گازی یا سنگی: ستاره‌شناسان راز ابَرزمین‌ها را فاش می‌کنند

یک ستاره در فاصله‌ی تقریبی ۱۰۰ سال نوری در منظومه‌ی حوت، GJ 9827 میزبان یکی از بزرگترین و متراکم‌ترین سیاره‌های ابَرزمین است که بر اساس یک پژوهش جدید با رهبری جوآنا تسک از کارنیگ کشف شده است. این اطلاعات جدید شواهدی را ارائه می‌کنند که به ستاره‌شناسان در درک بهتر فرآیند شکل‌گیری سیاره‌ها کمک می‌کنند.

ستاره‌ی GJ 9827 میزبان یک گروه سه‌گانه از سیاره‌ها است که در مأموریت شکاره‌ی سیاره‌ی خارجی کپلر / K2  کشف شده است، و هر سه سیاره از زمین بزرگ‌تر هستند. این اندازه ، متداول‌ترین اندازه‌گیری مأموریت کپلر در کهکشان در یک بازه‌ی چندروزه تا چندصد روزه است.

البته هیچ سیاره‌ای با این اندازه‌ در منظومه‌ی شمسی ما وجود ندارد. همین مسئله دانشمندان را نسبت به شرایط شکل‌گیری و ظهور ستاره‌ها کنجکاو کرده است.

یک نکته‌ی کلیدی مهم برای درک تاریخچه‌ی سیاره‌ها، شناسایی ترکیب آن‌ها است. آیا این ابَرزمین‌ها مثل سیاره‌ی ما سنگی هستند؟ یا فقط هسته‌های جامدی دارند که با جوهای بزرگ گازی احاطه شده‌اند؟

دانشمندان برای درک مواد تشکیل‌دهنده‌ی یک سیاره‌ی خارجی در ابتدا باید جرم و شعاع آن را اندازه‌گیری کنند، با استفاده از این اطلاعات می‌توانند تراکم حجمی آن را تعیین کنند.

هنگام اندازه‌گیری با این روش، ستاره‌شناس‌ها یک روند را شناسایی کردند. سیاره‌هایی با شعاع بزرگتر از ۱.۷ برابر شعاع زمین مثل نپتون، دارای یک پوشش گازی هستند و سیارات با شعاع کوچکتر ، مثل سیاره‌ی زمین، در دسته‌ی سیاره‌های سنگی قرار می‌گیرند.

بعضی پژوهشگرها نشان می‌دهند که این اختلاف بر اثر تبخیر نوری به وجود می‌آیند، این فرآیند پوشش بخاری اطراف سیاره را یعنی موادی مثل آب و کربن‌دی‌اکسید که نقاط جوش پایینی دارند، حذف می‌کند و سیاره‌هایی با شعاع کوچکتر ایجاد می‌کند. اما اطلاعات بیشتری برای تست این نظریه لازم است.

به همین دلیل سه سیاره‌ی GJ 9827 سیاره‌های ویژه‌ای هستند، شعاع آن‌ها به ترتیب ۱.۶۴ ، ۱.۲۹ و ۲.۰۸ است (به ترتیب سیاره‌های a، b و c) ، و مرز تقسیم بین سیاره‌های ابَرزمین (سنگی) و زیرنپتونی (تا حدی گازی) را پر می‌کنند.

خوشبختانه، تیم دانشمندان کارنیگ از جمله استیو شکتمن، شارون وانگ، پاول باتلر ، جف کرین و یان تامسون با اسپکتوگراف سیاره‌یاب خود (PFS) به بررسی GJ 9827 می‌پردازند بنابراین می‌توانند به جای افزایش تعداد دفعات مشاهده‌ی GJ 9827 با داده‌های موجود جرم سه سیاره‌ را محدود کنند.

تسک توضیح می‌دهد

معمولا، اگر یک سیاره‌ی در حال گذار کشف شود، برای جمع‌آوری مشاهدات کافی و اندازه‌گیری جرم آن، ماه‌ها زمان لازم است. به این دلیل که GJ 9827 یک ستاره‌ی درخشان است، آن را در گروهی از ستاره‌ها قرار می‌دهیم که ستاره‌شناسان کارنیگ از سال 2010 به بررسی آن‌ها پرداخته‌اند. این ستاره برای PFS منحصر‌به فرد بود.

اسپکتوگراف توسط دانشمندان کارنیگ توسعه یافت و در رصدخانه‌یلاس کامپاناس کارنیگ روی تلسکوپ‌های مگالان کلی نصب شد.

مشاهدات PFS نشان می‌دهند جرم سیاره‌ی b دقیقا هشت برابر جرم زمین است، در نتیجه بزرگ‌ترین و متراکم‌ترین ابَرزمینی است که تاکنون کشف شده است. جرم سیاره‌های c و d هم به ترتیب، تقریبا دو‌ونیم و چهار برابر زمین هستند، اگرچه عدم قطعیت در این مشاهدات بسیار بالا است.

این اطلاعات نشان می‌دهند سیاره‌ی d دارای یک پوشش گازی برجسته است و این سؤال را به وجود می‌آورد که آیا سیاره‌ی c هم دارای یک پوشش گازی است. اما محدودیت بهتر در مورد جرم سیاره‌ی b نشان می‌دهد که دقیقا ۵۰ درصد آن از آهن تشکیل شده است. وانگ می‌گوید:

مشاهدات بیشتری برای شناسایی ترکیب این سه سیاره لازم است. اما به نظر می‌رسد این سیاره‌ها بهترین کاندید‌ها برای تست ایده‌های شکل‌گیری ابرَزمین‌ها هستند که در آینده با تلسکوپ جدید جیمز وب از ناسا بررسی خواهند شد.