کشف سیاره‌ی فراخورشیدی با استفاده از امواج رادیویی و ستاره نوسانگر

 شکار سیاره‌های فراخورشیدی در کهکشان راه شیری، تلاش بسیار مهمی است. دانشمندان با کشف تعداد بیشتری از سیاره‌های فراخورشیدی به درک بهتری از منظومه‌ی شمسی و چگونگی ظهور حیات در جهان می‌رسند. تاکنون کشف بیش از ۴۰۰۰ سیاره‌ی فراخورشیدی تأیید شده است؛ اما کشف سیاره‌ای جدید این پژوهش را گسترش داده است و می‌تواند راه حلی جدید برای کشف سیاره‌های دیگر ارائه کند که شناسایی آن‌ها در گذشته دشوار بود.

سیاره‌ی فراخورشیدی جدید دارای جرم نزدیک به زحل است که در اطراف کوتوله‌ای سرخ با جرمی کمتر از محدوده‌ی جرمی ستاره‌های توالی اصلی، در حال چرخش است و در فاصله‌ی ۳۵ سال نوری از زمین قرار دارد. بااین‌حال، سیاره‌ی جدید نه یک سیاره‌ است نه ستاره و همین مسئله این کشف را متمایز می‌کند.

در کشف جدید از تلسکوپ رادیویی برای ردیابی حرکت ستاره در کهکشان راه شیری و شناسایی نوسان‌‌های گرانشی ستاره استفاده شده است که از سیاره‌ی خود تأثیر گرفته است. به این روش دشوار، اخترسنجی هم گفته می‌شود و این اولین‌بار است که دانشمندان با تلسکوپ رادیویی موفق به این کار می‌شوند.

استفاده از نوسان مداری برای کشف سیاره‌ی فراخورشیدی، ایده‌ی جدیدی نیست. مرکز مداری منظومه‌ی ستاره‌ای، در مرکز ستاره نیست. بلکه کل اجرام در یک منظومه‌ی ستاره‌ی حول یک مرکز گرانشی مشترک به‌نام گرانیگاه یا مرکز ثقل می‌چرخند. برای مثال مرکز ثقل منظومه‌ی شمسی، به دلیل تأثیر گرانشی مشتری و زحل، درست خارج از صفحه‌ی خورشیدی قرار دارد.

با نگاه کردن به سیاره‌های فراخورشیدی که دارای سیاره‌های فراخورشیدی غول‌آسا در مدار نزدیک خود هستند، می‌توان اثر گرانشی را ازطریق طول موج‌های نوری فشرده‌شده یا کش‌آمده شناسایی کرد. این طول موج‌ها به دلیل حرکت ستاره به وجود می‌آیند. به این روش، طیف سنجی داپلر یا سرعت شعاعی گفته می‌شود که یکی از روش‌های متداول برای جستجوی سیاره‌های فراخورشیدی است.

روش اخترسنجی اندکی متفاوت است. ستاره‌های راه شیری در موقعیت ثابتی قرار ندارند بلکه در اطراف کهکشان می‌چرخند. به بررسی این حرکت، اخترسنجی گفته می‌شود؛ بنابراین در روش اخترسنجی به‌جای استفاده از تغییرات طول موج، انحراف از خط حرکت مستقیم بررسی می‌شود.

از روش اخترسنجی می‌توان برای کشف سیاره‌های فراخورشیدی مثل سیاره‌هایی که در فاصله‌ی دورتری از سیاره‌ی خود قرار دارند، استفاده کرد. کشف این سیاره‌ها با روش طیف‌سنجی داپلر غیرممکن است. به گفته‌ی گیسلا اورتیز لئون، اخترفیزیکدان نجوم رادیویی در مؤسسه‌ی ماکس پلانک آلمان:

روش ما مکملی برای روش سرعت شعاعی است. روش سرعت شعاعی به سیاره‌های نزدیک به ستاره حساس‌تر است اما روش ما به سیاره‌هایی که در مدارهای دورتر قرار دارند حساس است. روش‌های دیگر کمتر به نتایجی مثل جرم سیاره، اندازه‌ی مدار یا جرم ستاره‌ی میزبان می‌رسند. معتقدیم VLBA و به‌طور کلی روش اخترسنجی می‌توانند تعداد بیشتری از سیاره‌های مشابه را آشکار کنند.

VLBA یا آرایه‌ی خط پایه‌ی بسیار بزرگ، شبکه‌ای از ۱۰ آنتن رادیویی است که در سراسر ایالات متحده توزیع شده‌اند. تیم پژوهشی به رهبری سالوادور کوریل از دانشگاه ملی مکزیک، از ژوئن ۲۰۱۸ به مدت ۱۸ ماه به ردیابی ستاره‌ای کوچک به‌نام TVLM 513-46546 پرداختند.

تحلیل دقیق و دشوار داده‌ها، نشان می‌دهد ستاره‌ی یادشده در مسیر صافی حرکت نکرده است و مسیر آن مارپیچی بوده است. طبق دوره و دامنه‌ی تغییرات حرکتی، سیاره‌ای در مدار این ستاره قرار دارد که دوره‌ی چرخش آن ۲۲۱ روز و جرم آن بین ۳۸ تا ۴۶ درصد جرم مشتری (کمی سنگین‌تر از زحل) است. به گفته‌ی کوریل:

سیاره‌های غول‌آسایی مثل مشتری و زحل به ندرت در اطراف ستاره‌های کوچک این چنینی پیدا می‌شوند و روش اخترسنجی، در یافتن سیاره‌های مشابه مشتری در مدارهای دوردست، عملکرد بهتری دارد به همین دلیل ما از کشف سیاره‌ی شبه زحل با جرم کمتر در مداری نسبتا فشرده شگفت‌زده شدیم. انتظار داشتیم سیاره‌ای غول‌آسا مشابه مشتری را در مداری دورتر کشف کنیم.

در آغاز سال جاری، گروه دیگری از پژوهشگرها از کشف سیاره‌ای فراخورشیدی با استفاده از تلسکوپ رادیویی خبر دادند؛ اما این گروه از روش اخترسنجی استفاده نکرده بودند بلکه سیاره‌ی یادشده را با استفاده از پولاریزاسیون مدور امواج رادیویی کشف کردند که به دلیل حرکت سیاره در میدان مغناطیسی کوتوله‌ی سرخ ایجاد شده بود.

بنابراین، اگرچه کشف سیاره‌های فراخورشیدی برای تیم کوریل چالش برانگیز بود، موفقیت نهایی آن‌ها تأییدی بر عملکرد خوب تلسکوپهای رادیویی و روش اخترسنجی در یافتن سیاره‌های فراخورشیدی است. تلسکوپ گایا درحال‌حاضر، با نقشه‌برداری از کهکشان راه شیری، دقیق‌ترین و پرجزئیات‌ترین نقشه‌های اخترسنجی کهکشان را تهیه می‌کند و انتظار می‌رود این داده‌ها، روش اخترسنجی را برای کشف سیاره‌های فراخورشیدی گسترش دهند و تعداد سیاره‌های فراخورشیدی کشف شده به ده‌ها هزار برسد.