سیاره‌ای که شبیه به هیچ سیاره‌ای در منظومه شمسی نیست

به گزارش گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا به نقل از وبگاه (سای تک دیلی)، WASP-۳۹ b سیاره‌ای است که شبیه هیچ سیاره‌ای در منظومه شمسی ما نیست – یک غول بزرگ به اندازه زحل که نزدیک‌تر از عطارد به خورشید ما به دور ستاره‌اش می‌چرخد.

هنگامی که تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا در ابتدا عملیات علمی منظم را آغاز کرد، این سیاره فراخورشیدی یکی از اولین مواردی بود که مورد بررسی قرار گرفت. جامعه علم سیارات فراخورشیدی در مورد نتایج هیجان زده است. ابزار فوق العاده حساس وب، مشخصاتی از ترکیبات جوی WASP-۳۹ b را ارائه کرده و محتویات زیادی از جمله آب، دی اکسید گوگرد، مونوکسید کربن، سدیم و پتاسیم را شناسایی کرده است.

این یافته‌ها نشان دهنده توانایی ابزار‌های وب برای انجام طیف وسیعی از تحقیقات در مورد انواع سیارات فراخورشیدی، از جمله جهان‌های کوچک و صخره‌ای مانند جهان‌های TRAPPIST-۱ است.

این تصویر نشان می‌دهد که سیاره فراخورشیدی WASP-۳۹ b بر اساس درک فعلی از این سیاره چگونه می‌تواند باشد. WASP-۳۹ b یک غول گازی داغ و پف کرده با جرم ۰.۲۸ برابر مشتری (۰.۹۴ برابر زحل) و قطر ۱.۳ برابر بیشتر از مشتری است که فقط ۰.۰۴۸۶ واحد نجومی (۴۵۰۰۰۰۰ مایل) از ستاره خود می‌چرخد. ستاره، WASP-۳۹، کسری کوچکتر و جرم کمتری از خورشید دارد. از آنجایی که WASP-۳۹ b به ستاره خود بسیار نزدیک است، بسیار داغ است و احتمالاً به صورت جزر و مدی قفل می‌شود و یک طرف آن همیشه رو به ستاره است.

تلسکوپ فضایی وب ناسا جو سیاره فراخورشیدی را نشان می‌دهد که قبلا دیده نشده بود

اولین مورد دیگر به تازگی توسط تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا به ثمر رسیده است: مشخصات مولکولی و شیمیایی آسمان‌های جهان دور.

در حالی که وب و سایر تلسکوپ‌های فضایی، از جمله هابل و اسپیتزر ناسا، قبلاً اجزای جدا شده از جو این سیاره داغ را آشکار کرده بودند، خوانش‌های جدید وب فهرست کاملی از اتم‌ها، مولکول‌ها و حتی نشانه‌هایی از شیمی فعال و ابر‌ها را ارائه می‌دهند.

اشاره‌ای به این که چگونه این ابر‌ها ممکن است از نزدیک به نظر برسند نیز توسط آخرین داده‌ها ارائه شده است: آن‌ها احتمالاً به جای یک پتوی یکنواخت و منفرد بر روی سیاره شکسته شده اند.

مجموعه ابزار‌های بسیار حساس این تلسکوپ بر روی جو WASP-۳۹ b، یک «زحل داغ» (سیاره‌ای به جرم زحل، اما در مداری تنگ‌تر از عطارد) که به دور ستاره‌ای در فاصله ۷۰۰ سال نوری از ما می‌چرخد، آموزش دیده اند.

این یافته‌ها نوید خوبی برای توانایی ابزار‌های وب برای انجام طیف گسترده‌ای از تحقیقات در مورد انواع سیارات فراخورشیدی - سیارات اطراف ستاره‌های دیگر - است که جامعه علمی امیدوار است. این شامل کاوش در اتمسفر سیارات سنگی کوچکتر مانند سیارات TRAPPIST-۱ می‌شود.

ناتالی باتال‌ها گفت: ما سیاره فراخورشیدی را با ابزار‌های متعددی مشاهده کردیم که با هم، طیف وسیعی از طیف مادون قرمز و مجموعه‌ای از اثرانگشت‌های شیمیایی را فراهم می‌کنند که تا [این مأموریت]غیرقابل دسترس است. داده‌هایی مانند این‌ها یک تغییر دهنده بازی هستند. باتالا یک ستاره شناس در دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز است که در هماهنگی تحقیقات جدید مشارکت داشته و به آن کمک کرده است.

ترکیب اتمسفر سیاره فراخورشیدی غول پیکر گاز داغ WASP-۳۹ b توسط تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا فاش شده است. این گرافیک چهار طیف انتقال از سه ابزار وب را نشان می‌دهد که در چهار حالت ابزار کار می‌کنند. یک طیف انتقالی با مقایسه نور ستاره‌ای که در جو سیاره در حال حرکت در مقابل ستاره فیلتر شده است، با نور ستاره فیلتر نشده که وقتی سیاره در کنار ستاره است، ایجاد می‌شود. هر یک از نقاط داده (دایره‌های سفید) در این نمودار‌ها نشان دهنده مقدار طول موج خاصی از نور است که توسط سیاره مسدود شده و توسط جو آن جذب می‌شود. در سمت چپ بالا، داده‌های NIRISS اثر انگشت پتاسیم (K)، آب (H۲O) و مونوکسید کربن (CO) را نشان می‌دهد. در سمت راست بالا، داده‌های NIRCam یک امضای برجسته آب را نشان می‌دهد. در پایین سمت چپ، داده‌های NIRSpec نشان دهنده آب، دی اکسید گوگرد (SO۲)، دی اکسید کربن (CO۲) و مونوکسید کربن (CO) است. در سمت راست پایین، داده‌های اضافی NIRSpec همه این مولکول‌ها و همچنین سدیم (Na) را نشان می‌دهد.

مجموعه اکتشافات در مجموعه‌ای از پنج مقاله علمی جدید به تفصیل آمده است که سه مورد از آن‌ها در حال چاپ و دو مورد در دست بررسی است. یکی از افشاگری‌های بی‌سابقه، اولین کشف در اتمسفر سیاره فراخورشیدی از دی اکسید گوگرد (SO۲) است، مولکولی که از واکنش‌های شیمیایی ایجاد شده توسط نور پرانرژی ستاره مادر این سیاره ایجاد می‌شود. در زمین، لایه محافظ اوزون در بالای جو به روشی مشابه ایجاد می‌شود.

شانگ مین تسای، محقق دانشگاه آکسفورد در بریتانیا و نویسنده اصلی مقاله در توضیح این موضوع گفت: این اولین بار است که ما شواهد ملموسی از فتوشیمی – واکنش‌های شیمیایی آغاز شده توسط نور پرانرژی ستاره‌ای – در سیارات فراخورشیدی را می‌بینیم. منشا دی اکسید گوگرد در جو WASP-۳۹ b. من این را به‌عنوان یک چشم‌انداز بسیار امیدوارکننده برای ارتقای درک ما از جو سیارات فراخورشیدی با [این مأموریت] می‌دانم.

هانا ویکفورد گفت: ما پیش‌بینی کرده بودیم که [تلسکوپ] چه چیزی را به ما نشان می‌دهد، اما دقیق‌تر، متنوع‌تر و زیباتر از آن چیزی بود که واقعاً فکر می‌کردم.

این به اولین مورد دیگر منجر شد: دانشمندان مدل‌های کامپیوتری فتوشیمی را برای داده‌هایی به کار می‌برند که نیاز به توضیح کامل چنین فیزیک دارند. بهبود‌های حاصل در مدل‌سازی به ایجاد دانش فنی برای تفسیر نشانه‌های بالقوه سکونت‌پذیری در آینده کمک می‌کند.

باتال‌ها گفت: سیارات با چرخش در حمام تشعشعی ستاره میزبان مجسمه سازی و تبدیل می‌شوند. «روی زمین، آن دگرگونی‌ها به زندگی اجازه می‌دهد تا رشد کند.»

نزدیکی این سیاره به ستاره میزبان خود - هشت برابر نزدیکتر از عطارد به خورشید ما - همچنین آن را به آزمایشگاهی برای مطالعه اثرات تابش ستارگان میزبان بر روی سیارات فراخورشیدی تبدیل کرده است. شناخت بهتر ارتباط ستاره-سیاره باید درک عمیق تری از چگونگی تأثیر این فرآیند‌ها بر تنوع سیارات مشاهده شده در کهکشان به ارمغان آورد.

وب برای دیدن نور WASP-۳۹ b، سیاره را در حین عبور از مقابل ستاره خود ردیابی کرد و به نور ستاره اجازه داد تا در جو سیاره فیلتر شود. انواع مختلف مواد شیمیایی موجود در جو رنگ‌های مختلف طیف نور ستاره را جذب می‌کنند، بنابراین رنگ‌هایی که وجود ندارند به ستاره شناسان می‌گوید که کدام مولکول‌ها وجود دارند. وب با مشاهده جهان در نور مادون قرمز، می‌تواند اثر انگشت شیمیایی را که در نور مرئی قابل تشخیص نیست، بگیرد.

سایر اجزای جوی شناسایی شده توسط تلسکوپ وب عبارتند از سدیم (Na)، پتاسیم (K) و بخار آب (H۲O) که مشاهدات قبلی تلسکوپ فضایی و زمینی و همچنین یافتن اثر انگشت اضافی از آب را در این طول موج‌های بلندتر تأیید می‌کند؛ که قبلا دیده نشده اند.

وب همچنین دی اکسید کربن (CO۲) را با وضوح بالاتر مشاهده کرد که دو برابر داده‌های گزارش شده از مشاهدات قبلی خود را ارائه می‌دهد. در همین حال، مونوکسید کربن (CO) شناسایی شد، اما نشانه‌های آشکار متان (CH۴) و سولفید هیدروژن (H۲S) در داده‌های Webb وجود نداشت. اگر وجود داشته باشد، این مولکول‌ها در سطوح بسیار پایین ظاهر می‌شوند.

برای به تصویر کشیدن این طیف وسیع از جو WASP-۳۹ b، یک تیم بین‌المللی که تعداد آن صد‌ها نفر بود، به طور مستقل داده‌های چهار حالت ابزار دقیق کالیبره شده تلسکوپ وب را تجزیه و تحلیل کردند.

هانا ویکفورد، اخترفیزیکدان دانشگاه بریستول در بریتانیا، گفت: ما پیش‌بینی کرده بودیم که [تلسکوپ] چه چیزی را به ما نشان می‌دهد، اما دقیق‌تر، متنوع‌تر و زیباتر از آن چیزی بود که واقعاً فکر می‌کردم. جو سیارات فراخورشیدی را بررسی می‌کند.

داشتن چنین فهرست کاملی از مواد شیمیایی در جو سیاره فراخورشیدی همچنین به دانشمندان نگاهی اجمالی به فراوانی عناصر مختلف در رابطه با یکدیگر می‌دهد، مانند نسبت کربن به اکسیژن یا نسبت پتاسیم به اکسیژن. این به نوبه خود، بینشی در مورد چگونگی تشکیل این سیاره - و شاید سایر سیاره‌ها - از دیسک گاز و غبار اطراف ستاره مادر در سال‌های جوانی ارائه می‌دهد.

فهرست مواد شیمیایی WASP-۳۹ b تاریخچه‌ای از درهم شکستن و ادغام اجرام کوچکتر به نام سیاره کوچک برای ایجاد یک جالوت نهایی یک سیاره را نشان می‌دهد.

کازوماسا اوهنو، محقق سیاره فراخورشیدی UC سانتا کروز که بر روی داده‌های وب کار می‌کرد، می‌گوید: فراوانی گوگرد [نسبت به]هیدروژن نشان داد که احتمالاً سیاره افزایش قابل توجهی از سیاره‌های کوچک را تجربه کرده است که می‌توانند [این مواد]را به جو برسانند. داده‌ها همچنین نشان می‌دهند که اکسیژن بسیار بیشتر از کربن موجود در جو است.

این به طور بالقوه نشان می‌دهد که WASP-۳۹ b در ابتدا بسیار دور از ستاره مرکزی شکل گرفته است.

با تجزیه دقیق جو سیاره فراخورشیدی، ابزار تلسکوپ وب بسیار فراتر از انتظارات دانشمندان عمل کرد - و نوید مرحله جدیدی از اکتشاف در میان طیف گسترده‌ای از سیارات فراخورشیدی در کهکشان را می‌دهد.

لورا فلگ، محقق دانشگاه کرنل و یکی از اعضای تیم بین‌المللی، می‌گوید: ما می‌توانیم تصویر بزرگ جو سیارات فراخورشیدی را ببینیم. این فوق العاده هیجان انگیز است که بدانیم همه چیز بازنویسی خواهد شد. این یکی از بهترین بخش‌های دانشمند بودن است.