جهان‌های یتیم؛ ۴۰۰ سیاره زمین‌مانند بدون ستاره در راه شیری سرگردان‌اند

«بیچاره، در هفت آسمان یک ستاره هم ندارد!». احتمالا این ضرب‌المثل معروف را برای سیاره‌های بی‌ستاره‌ و یتیمی ساخته‌اند که در فضای بی‌کران هستی سرگردان‌اند؛ سیاره‌های بینوا!

بر اساس پیش‌بینی‌ها، نانسی گریس رومن، تلسکوپ فضایی جدید ناسا می‌تواند بیش از ۴۰۰ سیاره‌ در ابعاد زمین را کشف کند که در راه شیری سرگردان و تنها هستند. به نظر می‌رسد این دنیاهای یتیم، زندگی خود را در یک منظومه‌ی سیاره‌ای مشابه منظومه‌ شمسی آغاز کردند اما در مقطعی، به دلیلی ناشناخته از محله‌ی کیهانی خود بیرون انداخته شدند.

به گزارش اسپیس‌دات‌کام، با وجود چشم‌انداز آشنای سیاره‌هایی که در مدار یک ستاره قرار دارند، تعداد دنیاهای یتیم بی‌ستاره احتمالا از ستاره‌های راه شیری با نسبت ۲۰ به ۱ بیشتر است؛ بنابراین، دنیاهای سرگردان در راه شیری شش برابر رایج‌تر از سیاره‌هایی هستند که در مدار ستاره‌هایشان قرار دارند. به گفته‌ی دیوید بنت، دانشمند ارشد ناسا و مؤلف پژوهش جدید:

تخمین‌ها نشان می‌دهند که سیاره‌های سرگردان راه شیری ۲۰ برابر بیشتر از ستاره‌ها است. به‌این‌ترتیب، تریلیون‌ها جهان سرگردان وجود دارند. این پژوهش اولین اندازه‌گیری از تعداد سیاره‌های سرگردان راه شیری است که سیاره‌های کم‌جرم‌تر از زمین را دربرمی‌گیرد.

سیاره‌های خارج از منظومه‌ی شمسی یا جهان‌های فراخورشیدی معمولا از طریق اثری که بر ستاره‌ی میزبانشان می‌گذارند، شناسایی می‌شوند. برای مثال، وقتی سیاره‌ای فراخورشیدی در طول مسیر حرکت خود بین ما و ستاره‌ی والدش قرار بگیرد، ناظران زمینی شاهد افت نور ستاره خواهند بود. یا اینکه سیاره‌ی فراخورشیدی می‌تواند با اثر گرانشی بر ستاره‌ی میزبان، باعث نوسان نوری آن شود؛ اما دور بودن سیاره‌های سرگردان از ستاره‌های میزبانشان، کشف آن‌ها را دشوار می‌‌سازد.

یکی از اهداف اصلی تلسکوپ نانسی گریس رومن، رصد سیاره‌های سرگردان است. تلسکوپ رومن که در می ۲۰۲۷ پرتاب خواهد شد، براساس تخمین‌های گذشته می‌تواند نزدیک به ۵۰ سیاره‌ی سرگردان در ابعاد زمین را شناسایی کند؛ اما یافته‌های جدید، این تعداد را تقریبا به ۴۰۰ سیاره رساندند. همچنین، ستاره‌شناس‌ها سیاره‌‌ی سرگردان منتخبی در ابعاد زمین را برای پژوهش‌های رومن در نظر گرفته‌اند.

پژوهشگرها با توجه به داده‌های جمع‌آوری‌شده درجریان یک برنامه‌ی نجومی نه ساله به نام رصدهای ریزهمگرایی گرانشی در اخترفیزیک (MOA)، به نتایج فوق رسیدند. MOA که در رصدخانه‌ی دانشگاه ماونت جان در نیوزلند انجام شد، به کمک پدیده‌ای موسوم به همگرایی گرانشی که در نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین پیش‌بینی شده بود، به جستجوی اجرام پرداخت. دو مقاله‌ی پژوهشی که جدیدترین یافته‌های گروه را نشان می‌دهند، در شماره‌ی آینده ژورنال اخترفیزیکی منتشر خواهند شد.

بر اساس نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین در سال ۱۹۱۵، اجسام جرم‌دار می‌توانند بافت فضا را خم کنند. هرچند این خمیدگی در سه بعد عمل می‌کند (چهار بعد، اگر زمان را هم در نظر بگیریم)، می‌توان آن را به اثر دوبعدی قرار دادن یک توپ با جرم‌های مختلف روی یک صفحه‌ی لاستیکی تشبیه کرد. هرچقدر جرم توپ بیشتر باشد، بیشتر در صفحه فرو می‌رود. به همین ترتیب، اجرام سنگین‌تر کیهانی، با قدرت بیشتری فضا را خم می‌کنند.

علاوه بر این، وقتی جرمی سنگین، فضا را خم کند، همچنین می‌تواند بر نور منتشر شده از اجرام دیگری که در پس‌زمینه قرار دارند، تأثیر بگذارد. به این صورت، درخشش پس‌زمینه با عبور از جرم اصلی خم می‌شود و اثری ذره‌بینی روی جرم پس‌زمینه به وجود می‌آید؛ به این پدیده، همگرایی گرانشی می‌گویند.

اما ریزهمگرایی نوع متفاوتی از پدیده‌ی همگرایی گرانشی است و زمانی رخ می‌دهد که جرم کوچک‌تری مثل یک سیاره یا ستاره، بین زمین و منبع نوری پس‌زمینه مثل ستاره یا کهکشان قرار می‌گیرد و با این دو منبع، هماهنگی تقریبا بی‌نقصی پیدا می‌کند. به‌این‌ترتیب، تجهیزات مستقر در زمین می‌توانند درخشش نور پس‌زمینه را کشف کنند؛ اما شدت این روش به‌اندازه‌ی همگرایی گرانشی نیست. با این‌حال روش ریزهمگرایی برای رصد سیاره‌های سرگردان و دیگر اجرام کوچک‌تری که نور منتشر نمی‌کنند و تقریبا کاملا تاریک هستند، مفید است.

تاکاهیرو سومی، استاد دانشگاه اوزاکا می‌گوید ریزهمگرایی گرانشی تنها روش برای یافتن اجرامی مثل سیاره‌های کم‌جرم شناور و حتی سیاه‌چاله‌های آغازین است.

از زمان کشف اولین سیاره‌ی فراخورشیدی در اطراف ستاره‌ای خورشیدمانند در سال ۱۹۹۵، تاکنون بیش از ۵۰۰۰ سیاره‌ی فراخورشیدی کشف شده‌ است. با این‌حال اغلب این سیاره‌ها، غول‌های گازی هستند که در مدار نزدیک به ستاره‌ی میزبانشان قرار دارند.

علاوه بر این، اکنون دومین بار است که سیاره‌ای سرگردان و هم‌اندازه با زمین با استفاده از روش ریزهمگرایی شناسایی می‌شود. این کشف به این معنی است که دنیاهای سرگردان معمولا سیاره‌هایی کوچک با ابعاد نزدیک به زمین یا کوچک‌تر از آن هستند.

همچنین طبق یافته‌ها، سیاره‌های سرگردان شبیه‌ به زمین رایج‌تر از سیاره‌های سرگردان سنگین‌تر هستند. تفاوت جرم میانگین سیاره‌های وابسته به ستاره و سیاره‌های آزاد، کلید درک مکانیزم‌های شکل‌گیری سیاره‌ای است.

ماهیت بی‌نظم شکل‌گیری سیاره‌‌ها می‌تواند نشان دهد که چگونه سیاره‌های سرگردان و بی‌ستاره در راه شیری پیدا می‌شوند. سیاره‌های کم‌جرم‌تر از نظر گرانشی کمتر به ستاره‌ی خود وابسته‌اند؛ از این رو احتمال سرگردان شدنشان هم بیشتر است.

بااینکه روش ریزهمگرایی برای رصد سیاره‌های سرگردان کاربردی است، رصد این سیاره‌ها در فضای بی‌کران مانند یافتن سوزن در انبار کاه است. از طرفی پدیده‌های ریزهمگرایی گرانشی که توسط سیاره‌های واحد ایجاد می‌شوند، بسیار کمیاب‌اند.

بنابراین رویدادهای همگرایی برخلاف گذار منظم سیاره‌ای از مقابل ستاره‌اش یا نوسان‌های تناوبی، تنها یک‌بار رخ می‌دهند. وقتی سیاره‌ها از مقابل ستاره‌ی پس‌زمینه عبور کنند، دیگر دوباره به آن منطقه بازنمی‌گردند.

اینجا است که تلسکوپ نانسی گریس رومن به کمک می‌آید. این تلسکوپ فضایی فروسرخ با برخورداری از میدان دید عریض، می‌تواند سیاره‌های سرگردان بیشتری را پیدا کند. همچنین از دید موردنیاز برای رصد سیاره‌های سرگردان و تنهای زمین‌مانند برخوردار است. به گفته‌ی کوشیموتو، مؤلف ارشد پژوهش از دانشگاه اوزاکا، تلسکوپ رومن حتی نسبت به سیاره‌های سرگردان کم‌جرم‌تر با دقت بالایی عمل می‌کند. ترکیب میدان دید عریض این تلسکوپ و قدرت دید واضح آن به پژوهشگرها اجازه می‌دهد اجرام سرگردان را با دقت بیشتری نسبت به تلسکوپ‌های زمینی بررسی کنند.

داده‌های به دست‌آمده از تلسکوپ رومن با رصدهای تلسکوپ ۱٫۸ متری پرایم ژاپن ترکیب می‌شوند که در رصدخانه‌ی نجومی آفریقای جنوبی در ساترلند قرار دارد. به گفته‌ی کوشیموتو، سیگنال ریزهمگرایی یک سیاره‌ی سرگردان می‌تواند چند ساعت تا تقریبا یک روز به طول بینجامد، بنابراین ستاره‌شناس‌ها فرصت این را دارند که رصدهای همزمانی با تلسکوپ رومن و پرایم انجام دهند.

ستاره‌شناس‌ها می‌توانند با ترکیب داده‌های موجود، دقت اندازه‌گیری جرم سیاره‌های سرگردان را بالا ببرند و به دلیل سرگردانی آن‌ها پی ببرند.