توسط مَتیو ر. فرانسیس
نمونهای از ستارگان پیر شبیه خورشید نشان میدهد که احتمالاً نزدیکترین سیارههای خود را میبلعدند.
این مقاله ابتدا در ایوس منتشر شد. این نشریه این مقاله را به بخش صدای کارشناسان Space.com: Op‑Ed & بینشها ارائه داد.
خورشید ما تقریباً نیمی از عمر خود را سپری کرده است، به این معنی که زمین نیز همینطور است. پس از اینکه ستاره تمام سوخت هیدروژنی هستهای خود را مصرف کرد، قطر آن بیش از صد برابر میشود و هر سیارهای که در مدار نزدیک قرار دارد را میبلعد. این روز برای سیستم خورشیدی ما حداقل ۵ میلیارد سال دیگر است، اما دانشمندان یک پیشنمایش ممکن از سرنوشت جهان خود را شناسایی کردهاند.
با استفاده از دادههای دستگاه عبوری سیارات (TESS)، ستارهشناسان Edward Bryant از دانشگاه واریک و Vincent Van Eylen از کالج دانشگاه لندن، سیستمهایی را که شامل ستارگانی در توالی اصلی عمر خود هستند — که هیدروژن را میسوزانند، مانند خورشید — با ستارگانی پس از توالی اصلی که نزدیک به پایان عمر خود هستند، چه با سیاره و چه بدون سیاره، مقایسه کردند.
«ما مشاهده کردیم که این سیارهها بههمینتدریج نادرتر میشوند [در حالیکه ستارگان پیر میشوند]»، برایانت گفت. به عبارت دیگر، سیارهها با پیر شدن ستارگان میزبانی خود ناپدید میشوند. مقایسهی سامانههای سیارهای دارای ستارگان جوان و قدیمی واضح میکند که این اختلاف به این دلیل نیست که سیارهها در ابتدا وجود نداشتند: ستارگان پیر فقط گرسنه میشوند.
«ما نسبتاً مطمئنیم که این مسئله به دلیل اثر شکلگیری نیست»، برایانت توضیح داد، «زیرا تفاوتهای بزرگ در جرم و [ترکیب شیمیایی] این ستارگان نسبت به جمعیت ستارگان در توالی اصلی نمیبینیم».
بلعیده شدن کامل تنها راهی نیست که ستارگان غولپیکر میتوانند سیارهها را نابود کنند. با بزرگ شدن، این ستارگان نیروهای کششی فزایندهتری بر ماهوارههای خود اعمال میکنند که باعث پوسیدگی مدار آنها میشود، جوهایشان را میزداید و حتی میتواند آنها را بهطور کامل پاره کند. جنبهی پوسیدگی مداری احتمالاً قابلاندازهگیری است و این همان اثر است که براینت و وان آیلن در مدلشان برای چگونگی مرگ سیارهها در نظر گرفتهاند.
«ما به بررسی میزان رایج بودن سیارهها در اطراف انواع مختلف ستارگان میپردازیم، یعنی تعداد سیارهها به ازای هر ستاره»، برایانت گفت. برایانت و وان آیلن ۴۵۶,۹۴۱ ستاره پساز‑دنبالهٔ اصلی را در دادههای TESS شناسایی کردند و از میان آنها ۱۳۰ سیاره و کاندید سیاره با مدارهای نزدیک پیدا کردند. «سهم [ستارگانی که سیاره دارند] بهطور قابلتوجهی برای تمام ستارگان و سیارههای دورهکوتاه کاهش مییابد، که کاملاً با پیشبینیهای نظریهای که میگوید پوسیدگی کششی در هنگام تکامل این ستارگان بسیار قوی میشود، همراستا است».
ستارهشناسان با استفاده از TESS سیارات فراخورشیدی را با جستجوی کاهش نور که هنگام عبور آنها از جلوی ستارگان میزبانی رخ میدهد، که بهعنوان یک خورشیدگرفتگی کوچک بهنام عبور (ترنزیت) شناخته میشود، پیدا میکنند. همانند هر روش دیگری برای شناسایی سیارات فراخورشیدی، عبورها برای سیارههای بزرگ، بهطور خاص سیارات ژوپیترمانند در مدارهای نسبتاً کوچک که کمتر از نصف یک سال زمینی طول میکشند، مناسبترین هستند؛ گاهی اوقات بهطرز چشمگیر کمتر. بنابراین این سامانههای خورشیدی در این زمینه شبیه سامانهمان نیستند. مطالعهٔ سیاراتی که به دور ستارگان پس از توالی اصلی میچرخند، چالشهای اضافی بهوجود میآورند.
«اگر سیارهای با همان ابعاد داشته باشید اما ستارهای بزرگتر داشته باشید، عبور کوچکتری خواهید داشت»، برایانت گفت. «این کار یافتن این سامانهها را دشوارتر میکند چون سیگنالها خیلی ضعیفتر هستند».
اما با این حال، اگرچه ستارگانی که در دادههای نمونه مورد بررسی قرار گرفتند سطح بسیار بزرگتری دارند، اما وزن آنها با خورشید قابل مقایسه است و این همان نکتهای است که پژوهشگران میگویند. ستارهای که جرم آن برابر با خورشید باشد همان مراحل زندگی را طی میکند و به همان شیوه میمیرد، و این تشابه به ما کمک میکند تا آیندهٔ سیستم خورشیدیمان را کشف کنیم.
سیارهها: بخشی از صبحانهٔ متعادل ستارهای
علم سیارات فراخورشیدی یکی از بزرگترین دستاوردهای نجوم در دورهٔ معاصر است: از زمان کشف اولین سیاره فراخورشیدی ۳۰ سال پیش، ستارهشناسان بیش از ۶٬۰۰۰ سیاره را تأیید کردهاند و نامزدهای بسیاری برای سکوپهای بعدی شناسایی کردهاند. همزمان، کار با سیارههای مدور به دور ستارگان پساز‑دنبالهٔ اصلی میتواند چالشی باشد.
یکی از جنبههای دشوار این کار مربوط به سن ستارگان است که میلیاردها سال پیش از خورشید ما شکل گرفتهاند. ستارگان قدیمیتر غلظت کمتری از عناصر شیمیایی سنگینتر از هلیوم دارند؛ معیاری که ستارهشناسان آن را «فلزیّت» مینامند. مشاهدات ارتباطی بین فلزیّت بالا و فراوانی سیارات فراخورشیدی نشان دادهاند.
«یک تفاوت کوچک در فلزیّت … میتواند احتمال وقوع را دو برابر کند»، رِفرت گفت، با تأکید بر این که نتایج کلی مقاله صحیح هستند اما جزئیات نیاز به دقت بیشتری دارند که با دادههای بهتر فلزیّت به دست میآید.
مشاهدات آتی برای اندازهگیری فلزیّت با استفاده از طیفسنجی، همراه با جرم ستاره و سیاره، میتوانند مدل را بهبود بخشند. علاوه بر این، سازمان فضایی اروپا؛ پروژه پلاتو که برنامهریزی شده است تا در دسامبر ۲۰۲۶ پرتاب شود، دادههای حساستری به مشاهدات TESS اضافه خواهد کرد.
سرنوشت آتشین زمین هنوز در آیندهٔ دوری قرار دارد، اما پژوهشگران گامی بزرگ در جهت درک چگونگی بلعیدن سیارهها توسط ستارگان در حال مرگ برداشتهاند. با دادههای بیشتر TESS و پلاتو، شاید بتوانیم تغییرات جزئی مداری که نشانگر سقوط یک سیاره به سوی نابودیاش است را ببینیم — پایان تلخی برای آن جهان اما کشف شگرفی برای فهم ما از همتحولی سیارهها و ستارگان میزبانیشان.
مَتیو ر. فرانسیس – نویسنده علمی در EOS