تلسکوپ جیمز وب دو دنباله را در نزدیکی یک مشتری داغ کشف کرد

تلسکوپ فضایی جیمز وب به دانشمندان این امکان را داده است که سیاره «WASP-۱۲۱b» را به خوبی بررسی کنند. مشخص شد این غول گازی دارای دو دنباله است که در جهت‌های گوناگون امتداد یافته‌اند. این دنباله‌ها از مولکول‌های هلیوم تشکیل شده‌اند.

به نقل از یونیورس اسپیس تک، دانشمندان برای اولین بار نظارت مداوم بر نشت جوی سیاره را در طول یک مدار کامل به دور ستاره آن انجام دادند و دریافتند غول گازی WASP-۱۲۱b نه توسط یک دنباله، بلکه توسط دو دنباله بزرگ هلیوم احاطه شده است که بیش از نیمی از فاصله دور ستاره امتداد دارند.

این کشف توسط ستاره‌شناسان «موسسه تحقیقات سیاره‌های فراخورشیدی تروتیر» (IREx) در «دانشگاه مونترآل» (UdeM) کانادا و گروه نجوم «دانشگاه ژنو» (University of Geneva) سوئیس با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب و دستگاه «NIRISS» آن انجام شد.

این رصد که به سرپرستی دکتر «رومن آلارت» (Romain Allart) از دانشگاه مونترآل انجام شد، دقیق‌ترین دیدگاه تا به امروز از یک سیاره فراخورشیدی را ارائه می‌دهد که در حال از دست دادن جو خود است. این فرآیند با گذشت زمان می‌تواند شکل سیاره‌ها را به طور چشمگیری تغییر دهد.

سیاره WASP-۱۲۱b از سیاره‌هایی است که ستاره‌شناسان آنها را «مشتری فوق‌العاده داغ» می‌نامند. مشتری داغ یک سیاره گازی غول‌پیکر است و آن قدر نزدیک به ستاره خود می‌چرخد ​​که یک سال در آن فقط یک روز یا در این مورد فقط ۳۰ ساعت طول می‌کشد. تابش شدید ستاره، جو سیاره را تا هزاران درجه گرم می‌کند و به گاز‌های سبک مانند هیدروژن و هلیوم امکان می‌دهد تا به فضا فرار کنند. طی میلیون‌ها سال، این نشت آهسته می‌تواند اندازه، ترکیب و تکامل آینده سیاره را تغییر دهد.

دانشمندان تاکنون عمدتاً انفجار‌های کوتاهی از این منابع را در طول گذر‌های سیاره‌ای مشاهده کرده‌اند. گذر سیاره‌ای، چند ساعتی است که یک سیاره از برابر ستاره خود عبور می‌کند، اما بدون نظارت مداوم، دانستن این که این جریان‌ها تا چه حد گسترش یافته‌اند و چگونه در طول زمان تکامل یافته‌اند، غیرممکن بود.

گروه آلارت با استفاده از NIRISS، سیاره WASP-۱۲۱b را به مدت تقریباً ۳۷ ساعت بدون وقفه و با پوشش بیش از یک مدار کامل رصد کردند. این مجموعه داده‌ها، کامل‌ترین رصد پیوسته را از نشانه‌های هلیوم در یک سیاره نشان می‌دهند که تاکنون ثبت شده است.

پژوهشگران با ردیابی جذب ضعیف اتم‌های هلیوم در محدوده طیف فروسرخ دریافتند که گاز اطراف WASP-۱۲۱b بسیار فراتر از سیاره امتداد دارد. این سیگنال برای بیش از نیمی از مدار سیاره ادامه داشت و همین امر، آن را به طولانی‌ترین تشخیص مداوم نشت جوی ثبت‌شده تا به امروز تبدیل می‌کند.

نکته شگفت‌انگیزتر این است که ذرات هلیوم دو دنباله متفاوت را تشکیل می‌دهند. یک دنباله عقبی که توسط تابش و باد ستاره‌ای از ستاره دور شده و یک دنباله جلویی که در برابر سیاره خمیده شده و احتمالاً توسط گرانش ستاره جذب شده است. در مجموع، این دو جریان تا فاصله ۱۰۰ برابر قطر سیاره امتداد دارند و مسافتی سه برابر فاصله بین سیاره و ستاره‌اش را پوشش می‌دهند.

مدل‌های رایانه‌ای جدید از نشت جوی مانند مدلی که در دانشگاه ژنو ابداع شده و برای این پژوهش مورد استفاده قرار گرفته است، می‌توانند دنباله‌های جداشده را توضیح دهند، اما هنوز نمی‌توانند توضیح کاملی را برای این ساختار دوگانه تازه مشاهده‌شده WASP-۱۲۱b ارائه کنند. این کشف نشان می‌دهد که نیرو‌های گرانشی و باد‌های ستاره، نقش تعیین‌کننده‌ای را در شکل‌گیری این جریان‌ها دارند و برای درک فرآیند‌های فیزیکی دخیل در آن، به نسل جدیدی از مدل‌سازی سه‌بعدی نیاز است.

آلارت گفت: این واقعاً یک نقطه عطف است. اکنون باید درباره نحوه شبیه‌سازی کاهش جرم جوی تجدید نظر کنیم و آن را نه تنها به عنوان یک جریان ساده، بلکه با هندسه سه‌بعدی در تعامل با ستاره خود در نظر بگیریم. این موضوع برای درک چگونگی تکامل سیاره‌ها و این که آیا سیاره‌های غول‌پیکر گازی می‌توانند به سنگ‌های ساده تبدیل شوند، بسیار مهم است.

این کشف فراتر از منظره دنباله‌های دوتایی، پیامد‌های عمیقی را برای تکامل سیاره‌ای دارد. فرار یا از دست دادن جو، یکی از فرآیند‌های کلیدی است که تعیین می‌کند آیا یک سیاره یک غول گازی باقی خواهد ماند یا به یک هسته سنگی تبدیل خواهد شد.

مشاهده در لحظه این پویایی‌ها در اطراف WASP-۱۲۱b، زمینه منحصربه‌فردی را برای آزمایش مدل‌هایی از چگونگی تغییر سیاره‌ها در طول میلیارد‌ها سال به دانشمندان می‌دهد.

هلیوم به یکی از قوی‌ترین شاخص‌های نشت جوی تبدیل شده است و حساسیت منحصر‌به‌فرد جیمز وب اکنون به ستاره‌شناسان امکان می‌دهد تا آن را در فواصل و مقیاس‌های زمانی بسیار طولانی و بیش از هر زمان دیگری تشخیص دهند. اگرچه داده‌های رصدخانه‌های زمینی برای تعیین پویایی نشت سیاره‌ای بسیار مهم هستند، اما نظارت مداوم از چنین تأسیساتی به دلیل نور روز و شرایط آب‌وهوایی که مشاهدات را به تصاویر کوتاه تبدیل می‌کنند، غیرممکن است.

مشاهدات آینده جیمز وب برای تعیین این که آیا ساختار دو دنباله کشف‌شده در اطراف WASP-۱۲۱b منحصر‌به‌فرد است یا در میان سیاره‌های فراخورشیدی داغ رواج دارد، ضروری خواهد بود. پژوهشگران امیدوارند که با بررسی چنین منظومه‌هایی بتوانند تصویر وسیع‌تری را از چگونگی شکل‌گیری جو سیاره‌ها در کهکشان توسط تابش و باد‌های ستاره‌ای ترسیم کنند تا درک بهتری را از سرنوشت آنها به دست بیاورند.

این پژوهش در مجله «Nature Communications» به چاپ رسید.