کشف آب و متان در سیاره فراخورشیدی «کی۲-۱۸بی»

به گزارش خبرگزاری آنا؛ بنابر گزارش جدید «سای‌تک‌دیلی» (SciTechDaily)، یک جست‌وجوی بزرگ برای هوش فرازمینی (SETI) هیچ سیگنال رادیویی مصنوعیِ باریک‌باندی از «کی۲–۱۸بی» پیدا نکرد؛ اما ابزار‌ها و روش‌های مورد استفاده برای جست‌و‌جو‌های آینده را دقیق‌تر و کارآمدتر کرد.

«کی۲–۱۸بی» در سال‌های اخیر به یکی از بحث‌برانگیزترین جهان‌ها در پژوهش‌های مربوط به سیاره‌های فراخورشیدی تبدیل شده است. این سیاره در فاصله ۱۲۴ سال نوری از زمین، در صورت فلکی اسد قرار دارد و در ناحیه قابل سکونت ستاره کوتوله سرخ خود می‌چرخد.

رصد‌های انجام‌شده با تلسکوپ فضایی جیمز وب نشان می‌دهد که جو این سیاره حاوی مقادیر فراوانی دی‌اکسید کربن و متان است. این ترکیب باعث شده «کی۲–۱۸بی» به یکی از اصلی‌ترین نامزد‌ها برای یک جهان «هایسین» (Hycean) تبدیل شود؛ اصطلاحی که به سیاره‌ای با جوی ضخیم و غنی از هیدروژن در بالای یک اقیانوس جهانی از آب مایع اشاره دارد.

از آنجا که «کی۲–۱۸بی» هدفی بسیار جذاب برای پژوهشگران جست‌وجوی برای هوش فرازمینی (SETI) به شمار می‌رود، دانشمندان از دو مورد از قدرتمندترین تلسکوپ‌های رادیویی جهان برای پایش سامانه ستاره‌ای آن استفاده کردند. یک [نسخه] پیش‌چاپ پژوهشی تازه در وبگاه «آرکایو» (arXiv) گزارش می‌دهد که با وجود ثبت میلیون‌ها سیگنالِ بالقوه مشکوک، تیم پژوهشی هیچ سیگنال رادیویی مصنوعیِ باریک‌باندِ محتملی از این سیاره در سطحی قابل مقایسه با فناوری کنونی بشر پیدا نکرد.

سیاره «کی۲–۱۸بی» در کنار زمین

دو تلسکوپ وارد جست‌و‌جو شدند

این رصد‌ها به استفاده همزمان از رادیوتلسکوپ «آرایه بسیار بزرگ کارل جی. یانسکی» (Karl G. Jansky Very Large Array یا VLA) در ایالت نیومکزیکوی آمریکا و رادیوتلسکوپ «میرکَت» (MeerKAT) در آفریقای جنوبی نیاز داشت. این دو از توانمندترین رادیوتلسکوپ‌های جهان به شمار می‌روند و اجرای برنامه‌های رصدیِ هماهنگ میان آنها اتفاقی بسیار غیرمعمول است.

خودِ تلسکوپ‌ها تنها بخشی از این پروژه بودند. در اخترشناسی رادیویی، نرم‌افزار‌های مرتب‌سازی و پالایش داده‌ها به اندازه ابزار‌های رصدی اهمیت دارند. بیشتر سیگنال‌هایی که این تلسکوپ‌ها دریافت می‌کنند از فعالیت‌های انسانی روی زمین ناشی می‌شود؛ به همین دلیل، جست‌و‌جو‌های مدرن به سامانه‌های پیشرفته پالایش داده وابسته‌اند. در این مطالعه، آرایه بسیار بزرگ (VLA) از سامانه‌ای به نام «خوشه تداخل‌سنجِ چندحالته متن‌بازِ هم‌زمان» (Commensal Open-Source Multi-Mode Interferometer Cluster) استفاده کرد. در مقابل، رادیوتلسکوپ میرکت از سامانه «تجهیزات اختصاصی پروژه بریک‌ترو لیسن» (Breakthrough Listen User Supplied Equipment یا BLUSE) بهره برد. هر دو سامانه برای جدا کردن سیگنال‌های احتمالی نجومی از انبوه نویز رادیوییِ زمینی ضروری هستند.

نویز زمینی باید حذف می‌شد

با این حال، منطق این پالایش‌ها همچنان بر عهده پژوهشگران انسانی بود و مقاله توضیح می‌دهد که آنها پنج محدودیت متفاوت را برای غربال داده‌ها و جست‌وجوی ردپا‌های فناوری (نشانه‌های فناورانه) احتمالی فرازمینی اعمال کردند.

نخستین مرحله، حذف داده‌های آلوده به تداخلات فرکانس رادیویی (RFI masking) بود؛ به بیان ساده، آنها تمام داده‌های مربوط به سیگنال‌هایی را حذف کردند که در بازه‌های فرکانسیِ شناخته‌شده و به‌شدت آلوده به تداخلات زمینی قرار داشتند. اگر موجودات فرازمینی روی همان کانال‌ها ارتباط برقرار می‌کردند، باید از روش دیگری — مانند یک تلسکوپ رادیویی در سمت پنهان ماه — برای شنیدن آنها استفاده می‌شد.

اثر دوپلر، همان پدیده‌ای که باعث می‌شود صدای آمبولانس هنگام نزدیک شدن یا دور شدن تغییر کند، زمانی که سیگنال میان سیاره‌ها حرکت می‌کند حتی برجسته‌تر است. هر سیگنالی که عملا هیچ تغییر دوپلری نداشت، بلافاصله حذف شد؛ زیرا تنها می‌توانست منشأ زمینی داشته باشد.

شاید بحث‌برانگیزترین تصمیم منطقی در پالایش داده‌ها، حذف تمام سیگنال‌هایی بود که نسبت سیگنال به نویز آنها کمتر از ۱۰ یا بیشتر از ۱۰۰ بود. این کار اگرچه سیگنال‌های کاذب بسیار ضعیف و همچنین داده‌های مصنوعیِ ناشی از ابزار‌ها - که معمولا فقط در یک آنتن دیده می‌شوند - را حذف می‌کرد، اما ممکن بود برخی سیگنال‌های واقعی، اما نسبتا ضعیف را نیز کنار بگذارد.

روش دیگر پالایش، استفاده از آنالیز چندپرتویی بود. در این روش، تلسکوپ‌ها پرتو‌های همدوس (هماهنگ و هم‌فاز) را در سراسر آسمان شکل دادند؛ یکی مستقیما به سوی K۲-۱۸b نشانه رفت و دیگری به نقطه‌ای متفاوت. در چنین شرایطی، سیگنالی که از سیاره فراخورشیدی می‌آید باید فقط در پرتوی متمرکز بر آن دیده شود، در حالی که تداخلات زمینی به‌طور همزمان وارد چندین پرتو می‌شوند.

آخرین روش بررسی، «پالایش گذر» (transit filtering) بود. بر اساس این روش، هر سیگنالی که واقعا از «کی۲–۱۸بی» منشأ بگیرد، باید زمانی که سیاره پشت ستاره میزبان خود پنهان می‌شود، ناپدید شود. اما از آنجا که در بازه زمانی این رصد‌ها چنین «گذر ثانویه‌ای» رخ نداد، نیازی به استفاده از این نوع پالایش نبود.

هیچ نشانه فناورانه‌ای از فیلتر‌ها عبور نکرد

در مجموع، با وجود میلیون‌ها سیگنال احتمالی در طول دوره رصد، هیچ‌یک نتوانست از این فیلتر‌ها عبور کند. هیچ ردپای فناورانه قطعی‌ای در سیگنال‌های رادیویی باریک‌باندِ دریافت شده از «کی۲–۱۸بی» مشاهده نشد. هرچند این نتیجه ممکن است ناامیدکننده به نظر برسد، اما دقیقا همان چیزی است که علم برای پیشرفت به آن نیاز دارد.

پژوهشگران با اسکن کامل این سیاره و نیافتن هیچ نشانه‌ای، توانستند «کران بالایی» برای توان فرستنده احتمالی آن سامانه تعیین کنند؛ از نظر توان، این مقدار تقریبا با رادار سابق آرسِبو در پورتوریکو برابری می‌کند. اگر تمدنی در آنجا وجود داشته باشد، دست‌کم با چیزی قدرتمندتر از این سطح از فناوری رادیویی در حال «فریاد زدن» به سوی ما نیست.

با این حال، شاید مهم‌ترین دستاورد این پژوهش، اثبات کارآمدی سامانه پالایش خودکار آن باشد. پردازش دستی میلیون‌ها سیگنالی که این دو تلسکوپ کشف کردند تقریبا غیرممکن بود؛ بنابراین هنگامی که رادیوتلسکوپ‌های عظیم‌تری مانند «آرایه کیلومتر مربعی» (Square Kilometer Array) وارد مرحله عملیاتی شوند، این روش‌ها آماده خواهند بود تا به پژوهشگران در تفسیر انبوه داده‌های جمع‌آوری‌شده کمک کنند.

شاید K۲-۱۸b امروز ساکت باشد؛ اما اگر روزی شروع به صحبت کند، ما در شنیدن آن بسیار ماهرتر خواهیم بود.

دنیای مرموز «کی۲–۱۸بی» (K۲-۱۸b)

«کی۲–۱۸بی» یک سیاره فراخورشیدی از نوع «ابرزمین» یا «زیرنپتون» است؛ یعنی سیاره‌ای بزرگ‌تر از زمین، اما کوچک‌تر از نپتون که معمولا جوی ضخیم و غنی از گاز دارد. این سیاره به دور ستاره‌ای کوتوله سرخ به نام «کی ۲–۱۸» (K۲-۱۸) می‌گردد و براساس اطلاعات منتشر شده از سوی ناسا، حدود ۱۲۴ سال نوری از زمین فاصله دارد و هر ۳۲٫۹ روز یک بار مدار خود را کامل می‌کند. جرم این سیاره ۸٫۹۲ برابر زمین و شعاع آن ۲٫۳۷ برابر زمین است. «کی۲–۱۸بی» (K۲-۱۸b) نخستین بار در سال ۲۰۱۵ به وسیله تلسکوپ فضایی کپلر کشف شد و بعد‌ها با تلسکوپ فضایی جیمز وب برای مطالعه جو آن زیر نظر قرار گرفت.

آنچه «کی۲–۱۸بی» را به یکی از مشهورترین سیاره‌های فراخورشیدی سال‌های اخیر تبدیل کرده، مجموعه‌ای از ویژگی‌های غیرمعمول آن است؛ از جمله قرار گرفتن در ناحیه قابل سکونت ستاره‌اش، احتمال وجود آب، ترکیب شیمیایی جوی و حتی گزارش‌های بحث‌برانگیز درباره مولکول‌های احتمالیِ مرتبط با حیات.

دانشمندان معتقدند این سیاره ممکن است نمونه‌ای از یک «جهان هایسین» باشد؛ یعنی سیاره‌ای با اقیانوسی عظیم از آب در زیر جوی غنی از هیدروژن. نام «هایسین» نیز از ترکیب دو واژه hydrogen (هیدروژن) و ocean (اقیانوس) ساخته شده است.

رصد‌های تلسکوپ فضایی جیمز وب نشان داده‌اند که در جو «کی۲–۱۸بی» بخار آب، متان و دی‌اکسید کربن وجود دارد. با این حال، دانشمندان هنوز درباره ماهیت واقعی این جهان اتفاق‌نظر ندارند. برخی مدل‌ها این سیاره را جهانی اقیانوسی با جوی غنی از هیدروژن توصیف می‌کنند؛ جهانی که شاید بتواند شرایطی مناسب برای آب مایع و برخی شکل‌های حیات فراهم کند. در حالی که برخی دیگر می‌گویند این سیاره ممکن است بیشتر شبیه یک نپتون کوچک و گازی باشد تا سیاره‌ای شبیه زمین.

بحث‌برانگیزترین بخش پژوهش‌ها درباره «کی۲–۱۸بی» به احتمال وجود ترکیب شیمیایی‌ای به نام «دی‌متیل سولفید» (DMS) در جو این سیاره مربوط می‌شود؛ گازی گوگرددار که روی زمین که طبق آنچه در دانشنامه «بریتانیکا» آمده عمدتا توسط جانداران میکروسکوپی دریایی تولید می‌شود و به همین علت یکی از «نشانگر‌های زیستی» احتمالی به شمار می‌رود. در سال ۲۰۲۵ گروهی از پژوهشگران اعلام کردند که شاید نشانه‌هایی از DMS یا ترکیب مشابه آن، DMDS، را در جو این سیاره مشاهده کرده باشند. با این حال، این ادعا هنوز از سوی جامعه علمی به طور گسترده پذیرفته نشده است، زیرا برخی دانشمندان معتقدند این سیگنال‌ها ممکن است حاصل فرایند‌های شیمیایی غیرزیستی یا حتی خطا‌های اندازه‌گیری باشند.

با وجود همه این ابهام‌ها، K۲-۱۸b اکنون به یکی از مهم‌ترین آزمایشگاه‌های طبیعی برای مطالعه سیاره‌های فراخورشیدی تبدیل شده است. دانشمندان امیدوارند نسل آینده تلسکوپ‌ها و رصد‌های دقیق‌تر بتوانند مشخص کنند آیا این جهان واقعا دارای اقیانوس، شرایط مناسب برای حیات، یا حتی نشانه‌هایی از فرایند‌های زیستی است یا نه.