ستاره‌شناسان نشانه‌هایی از یک قمر فراخورشیدی آتشفشانی را شناسایی کردند

ستاره‌شناس‌ها در اطراف ستاره‌ای همسایه که در فاصله‌ی ۶۳۵ سال نوری از ما قرار دارد، شواهدی از یک قمر پوشیده‌شده از آتشفشان را کشف کرده‌اند. یک ابر غول‌پیکر از سدیم هم‌راستا با فعالیت آتشفشانی در مدار سیاره‌ فراخورشیدی WASP 49b وجود دارد که به‌نوبه‌ی خود به دور ستاره‌ی WASP 49 می‌چرخد.

بااین‌حال چگونه می‌دانیم سدیم از قمر فراخورشیدی سرچشمه گرفته است؟ سیاره‌ی WASP 49b غولی گازی است و انتظار نمی‌رود میزبان آتشفشان باشد. همچنین ابر سدیم با مدار سیاره هماهنگ نیست؛ اما وضعیت آن دقیقا می‌تواند با وجود یک قمر آتشفشانی سنگی در مدار سیاره سازگار باشد.

آپوروا اوزا، اخترفیزیکدان از مؤسسه‌ی فناوری کالیفرنیا می‌گوید: «فکر می‌کنیم [وضعیت ابر] مدرکی بسیار مهم است. ابر سدیم در جهت مخالف سیاره حرکت می‌کند و فیزیک به ما می‌گوید اگر بخشی از جو سیاره بود، باید هماهنگ با آن حرکت می‌کرد.»

قمرها باید با شکوه و فراوانی زیاد در کهکشان راه شیری گسترده شده باشند. در منظومه شمسی، تعداد قمرها به شکل چشمگیری از تعداد سیاره‌ها بیشتر است: تعداد قمرهای شناخته‌شده‌ی منظومه‌ی ما در زمان نوشتن این مقاله به ۳۰۰ عدد می‌رسد که در مقابل هشت سیاره بسیار زیاد است.

تاکنون شواهد اندکی از قمرهای فراخورشیدی کشف شده‌اند. یافتن سیاره‌های فراخورشیدی به اندازه‌ی کافی دشوار است و شواهد از قمرهای فراخورشیدی ‌آن‌قدر کم است که دانشمندان قادر به تشخیص آن‌ها نبوده‌اند. حتی اگر شواهدی هم بوده باشد، توضیحات بهتری برایشان وجود دارد.

مانند بسیاری از اکتشاف‌های فضایی، آنچه در ابتدا یافت می‌شود، احتمالا داده‌ای بسیار پرت است که سیگنال‌هایش برای شناسایی به‌اندازه‌ی کافی قوی و صرفا با طیف محدودی از توضیحات متناسب باشد. به نظر می‌رسد این مسئله برای WASP 49b صدق کند. مقاله‌ای درباره‌ی جو سیاره‌های فراخورشیدی در سال ۲۰۱۷ از وجود لایه‌ای از سدیم در اطراف یک غول گازی در ارتفاعات غیرمعمولی بالاتر از ابرها خبر داد.

اوزا و همکارانش با انتشار مقاله‌ای در سال ۲۰۱۹ استدلال کردند که سدیم نه توسط سیاره‌ی فراخورشیدی، بلکه از قمری فراخورشیدی شبیه به آیو، قمر آتشفشانی مشتری منتشر شده است. ما قبلا سیاره‌های آتشفشانی را پیدا کرده بودیم؛ این سیاره‌ها دنیاهای سنگی با نشانه‌هایی مثل گریز از مرکز مداری، نمودار توزیع دما یا ویژگی‌های جوی برجسته بودند.

غول‌های گازی نمی‌توانند آتشفشان داشته باشند؛ زیرا کوه‌ها به‌وضوح ماهیت سنگی دارند. اما یک احتمال باقی‌مانده می‌تواند این باشد که اثر سدیمی دیده‌شده روی WASP 49b حاصل فعالیت سیاره مثل بادهای سیاره‌ای است. اوزا و همکارانش همچنان برای تأیید یافته‌های پیشین و منشأ خارجی احتمالی این ابر گازی در حال جمع‌آوری داده‌ها هستند.

پژوهشگرها از تلسکوپ بسیار بزرگ رصدخانه‌ی جنوبی اروپا برای رصد ستاره‌ی WASP 49 و سیاره‌ی فراخورشیدی‌اش به مدت چهار شب استفاده کردند. آن‌ها از قبل می‌دانستند که این سیاره‌ی فراخورشیدی ۰٫۳۷ برابر مشتری جرم و ۱٫۱ برابر آن شعاع دارد و هر ۲٫۸ روز یک‌بار به دور ستاره‌ی خورشیدمانندش می‌چرخد. وقتی پژوهشگرها به صورت دقیق این منظومه را رصد کردند، متوجه شدند ابر سدیم به‌طور پیوسته وجود ندارد؛ بلکه می‌آید و می‌رود و در فواصل منظم در پشت سیاره و ستاره‌اش ناپدید می‌شود.

سدیم خنثی در چند دقیقه فوتویونیزه می‌شود؛ بدین معنی که نمی‌تواند بدون دستیابی به بار الکتریکی تا مدت طولانی در مجاورت ستاره دوام بیاورد. از آنجا که سدیم کشف‌شده خنثی است، تولید آن باید ثابت و پیوسته باشد.

یک توضیح احتمالی، تولید سدیم درون سیاره فراخورشیدی است؛ اما بازه‌هایی که طی آن ابر سدیم ظاهر شده‌اند، با چرخش WASP 49b ناهمگام بودند؛ بدین معنی که نمی‌توان آن‌‌ها را به مکانی در سیاره فراخورشیدی مرتبط کرد.

به لطف رابطه‌ی بین سیاره مشتری و آیو، می‌توان چگونگی و چرایی فعالیت آتشفشانی در قمر فراخورشیدی را توضیح داد. شاید این قمر در حین چرخش به دور سیاره‌ی WASP 49b دراثر کشمکش‌های گرانشی با آن یا دیگر قمرها، مثل ارتباط آیو با سایر قمرهای دیگر گالیله‌ای مشتری، کشیده و هل داده شده است.

قمر همچنین در فاصله‌ی نزدیکی از سیاره‌اش قرار دارد؛ بدین معنی که علاوه‌بر کاهش جرم به دلیل فعالیت آتشفشانی، مدار آن احتمالا در مقیاس‌های زمانی نسبتا کوتاه رو به زوال می‌رود و در نهایت این مسیر به سقوط قمر در WASP 49b ختم می‌شود. به گفته‌ی اوزا اگر واقعا قمری در اطراف این سیاره باشد، پایانی مرگبار را تجربه خواهد کرد.

یافته‌های پژوهش در مجله استروفیزیکال ژورنال لترز منتشر شده است.