کشف تازه جیمز وب؛ سیاره‌ای ۱۰ میلیارد ساله با وجود نزدیکی شدید به ستاره‌اش جو ضخیم دارد

پیام خوزستان - زومیت / جیمز وب قوی‌ترین مدرک از وجود جو در یک ابرزمین باستانی را کشف کرده است؛ یافته‌ای که فرضیات اخترشناسان درباره جو سیارات فراخورشیدی را به چالش می‌کشد.
داده‌های جدید تلسکوپ فضایی جیمز وب نشان می‌دهد که ابرزمین باستانی TOI-561 b باید اتمسفری بسیار غلیظ داشته باشد؛ یافته‌ای که قوی‌ترین مدرک تاکنون برای وجود جو در سیاره‌ای سنگی خارج از منظومه شمسی به شمار می‌رود. اگر این سپر گازی وجود نداشت، دمای سمت روز این سیاره بسیار فراتر از مقادیر فعلی می‌رفت. هرچند گرمای طاقت‌فرسای این جهان امکان وجود هرگونه حیات با شیمی شناخته‌شده را منتفی می‌کند، پایداری اتمسفر در چنین شرایط سختی و برای مدتی چنین طولانی، اخترشناسان را به یافتن جهان‌های سکونت‌پذیرتر امیدوار ساخته است.
کشف منظومه TOI-561 شامل سه سیاره (b، c و d) در چهار سال پیش، جامعه‌ی نجوم را شگفت‌زده کرد؛ چرا که ستاره‌ی میزبان آن‌ها بسیار کهنسال است. تخمین زده می‌شود که این ستاره حدود ۱۰ میلیارد سال قدمت داشته باشد که آن را به یکی از پیرترین ستاره‌های شناخته‌شده در کهکشان راه شیری تبدیل می‌کند. از آنجایی که این سیارات در مدارهایی بسیار نزدیک به ستاره‌ی خود می‌چرخند، احتمالاً هم‌زمان با خود ستاره و از یک ابر غبار واحد شکل گرفته‌اند.
هر سه سیاره‌ی منظومه در دسته‌ی ابرزمین‌ها جای می‌گیرند؛ یعنی ابعادی بزرگ‌تر از زمین دارند اما از نپتون کوچک‌ترند. نکته‌ی تأمل‌برانگیز این است که در زمان شکل‌گیری این منظومه، کهکشان هنوز غنی از عناصر سنگین (سازنده سیارات سنگی) نبود، بااین‌حال چگالی TOI-561 b تفاوت چندانی با زمین ندارد. اکنون، درونی‌ترین سیاره این منظومه با حفظ اتمسفری غلیظ، بار دیگر فرضیات پیشین را به چالش کشیده است.
سال گذشته، جیمز وب شواهدی یافت که نشان می‌داد ابرزمین داغ دیگری به نام 55 Cancri e از سیستمی برای خنک‌کردن سمت روز خود بهره می‌برد که احتمالاً ناشی وجود اتمسفر و بادهای شدید است. اکنون رصدهای دقیق‌تر روی TOI-561 b، فرضیه مشابهی را با قدرت بیشتری تأیید می‌کند.
اگرچه هنوز تصویر دقیقی از شمایل سیاره‌ای با اقیانوس‌های وسیع ماگما و اتمسفری ضخیم در دست نداریم، این تصویر، طرح مفهومی از چنین دنیای خروشان و متلاطمی است که در آن سنگ‌های ذوب‌شده و لایه‌های انبوه گاز در چرخه‌ای دائمی با یکدیگر در تعامل هستند.
بازار
سیاره TOI-561 b چهارمین جهان فوق‌داغی است که دمای آن با مدل‌های «سنگ عریان» همخوانی ندارد. این سیاره دچار قفل گرانشی است؛ یعنی همیشه یک روی آن به سمت ستاره قرار دارد. با وجود اینکه دمای این سمت ۱۸۰۰ درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری شده، محاسبات نشان می‌دهند با توجه به فاصله بسیار اندک تا ستاره (۴۰ برابر نزدیک‌تر از فاصله عطارد تا خورشید) و دوره‌ی مداری کوتاه ۱۰٫۶ ساعته، دمای آن باید به ۲۷۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد می‌رسید.
دکتر آنجالی پیت از دانشگاه بیرمنگام، توضیح می‌دهد: «بادهای سهمگین با انتقال حرارت به سمت تاریک سیاره، سمت روز را خنک می‌کنند. همچنین گازهایی مانند بخار آب، برخی طول موج‌های نور فروسرخ نزدیک را پیش از خروج از جو جذب می‌کنند، به همین دلیل تلسکوپ نور کمتری دریافت کرده و سیاره سردتر به نظر می‌رسد. همچنین این احتمال وجود دارد که ابرهای درخشان سیلیکاتی با بازتاب‌دادن نور ستاره، به خنک‌ماندن جو کمک کنند.»
کشف جو در جهانی بسیار نزدیک به ستاره‌اش غیرمنتظره است؛ چرا که حفظ اتمسفر برای سیاره‌ای با این شدت گرما یک چالش فیزیکی عظیم محسوب می‌شود. گرمای زیاد به مولکول‌ها انرژی فرار می‌دهد و طوفان‌های ستاره‌ای لایه‌های جوی را می‌زدایند. بنابراین، TOI-561 b باید منبعی برای جبران اتمسفر از‌دست‌رفته داشته باشد.
حفظ اتمسفر برای سیاره‌ای با این شدت گرما چالش فیزیکی عظیمی محسوب می‌شود
دانشمندان معتقدند اتمسفر سیاره از طریق چرخه‌ای مداوم بازسازی می‌شود که در آن گازها توسط اقیانوس‌های ماگما جذب و سپس دوباره آزاد می‌شوند. نیکول والاک از مؤسسه‌ی کارنگی، می‌گوید: «براساس دانش ما، اخترشناسان پیش‌بینی می‌کردند که چنین سیاره‌ای برای حفظ اتمسفر خود بسیار کوچک و داغ باشد. اما مشاهدات ما نشان می‌دهد که این سیاره با پتوی ضخیمی از گاز احاطه شده که دانش ما درباره‌ی سیارات با دوره مداری فوق‌کوتاه را دگرگون می‌کند.»
دکتر تیم لیختنبرگ از دانشگاه خرونینگن نیز می‌افزاید: «این سیاره برای توجیه مشاهدات باید بسیار بیشتر از زمین دارای مواد فرار باشد. سیاره واقعاً مانند توپ گدازه مرطوب است.»
وجود اتمسفر حتی می‌تواند محاسبات درمورد ترکیب ساختاری TOI-561 b را تغییر دهد. پیش از این، با مقایسه جرم و حجم، چگالی سیاره کمی کمتر از زمین برآورد شده بود که آن را به هسته‌ای کوچک‌تر و سنگ‌های سیلیکاتی بیشتر نسبت می‌دادند. اما داده‌های جیمز وب نشان می‌دهد که شاید اتمسفر چنان عمیق باشد که بخشی از آن در رصدها به عنوان بدنه جامد سیاره به نظر رسیده باشد؛ در حالی که در واقعیت، هسته سنگی سیاره کوچک‌تر و فشرده‌تر است.
تلسکوپ جیمز وب برای این مطالعه‌ی خیره‌کننده، ۳۷ ساعت زمان باارزش خود را به رصد مداوم سیاره اختصاص داد تا تغییرات تابشی آن را در طول چهار بار گردش به دور ستاره‌اش ثبت کند.
پژوهش در نشریه‌ی The Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.