داستان تکامل سیارات فراخورشیدی – مینی نپتون‌ها چطور به ابَرزمین‌ها تبدیل می‌شوند؟

تحقیقات جدید نشان می‌دهد برخی سیارات فراخورشیدی اتمسفری «مخملی یا کرکی مانند» دارند – نسبت جرم به حجم و یا همان چگالی این دسته از سیارات بسیار کم است. بنابراین سبب می‌شود حالت مذکور را به خود بگیرند. برخی دانشمندان به این سیارات، سیارات پَر مانند می‌گویند – این لایه بیرونی طی فرآیندی که در ادامه به توضیح آن می‌پردازیم، از بین می‌رود و سبب می‌شود تا سیاره مذکور به دنیایی شبیه زمین تبدیل شود.

داستان کشف و تحول سیارات فراخورشیدی

در دهه 1990، ستاره‌شناسان وجود سیارات خارج از منظومه شمسی را تائید کردند. این دسته از سیارات که با نام سیارات فراخورشیدی شناخته می‌شوند، یکی از موضوعات جذاب در علم نجوم مدرن هستند. ستاره‌شناسان عقیده دارند این سیارات می‌توانند خانه دوم انسان در عالم – پس از زمین – باشند. به همین‌ ترتیب، تاکنون فضاپیماها، رصدخانه‌ها و ماهواره‌هایی مانند «کپلر» ناسا و «TESS» آسمان را با هدف یافتن این دسته از سیارات مورد بررسی قرار داده‌اند. ستاره‌شناسان برای یافتن سیارات فراخورشیدی به چشمک زدن ستاره‌های نزدیک نگاه می‌کنند. هنگامی که نور یک ستاره برای مدتی مسدود می‌شود و سپس مجددا به ما می‌رسد، به این معناست که سیاره‌ای در حال عبور از مقابل آن ستاره بوده است. پس می‌توان احتمال داد که یک سیاره فراخورشیدی در آن ناحیه وجود دارد.

تاکنون اخترشناسان هزاران ردپا از سیارات فراخورشیدی جمع‌آوری کرده‌اند. این اطلاعات به آن‌ها کمک می‌کند تا بتوانند بازه جرمی – محدوده اندازه – این دسته از سیارات را تعیین کنند. یکی از روش‌‌های تعیین بازه اندازه این سیارات، مقایسه آن‌ها با سیارات آشنای ما در منظومه شمسی است. به‌طور کلی می‌توان سیارات فراخورشیدی را از نظر بازه اندازه به دو دسته «ابَرزمین‌ها» و «مینی نپتون‌ها» تقسیم‌بندی کرد.

برخی از این دسته سیارات، اندازه‌ای کوچک – در حدود مریخ – دارند و سطح آن‌ها نیز سنگی است. برخی دیگر، سیارات گازی بزرگ مانند زحل یا مشتری هستند. دسته سومی نیز وجود دارد که سیارات آن هیچ شباهتی از منظر اندازه و جنس به سیارات منظومه شمسی ندارد. به عنوان مثال، سیارات فراخورشیدی با اندازه 3.9 برابر اندازه کره زمین.

«مایکل ژانگ» نویسنده اصلی این مطالعه و دانشجوی موسسه فناوری کالیفرنیا در توصیف این مقاله گفت: « ستاره‌هایی با این اندازه قادر هستند تا همانند یک کیک درحال پخت، پُف کنند و در نتیجه آن، تابش بیشتری داشته باشند. این تابش بیشتر نه تنها به کاهش جرم‌شان منجر می‌شود، بلکه حدس زده می‌شود سبب تبخیر اتمسفر سیاره نیز بشود. ما به فرآیند تبخیر شدن اتمسفر مینی نپتون‌ها مشکوک هستیم. زیرا جو این سیاره آنقدر نازک است که به سرعت تحت این فرآیند، رقیق می‌شود.»

محققان در بررسی دقیق این ایده، از داده‌های تلسکوپ فضایی تلسکوپ «هابل» و رصدخانه «W.M. Keck» در هاوایی استفاده کردند. در این مطالعه چهار مینی نپتون مورد بررسی قرار گرفتند. محققان دریافتند دو مینی نپتون با نام‌هایی «HD-63433c» و «TOI 560.01» که فواصل به ترتیب 73 و 103 سال نوری از زمین دارند، دارای تغییرات گازی شدید در اتمسفر خود هستند – این می‌تواند نشانه‌ای از تبخیر یا رقیق شدن جو باشد.

ژانگ گفت: « سرعت حرکت گازها شواهدی را ارائه می‌دهد که جو در حال فرار یا اصطلاحا تبخیر است. هلیوم مشاهده شده در اطراف TOI 560.01 با سرعت 20 کیلومتر در ثانیه حرکت می‌کند. این درحالی است که هیدروژن اطراف HD 63433c سرعت حرکتی 50 کیلومتر در ثانیه دارد.»

او افزود: «گرانش این مینی نپتون‌ها به اندازه کافی قوی نیست که بتواند چنین گازهای فرّاری را در اتسمفر خودش نگه دارد. این سرعت‌های بالا نشان دهنده اتمسفر فرار این سیارات است. شعاع لایه گازی در اطراف سیاره فراخورشیدی TOI 560.01 در حدود –حداقل – 3.5 برابر شعاع خود این سیاره است. در مورد HD 63433c نیز می‌توان گفت شعاع لایه گازی آن در حدود 12 برابر شعاع خود سیاره است. از سوی دیگر نمی‌توان سناریو‌های دیگر که تلاش دارند چنین پدیده‌ای را توصیف کنند، رد کرد.»

«هدر کناتسون» دانشمند سیاره‌شناسی در موسسه فناوری کالیفرنیا در بیانیه‌ای گفت: « ما به عنوان دانشمند سیاره‌شناسی آموخته‌ایم تا انتظار مواد عجیب و غریب را داشته باشند. دنیای ما مملو از موارد عجیبی است که فیزیکدانان را در هر لحظه غافلگیر می‌کند. منظومه شمسی پر از رمز و رازهایی است که هنوز کشف نشده است. امیدواریم با جمع‌آوری داده‌های بیشتر و انجام تحلیل‌های پیشرفته‌تر بتوانیم داستان مینی نپتون‌ها را بهتر درک کنیم.»