کشف جوان‌ترین سیاره فراخورشیدی شناخته‌شده با عمر کمتر از ۳ میلیون سال

دانشمندان سیاره‌ای را در مدار ستاره‌ای سه میلیون ساله کشف کرده‌اند. از زاویه دید زمینی، این سیاره از مقابل ستاره‌اش گذشت و به‌این‌ترتیب امکان دیدن نور ستاره در حین عبور از جو خود را فراهم کرد. این ستاره سه برابر جوان‌تر از ستاره‌های دیگری است که قبلاً سیاره‌های درحال گذر را درمقابل آن‌ها شناسایی کرده بودیم و ازآنجاکه سیاره‌ها معمولا بعد از ستاره‌شان شکل می‌گیرند، سیاره‌ی کشف‌شده نیز قطعا هنوز جوان است.

روش‌های متعدد برای کشف سیاره‌ها به کار می‌روند؛ اما رصد آن‌ها درحین گذر از مقابل ستاره، یکی از کاربردی‌ترین روش‌ها است. بدین روش، از ابتدا درباره‌ی ابعاد سیاره و دوره‌ی مداری آن می‌آموزیم و از این اطلاعات همراه با روش‌های دیگر آشکار‌سازی برای درک جرم سیاره استفاده می‌کنیم و به‌این‌ترتیب به تصویری کامل‌تر نسبت به سیاره‌هایی دست می‌یابیم که به روش‌های دیگر کشف می‌شوند.

علاوه بر این، وقتی سیاره‌ای از مقابل ستاره می‌گذرد، احتمال بررسی تغییرات نور ستاره‌ی میزبان در حین عبور از جو سیاره نیز فراهم می‌شود که می‌تواند ترکیب آن را آشکار کند. گرچه ما تنها تحلیل جوی را برای تعداد اندکی از سیاره‌های در حال عبور انجام داده‌ایم، فرصت‌های زیادی پیش رو داریم.

محبوب‌ترین دلیل بررسی جو سیاره‌های فراخورشیدی، جستجوی سیاره‌های شبیه به زمین است که ممکن است میزبان حیات باشند. بااین‌حال رصد جو سیاره‌های بسیار جوان، حتی آن‌هایی که شباهت چندانی به زمین ندارند می‌تواند فرصت علمی خوبی باشد و دیدگاه‌هایی را درباره‌ی چگونگی شکل‌گیری سیاره فراهم کند که به روش‌های دیگر غیرممکن است.

به همین دلیل، کشف سیاره‌ی IRAS 04125+2902 b قدمی بزرگ رو به جلو است. ستاره‌ی والد این سیاره با جرم تقریبا ۷۰ درصد خورشید، اندازه‌ای متوسط دارد؛ اما طول عمرش تنها به ۳٫۳ میلیون سال می‌رسد و از ابر مولکولی ثور تشکیل شده است.

ستاره‌های جوانی که قبلا همراه با سیاره در حال گذر رصد شدند، در طیف سنی ۱۰ الی ۴۰ میلیون سال قرار داشتند. درنتیجه این پرسش مطرح شده که آیا این سیاره‌ها در طول ده سال اول عمر ستاره‌شان شکل گرفته‌اند یا خیر. این مسئله لزوما تنها دلیل غیبت سیاره‌های جوان از میان چندهزار سیاره‌ای که تاکنون کشف کرده‌ایم نیست. ستاره‌های جوان با دیسک‌های پیش‌سیاره‌ای احاطه شده‌اند که بخش‌های بیرونی آن‌ها حتی پس از شکل‌گیری اولین سیاره‌ها دوام می‌آورند. این ابرها معمولا در سر راه رصد سیاره‌های گذرا قرار می‌گیرند.

با این‌حال برخی دیسک‌ها ممکن است تاب برداشته یا شکسته شوند و شانسی برای رصد سیاره‌های جدید را بدهند که در این مورد فرصت برای رصد IRAS 04125+2902 b فراهم شده است. این سیاره دارای شعاع ۴ درصد کوچک‌تر از سیاره مشتری و قطر ۱۰٫۷ برابر زمین است. به همین دلیل این پرسش را مطرح می‌کند که آیا مانند مشتری در قطب‌ها تخت شده است یا خیر. بااینکه سیاره یادشده به بزرگی مشتری است، چگالی‌اش از مشتری بسیار کمتر است و در بیشترین حالت ۳۰ درصد غول گازی ما جرم دارد. احتمالا این سیاره به‌مرور زمان منقبض و به سیاره‌ای کوچک‌تر مشابه زحل یا حتی نپتون تبدیل شود.

سیاره IRAS 04125+2902 b با دوره چرخش ۸٫۸۳ روزه، بااینکه در مدار ستاره‌ای کم‌جرم می‌چرخد، مقدار زیادی گرما دریافت می‌کند و دمای آن با افزایش عمر ستاره بالا می‌رود. از طرفی ممکن است همین حالا دراثر فروپاشی گرانشی که روش اصلی رصد سیاره‌های جوان در گذشته بوده است، بسیار داغ باشد.

یکی از ابعاد جالب منظومه‌ی IRAS 04125+2902 این است که دیسک خارجی آن در زاویه‌ی ۳۰ درجه نسبت به خط دید ما و صفحه‌ی مدار IRAS 04125+2902 b قرار دارد. این زاویه‌گیری همان خصوصیتی است که به ما امکان داده سایه‌ی IRAS 04125+2902 b را در حین عبور از ستاره‌‌ی والدش ببینیم؛ اما دلیل آن به‌صورت راز باقی مانده است. ستاره‌های همراه ممکن است باعث شوند دیسک‌های خارجی و سیاره‌های داخلی در یک صفحه قرار نگیرند، اما درحالی‌که IRAS 04125+2902 دارای یک همراه است، در صفحه‌ی یکسانی با سیاره (و استوای IRAS 04125+2902) و استوای آن قرار دارد، بنابراین این ناهم‌ترازی مرموز است.

تمام سیاره‌هایی با سن مشابه که قبلا کشف شدند، بسیار متفاوت هستند. جرم این اجرام به‌قدری زیاد است که در مرز سیاره و کوتوله قهوه‌ای قرار می‌گیرند. همچنین مدارهایی بسیار عریض را در اطراف ستاره‌های میزبانشان طی می‌کنند و همراه با گرمای باقی‌مانده از شکل‌گیری‌شان می‌توان آن‌ها را به‌صورت مستقیم شناسایی کرد. برخی سیاره‌های احتمالی با سن مشابه در اطراف ستاره‌ها با استفاده از روش سرعت شعاعی کشف شدند، اما نه تنها شانسی برای دستیابی به اطلاعات از آن‌ها را نداریم، بلکه حتی وجودشان نیز زیر سؤال است.

منظومه IRAS 04125+2902 نزدیک به ۵۲۱ سال نوری از ما فاصله دارد، بنابراین بااینکه به‌سختی همسایه‌ای نزدیک به شمار می‌رود، نسبت به اغلب سیاره‌هایی که کشف کردیم به ما نزدیک‌تر است و بنابراین فرصت رصد بیشتر را فراهم می‌کند.

یافته‌های پژوهش در مجله نیچر منتشر شده است.