ساخت اولین مدل سه‌بعدی از سیاره‌ای که در منظومه‌ای دوتایی می‌چرخد

تاکنون ۵۰۸۴ سیاره‌ی فراخورشید به‌طور قطعی در ۳۸۱۱ منظومه‌ی سیاره‌ای کشف شده‌اند و ۸۹۱۲ کاندید دیگر در انتظار تأیید هستند. این اکتشافات به ستاره‌شناسان اجازه می‌دهند نمونه‌برداری دقیقی را از انواع سیاره‌های موجود در جهان انجام دهند. سیاره‌هایی که نوع آن‌ها از غول‌های گازی چند برابر مشتری تا اجرام سنگی کوچک‌تر از زمین متغیر است.

تاکنون اغلب سیاره‌های فراخورشیدی با استفاده از روش‌های غیرمستقیمی مثل روش گذار (نورسنجی گذار) روش سرعت شعاعی (طیف‌سنجی داپلر) کشف شده‌اند و برخی از آن‌ها با روش‌های دیگر رصد شدند. گروهی بین‌المللی از ستاره‌شناسان در پژوهشی جدید از آرایه‌‌ی مبنای بسیار طویل (VLBA) در بنیاد ملی علوم (NSF) برای کشف سیاره‌‌ای مشابه مشتری استفاده کردند که در مدار منظومه‌ای دوتایی (GJ 896AB) در فاصله‌ی ۲۰ سال نوری از زمین قرار دارد.

تصویرسازی هنرمند از ستاره‌ی کوچک (نارنجی)، با سیاره‌ای مشابه مشتری در مدار (آبی) و ستاره‌ی همراه دورتر‌(قرمز)

پژوهشگرها با استفاده از روش اخترسنجی و ازطریق نوسان‌ها متوجه شدند سیاره‌ی یادشده در مدار ستاره‌ی بزرگ‌تر از منظومه‌ای دوتایی قرار دارد. این روش به گروه اجازه داد ساختار سه‌بعدی یک منظومه‌ی دوتایی و سیاره‌ی موجود در مدار یکی از ستاره‌ها را ایجاد کنند.

گروه پژوهشگرها تحت سرپرستی سالوادور کوریل رامیرز، پژوهشگر مؤسسه‌ی نجوم دانشگاه خودگردان مکزیک (UNAM) بودند. مقاله‌ی این پژوهش با عنوان «ساختار مداری سه‌بعدی منظومه‌ی دوتایی کوتوله و همراه سیاره‌ای آن» در تاریخ یک سپتامبر در مجله‌ی Astronomical منتشر شد.

منظومه‌ی این پژوهش به نام GJ 896AB دارای دو ستاره از نوع کوتوله‌ی سرخ است که به دور یکدیگر می‌چرخند. ستاره‌ی بزرگ‌تر همان ستاره‌ای است که سیاره‌ی فراخورشیدی مشتری‌مانند GJ 896 Ab را در مدار خود دارد. جرم این ستاره، ۴۴ درصد جرم خورشید و جرم ستاره‌ی کوچک‌تر، ۱۷ درصد جرم خورشید است. فاصله‌ی دو ستاره با فاصله‌ی بین نپتون و خورشید یا ۳۰ واحد نجومی تقریباً برابر و دوره‌ی مداری آن‌ها ۲۲۹ سال است. براساس توضیحات کوریل در نشست مطبوعاتی NRAO، نقشه‌ی سه‌بعدی این گروه با دیگر روش‌های کشف سیاره‌ای امکان‌پذیر نبود. او توضیح می‌دهد:

ازآنجاکه اغلب ستاره‌ها در منظومه‌های دوتایی یا چندتایی قرار دارند، درک چنین منظومه‌هایی می‌تواند به ما در درک فرایند شکل‌گیری سیاره‌ها کمک کند.

علاوه بر این ستاره‌های نوع M یا کوتوله‌ی سرخ، رایج‌ترین نوع ستاره در جهان هستند و تقریباً ۷۵ درصد از ستاره‌های راه شیری را تشکیل می‌دهند. این ستاره‌های کم‌نور و کم جرم می‌توانند تا ۱۰ تریلیون سال به حیات خود ادامه دهند و به همین دلیل شرایط خوبی را برای بقای سیاره‌های سنگی کوچک‌تر فراهم می‌کنند. سیاره‌های پروکسیما b و d و منظومه‌ی هفت‌سیاره‌ای TRAPPIST 1 از نمونه‌های بارز منظومه‌های کوتوله‌ی سرخ هستند. کوریل و همکاران او برای پژوهش خود داده‌های VLBA را که بین سال‌های ۲۰۰۶ و ۲۰۱۱ به‌ دست‌ آمده بودند و داده‌های جدید ۲۰۲۰ را با رصدهای منظومه‌ی یادشده بین سال‌های ۱۹۴۱ و ۲۰۱۷ ترکیب کردند.

مدل‌سازی سیاره در منظومه‌ی دو ستاره‌ای

با دقت بالای ده تلسکوپ VLBA در ایالات متحده‌، اندازه‌گیری‌های بسیار دقیقی از موقعیت‌ ستاره‌ها در طول زمان به دست آمد. سپس پژوهشگرها تحلیلی گسترده از داده‌ها را انجام دادند که حرکت مداری ستاره‌ها و حرکت رایج آن‌ها در فضا را نشان می‌داد. این فرایند که در آن موقعیت و حرکت مناسب ستاره‌ها اندازه‌گیری می‌شود، اخترسنجی نامیده می‌شود.

ارزیابی دقیق پژوهشگرها از حرکت ستاره‌ی بزرگ‌تر، نوسان اندک ناشی از اثر گرانشی موجود بر این ستاره را نشان داد که تأییدی بر وجود سیاره‌ای در مدار آن بود. پژوهشگرها براساس سطح تأثیر گرانشی به این نتیجه رسیدند که سیاره‌ی یادشده از نوع غول گازی با جرم دقیقاً دو برابر مشتری است.

آن‌ها همچنین متوجه شدند فاصله‌ی سیاره‌ با ستاره‌ی خود اندکی کمتر از فاصله‌ی زهره از خورشید است و مدار خود را در ۲۸۴ روز زمینی کامل می‌کند. همچنین این سیاره دارای زاویه‌ی ۱۴۸ درجه‌ای نسبت به مدار دو ستاره است. به گفته‌ی گیسلا اورتیز لئون، پژوهشگر UNAM و MPIA و یکی از مؤلفان این پژوهش:

درنتیجه این سیاره در جهت مخالف با چرخش ستاره‌ی ثانویه در مدار ستاره‌ی اصلی، به دور ستاره‌اش می‌چرخد. اولین بار است که چنین ساختار داینامیکی در سیاره‌ای مرتبط با یک سیستم دوتایی فشرده مشاهده می‌شود که احتمالاً در یک دیسک سیاره‌ای شکل گرفته است.

روش اخترسنجی، ابزاری ارزشمند برای شناسایی منظومه‌های سیاره‌ای بیشتر است. می‌توان برای رصدهای آینده از ابزار قدرتمندی مثل نسل بعدی آرایه‌ی بسیار بزرگ (ngVLA) استفاده کرد. این شبکه‌ی عظیم شامل ۲۴۴ بشقاب ۱۸ متری است که در فاصله‌‌ای ۸۸۶۰ کیلومتری گسترده شده‌اند و همچنین با آرایه‌ا‌ی کم فاصله شامل ۱۹ بشقاب ۶ متری در قلب تلسکوپ همراه است.

بهبود حساسیت و دقت تلسکوپ‌ها به ستاره‌شناسان اجازه می‌دهد سیاره‌های سنگی کوچک‌تر را که در مدار نزدیک به ستاره‌های خود قرار دارند کشف کنند. سیاره‌های مشابه زمین معمولاً در چنین فواصلی قرار دارند. به نقل از جوئل سانچز برمودنز، یکی از مؤلفان پژوهش از UNAM:

پژوهش‌های دقیق بعدی از این منظومه و منظومه‌های مشابه، دیدگاه‌های مهمی را درباره‌ی شکل‌گیری سیاره‌ها در منظومه‌های دوتایی ارائه می‌کنند. نظریه‌های جایگزینی برای مکانیزم شکل‌گیری وجود دارند و داده‌های بیشتر نشان می‌دهند کدام یک محتمل‌ترند. به‌ویژه براساس مدل‌های فعلی بعید است چنین سیاره‌ی عظیمی در مدار ستاره‌ای کوچک قرار داشته باشد. پس شاید این مدل‌ها نیاز به تغییر دارند.