وجود حدودا ۹۰ دنیا را ثابت کرده؛ از جمله سیاره‌های بی‌ستاره که از جاذبه ستاره میزبان خود آزاد شده و به تنهایی در کهکشان پرسه می‌زنند.

نحوه دقیق خم شدن نور توسط سیاره غول‌پیکر و کوتوله سفید چند ویژگی مهم این منظومه را آشکار کرد؛ از جمله حرکت آن در آسمان، حضور یک ستاره و یک سیاره، و مدار بزرگ سیاره. این رصد همچنین به اخترشناسان کمک کرد تا جرم‌های نسبی دو جرم را نیز محاسبه کنند. این منظومه، که MOA-2010-BLG-477Lb نام دارد، کنجکاوی اخترشناسان را بر انگیخت ــ اما آن‌ها باید چند سال دیگر صبر می‌کردند تا نگاه نزدیک‌تری به آن داشته باشند.

بنت می‌گوید «ایجاد تمایز بین ستاره جلو و ستاره عقب در یک واقعه ریزهمگرایی کار دشواری است، چون هر دو درست بر هم منطبق هستند. پس مجبور بودیم صبر کنیم تا از هم جدا شوند.»

در سال ۲۰۱۵، بنت و همکارانش از تلسکوپ قدرتمند کک ۲ بر فراز مائونا کیا در هاواییبرای رصد این ستاره استفاده کردند.آن‌ها می‌دانستند که این منظومه در طول پنج سال چقدر حرکت کرده، بنابراین کک را به سمت هدف خود تنظیم کردند و به فضای تاریک خیره شدند، اما ستاره‌ای که می‌خواستند را پیدا نکردند ــ جز یک ستاره متفاوت که در جهتی اشتباه حرکت می‌کرد.

این تیم رصد خود را در سال‌های ۲۰۱۶ و ۲۰۱۸ نیز تکرار کردند و هر دو بار دست خالی به کار خود پایان دادند. اما آن‌ها بر اساس نور منحرف شده می‌دانستند که منظومه باید آن‌جا باشد. ناتوانی در رصد این ستاره منجر به این شد که بنت و همکارانش بدانند چیزی که دنبالش بودند آن‌قدر کم‌نور است که حتی کک نیز از عهده دیدن آن بر نمی‌آید.

بنت می‌گوید «ما می‌دانستیم که این ستاره باید یک ستاره تاریک و کمی سبک‌تر از خورشید باشد، و کوتوله سفید گزینه‌ای بدیهی بود.»

پس از اجرای چند محاسبه بیشتر، تیم تحقیقاتی به این نتیجه رسید که منظومه شامل یک سیاره هم‌جرم مشتری و یک کوتوله سفید با جرمی نصف خورشید است. مدار سیاره تقریبا ۲٫۸ برابر بیشتر از فاصله زمین تا خورشید از کوتوله سفید فاصله دارد؛ تقریبا در فاصله‌ای که کمربند سیارک‌های منظومه ما واقع شده.

گادی می‌گوید «این سیاره در جایی قرار دارد که انتظار داریم سیاره‌های غول‌پیکر در آن شکل می‌گیرند. و این نشان می‌دهد که این همزاد مشتری توانسته از تورم یک ستاره خورشیدمانند جان سالم به در ببرد.»

این سیاره عظیم به شیوه‌ای نامعین متولد شده، و دقیقا در مکانی زندگی کرده که توانسته از عواقب مرگبار دگردیسی ستاره‌اش اجتناب کند ــ فاصله‌ای که نه تنها به ستاره در حال مرگ، بلکه به ویژگی‌های خود سیاره و حرکت سیارات احتمالی دیگر نیز بستگی دارد.

جستجو برای سیاراتی بیشتر در مدار کوتوله‌های سفید

اخترشناسان پیش از این شواهدی را مبنی بر وجود سیارات حول کوتوله‌های سفید یافته بودند، اما هیچ‌کدام از آن کشف‌ها مشابه این کشف جدید نبوده‌اند. در سال ۲۰۱۹ یک تیم بین‌المللی از اخترشناسان یک حلقه آوار گازی شکل دور یک کولتوله سفید یافتند و حدس زدند که بقایای یک سیاره کوچک و متراکم ممکن است در این حلقه وجود داشته باشد ــ یک دنیای نابود شده که احتمالا سرنوشت اجتناب‌نااپذیر زمین را نشان می‌دهد. چندین دیسک آوار دیگر نیز شناسایی شده‌اند که گمان می‌رود بقایای خردشده سیارات و سیارک‌های بخت برگشته باشند.

سال گذشته، یک تیم دیگر با استفاده از ابزار TESS ناسا برای رصد سیارات فراخورشیدی، یک سیاره غول‌پیکر احتمالی را شناسایی کردند که در ظرف تنها ۳۴ ساعت دور یک کوتوله سفید می‌گردد.بکر می‌گوید این سیاره به قدری نزدیک به ستاره‌اش است که «قطعا باید در فاز غول قرمز بلعیده می‌شد. این به این معنی است که سیاره باید بعد از تبدیل ستاره به کوتوله سفید به آن‌جا منتقل شده باشد.»

در طول دو دهه گذشته، دانشمندان لکه‌هایی از عناصر شیمیایی را در مقابل کوتوله‌های سفید مشاهده کرده‌اند ــ خرده‌های سیاره‌های سنگی و جویده شده.

تمام این مشاهدات، به علاوه منظومه تازه کشف شده، نشان می‌دهند که برخی از سیاره‌ها می‌توانند از دگردیسی تورمی ستاره‌های میزبان خود فرار کنند ــ حداقل برای مدتی. اما فرایندی که تعیین می‌کند کدام سیاره زنده می‌ماند و کدام یک دچار سرنوشت مرگبار خود می‌شود، همچنان مبهم است.

تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن (Nancy Grace Roman Space Telescope) ناسا،‌ که قرار است در میانه دهه ۲۰۲۰ به فضا پرتاب شود، می‌تواند سیارات بسیاری را در مدار کوتوله‌های سرخ آشکار کند. وقتی اخترشناسان بتوانند سیارات بیشتری را حول این اجساد ستاره‌ای شناسایی کنند، اطلاعات بیشتری را در مورد این موضوع یاد می‌گیرند که کشمکش‌های یک ستاره در حال مرگ معماری منظومه‌های سیاره‌ای را تغییر می‌دهد، و سرانجام می‌توانیم منظره آینده منظومه خورشیدی خودمان را مشاهده کنیم.

به گفته بنت، منظومه تازه کشف شده می‌تواند سیاره‌های دیگری نیز در خود داشته باشد که حول کوتوله سفید می‌گردند. با این که سیاره خود ما از مرگ دراماتیک خورشید جان سالم به در نمی‌برد ــ حداقل در هیچ‌کدام از حالت‌های قابل تصور ــ شاید سیارات دیگر بتوانند این کار را بکنند و منظومه خورشیدی با ظاهری جدید به بقای خود ادامه دهد.