کشف اولین سیاره غول پیکر در مدار یک کوتوله سفید

پژوهشگران به کمک یکی از تلسکوپ‌های VLT که مجهز به طیف نگار بسیار دقیقی به نام X-shooter است توانسته‌اند برای نخستین بار شواهدی از حضور یک سیاره غول‌پیکر شبه نپتون را در اطراف ستاره کوتوله سفید WDJ0914+1914 پیدا کنند.

معرفی کوتوله سفید

کوتوله‌های سفید، بقایای به جا مانده از ستارگانِ خورشیدسان هستند. ستارگانی که جرم آن‌ها در حدود جرم خورشید است، در پایان عمر خودشان و پس از پشت سر گذاشتن مرحله غول قرمزی، لایه‌های خارجی خودشان را در فضا از دست می‌دهند و قسمت مرکزی آن‌ها به صورت کره‌ای فشرده از ماده بسیار چگال و فشرده باقی می‌ماند که به آن کوتوله سفید می‌گویند.

براساس مدل‌های موجود کوتوله سفیدی که جرمی برابر خورشید در خود دارد، هم اندازه کره‌ زمین است! و همین نشان می‌دهد که فشردگی ماده در این ستاره‌ها به طرز عجیبی زیاد است، به نحوی که وزن یک فنجان از ماده آن‌ها ۱۰۰٫۰۰۰ کیلوگرم خواهد بود. به عبارت دیگر کوتوله‌های سفید جنازه به جا مانده از ستارگان خورشیدسان هستند. خورشید هم در انتهای عمرش یعنی حدد ۵ میلیارد سال دیگر به چنین حالتی خواهد رسید.

کوتوله‌ جدید و سیاره‌اش

کوتوله سفید WDJ0914+1914 در فاصله ۱۵۰۰ سال نوری از ما و در امتداد صورت فلکی سرطان قرار دارد. این ستاره در جریان پروژه «نقشه بردار دیجیتال آسمان اسلوان» یا SDSS کشف شده است و دمای سطحی آن ۲۸۰۰۰ درجه سانتیگراد است.

شواهد نشان می‌دهند که سیاره‌ای شبه نپتون در فاصله بسیار نزدیک از آن در گردش است. این سیاره جدید به قدری به این ستاره نزدیک است که تابش‌های قوی فرابنفشی که از کوتوله سفید تابش می‌شوند توانسته‌اند جوّ این سیاره را به حالت بخار درآورده و مقدار زیادی از این گازها به صورت یک قرص چرخان در یک مسیر مارپیچی به سوی ستاره روان شوند.

ویژگی منحصر به فرد این سیستم این است که می‌تواند اشاره‌ای باشد به سرانجام منظومه خورشیدی خودمان در آینده‌ای بسیار دور؛ این‌که احتمالا پس از پایان عمر خورشید، بر سر سیاره‌های غول‌پیکر خارجی چه خواهد آمد!

این کوتوله سفید از بین ۷۰۰۰ کوتوله سفیدی که توسط SDSS کشف شده‌اند، انتخاب شده است. در واقع این یکی تنها موردی بوده که نوراینت آن مقداری با بقیه کوتوله‌های سفید متفاوت بود. بررسی‌های دقیق در تغییرات جزئی و خفیف نور آن نشان داد که ردپایی از عناصر شیمایی‌ای در طیف آن وجود دارد که تاکنون در هیچ کوتوله سفیدی مشاهده نشده بود.

یک سیستم منحصر به فرد

این ترکیبات شیمیایی از آن نوعی بود که در ساختار سیاره‌ها مشاهده می‌شوند و نیاز به تحقیقات دقیق و بیشتر احساس می‌شد. در نهایت رصدهای مستمر و پیگیری که توسط یکی از از تلسکوپ‌های ۸٫۲ متری VLT و با کمک طیف سنج دقیق X-shooter  انجام شد نشان داد که کوتوله سفید توسط قرصی از گاز که در آن مقادیر زیاد اکسیژن، نیتروژن و گوگرد وجود دارد احاطه شده است و این گازها در حال چرخش و جذب به دور آن هستند. گازهایی که منشأ آن‌ها خود ستاره نیست.

هفته‌ها فکر و تحلیل سنگین نیاز بود تا گروه پژوهشی به این نتیجه برسند که تنها راه برای ایجاد چنین قرصی با چنین موادی در اطراف ستاره، وجود سیاره‌ای بزرگ است که همچون نپتون و اورانوس، مقادیر عظیمی از اکسیژن، نیتروژن و گوگرد را در زیر لایه‌های اتمسفر یخ زده خودش داشته باشد. این لایه‌های خارجی جوّ (اتمسفر) سیاره می‌توانند در اثر تابش‌های شدید فرابنفش کوتوله سفید تبخیر شده و در نهایت به سوی ستاره رهسپار ‌شوند.

اخترشناسان این گروه که از کشورهای انگلستان، شیلی و آلمان هستند، توانستند با ترکیب اطلاعات رصدی و مدل‌های نظری، یک تصویر واضح از وضعیت این سیتم منحصر به فرد ارائه دهند:

شبیه‌سازی انجام شده از این منظومه

کوتوله سفید همچون یک نقطه سفید در مرکز است و سیاره غول‌پیکر در حال گردش به دور آن که دنباله‌ای از گازهای تبخیر شده از اتمسفرش را به دنبال خود می‌کشد. بیشتر این گازها از منظومه فرار می‌کنند و مقدار زیادی هم در آن قرص در یک مسیر مارپیچی به سوی کوتوله سفید جذب می‌شوند.

 کوتوله سفید، کره‌ای است بسیار کوچک با دمای ۲۸۰۰۰ درجه سانتیگراد که به علت همین گرمای شدید، تابش‌های قدرتمندی از جنس فرابنفش به فضا گسیل می‌کند. در مقابل آن سیاره‌ای غول‌پیکر که اندازه آن حداقل ۲ برابر بزرگتر از کوتوله سفید است؛ سیاره‌ای یخ زده همچون نپتون است که به علت فاصله بسیار نزدیک تا ستاره، هر ۱۰ روز یک بار به دور آن می‌گردد!

در اثر برخورد تابش‌های پرانرژی کوتوله سفید به سیاره، جوّ آن به حالت بخار شده از سطح سیاره جدا می‌شوند و بیشتر آن‌ها از این مجموعه فرار می‌کنند. اما مقداری هم به سوی کوتوله سفید در یک قرص مارپیچی به سوی ستاره جذب می‌شوند. تخمین زده شده که در هر ثانیه ۳۰۰۰ تُن از این گازها بر سطح ستاره فرود می‌آیند! وجود همین قرص گازهاست که باعث شده حضور این سیاره پنهان برای ما آشکار شود.

حضور سیاره در مکانی عجیب!

نکته‌ای که خیلی ذهن اخترشناسان را به خود مشغول کرده همین فاصله بسیار نزدیک سیاره به ستاره است، ۱۰ میلیون کیلومتر! آن را مقایسه کنید با عطارد که از خورشید حدود ۵۸ میلیون کیلومتر فاصله دارد.

این مطلب را هم در نظر بگیریم که هرگاه خورشید در مراحل پایانی عمرش به غول قرمز تبدیل می‌شود به قدری باد می‌کند که سیاره‌های عطارد و زهره و احتمالا زمین را هم در خود خواهد بلعید. حالا در این سیستم سیاره‌ای یک سیاره غول‌پیکر را در چنین فاصله نزدیکی از ستاره‌اش مشاهده می‌کنیم.

اخترشناسان احتمال می‌دهند که پس از مرحله غول قرمزی، اتفاقاتی باعث شده که این سیاره از مدار اصلی‌اش که در فاصله بسیار دور از ستاره بوده است به چنین مدار نزدیکی جابه‌جا شده باشد. چیزی که فعلا در مورد آن نه می‌توان نظری قطعی داد، و نه اطلاعی از حضور دیگر سیارات احتمالی در این منظومه داریم. ولی همین مطالعات می‌تواند دیدگاه ما را نسبت به آینده منظومه شمسی و اعضای آن متحول کند.

چنین اکتشافاتی در دنیای نجوم به ما نشان می‌دهد که همواره باید منتظر باشیم تا ببینیم این جهان بیکران و اسرارآمیز چه صحنه‌های غیرمنتظره‌ای را برای ما مهیا کرده است!

تهیه و تنظیم: محمد همایونی

منبع: eso.org