سیاره‌ای صورتی که ابرهایی از جنس نمک دارد

دانشمندان دانشگاه نورث‌وسترن با استفاده از ابزارهای فروسرخ تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST)، موفق به حل معمای ۱۳ ساله «سیاره صورتی» (GJ۵۰۴b) شدند. شبیه‌سازی‌های اخترفیزیکی جدید نشان می‌دهند که اتمسفر غریب و گلگون این همدم سیاره‌ای غول‌پیکر، با ابرهایی متراکم از جنس ذرات نمک تبخیرشده احاطه شده است. این کشف بی‌سابقه که برای نخستین‌بار فرضیه ۱۵ ساله وجود ابرهای نمکی در اجرام آسمانیِ به‌شدت سرد را اثبات می‌کند، دریچه‌ای نو به سوی درک اقلیم‌های بیگانه و متالیسیته اتمسفر سیارات دوردست گشوده است.

اجرام آسمانی که مستقیماً در اعماق فضا تصویربرداری می‌شوند، معمولاً جهان‌هایی به‌شدت داغ با دمایی بین ۱,۰۰۰ تا ۲,۰۰۰ درجه فارنهایت هستند؛ درخشندگی بالای این سیارات داغ به تلسکوپ‌های زمینی اجازه می‌دهد که نور آن‌ها را شکار کنند. اما جرم آسمانی GJ۵۰۴b که در سال ۲۰۱۳ در فاصله ۵۷ سال نوری از زمین (در حال چرخش به دور ستاره‌ای شبیه به خورشید ما) کشف شد و به دلیل رنگ گلگونش به «سیاره صورتی» شهرت یافت، یک استثنای بزرگ است.

حتی توصیف ماهیت این جرم برای دانشمندان چالش‌برانگیز است؛ با جرمی معادل ۲۵ برابر سیاره مشتری، GJ۵۰۴b دقیقاً روی مرز مبهم میان یک سیاره غول‌پیکر گازی و یک کوتوله قهوه‌ای (ستاره نافرجام) قرار دارد. به همین دلیل اخترشناسان ترجیح می‌دهند آن را یک «همدم با جرم سیاره‌ای» (Planetary-mass companion) بنامند. دانشمندان هنوز در حال بحث هستند که آیا این جرم مانند یک سیاره عادی از دیسک غبار کیهانی متولد شده یا مانند یک ستاره کوچک از فروپاشی مستقیم یک توده ابری شکل گرفته است.

سرد، پیر و گریزان از تلسکوپ‌های زمینی

دلیل اصلی که باعث شد این جهان صورتی بیش از یک دهه رازهای خود را پنهان نگه دارد، دمای بسیار پایین آن است. دمای اتمسفر این جرم تنها ۵۵۰ درجه فارنهایت (حدود ۲۹۰ درجه سانتی‌گراد) است؛ دمایی که اگرچه برای انسان سوزان است (تقریباً معادل دمای داخل یک فر نانوایی برای پخت نان)، اما در مقیاس ستاره‌شناسی برای این دسته از اجرام، فوق‌العاده سرد و کم‌فروغ محسوب می‌شود.

«انیش بابوراج» (Aneesh Baburaj)، سرپرست این تیم تحقیق از دانشگاه نورث‌وسترن، توضیح می‌دهد که این برودت دمایی ناشی از سن بالای این جهان است؛ غول‌های گازی در ابتدای تولد بسیار داغ هستند اما به مرور زمان خنک می‌شوند. تخمین‌های جدید نشان می‌دهند که سیاره صورتی بین ۲.۵ تا ۴ میلیارد سال قدمت دارد.

در گذشته، ستاره‌شناسان شب‌های متوالی از بزرگ‌ترین تلسکوپ‌های زمینی جهان برای ثبت طیف نوری این جرم استفاده کردند و هر بار شکست خوردند؛ اما تلسکوپ جیمز وب به لطف استقرار در خارج از اتمسفر زمین، کل این فرآیند را تنها در دو ساعت با موفقیتی کامل به سرانجام رساند.

وقتی معادلات بدون نمک حل نمی‌شدند

دانشمندان با استفاده از ابزارهای طیف‌سنجی فروسرخ جیمز وب و به‌کارگیری تکنیک‌های پیشرفته پردازش داده، موفق شدند نور خیره‌کننده ستاره میزبان را حذف و طیف نوری ضعیف خودِ سیاره صورتی را ایزوله کنند. تجزیه و تحلیل خطوط نوری (اثر انگشت شیمیایی اتمسفر) یک کوکتل غنی از مولکول‌های مختلف را آشکار کرد:

    بخار آب

    متان

    دی‌اکسید کربن

    آمونیاک

با این حال، یک مشکل بزرگ وجود داشت؛ وقتی محققان این فرمول شیمیایی را وارد مدل‌های کامپیوتری و اخترفیزیکی استاندارد کردند، معادلات خروجی رفتار اتمسفری غیرممکن و متناقضی را از نظر فیزیکی نشان می‌دادند. سیگنال‌های دریافتی با مدل اتمسفر کاملاً شفاف همخوانی نداشت.

نقطه دگرگونی این پژوهش زمانی رخ داد که تیم علمی تصمیم گرفت فاکتور «ابرها» را به شبیه‌سازی‌ها اضافه کند تا نحوه مسدود شدن یا پراکنده شدن نور توسط آن‌ها را بسنجد. بابوراج می‌گوید: «ما سه نوع مختلف از ابرها را روی مدل امتحان کردیم و در نهایت ابرهای نمکی (Salty Clouds) بهترین فیت و همخوانی را با داده‌ها نشان دادند. وقتی ما وجود ابرهای نمکی را در لایه‌های عمیق‌تر اتمسفر لحاظ کردیم، این ابرها ردپای مولکول‌های پنهان‌شده در لایه‌های زیرین را تعدیل و سرکوب کردند. تنها در این حالت بود که نتایج شبیه‌سازی با خطوط طیفی جیمز وب منطبق شد و از نظر قوانین فیزیک ممکن گردید.»

چرا این کشف برای آینده نجوم حیاتی است؟

کشف ابرهای نمکی در اتمسفر GJ۵۰۴b فراتر از یک پدیده آب‌وهوایی عجیب در یک جهان دوردست است. این دستاورد دو پیامد بسیار مهم برای جامعه علمی دارد. پیامد اول اثبات یک فرضیه قدیمی است؛ دانشمندان بیش از ۱۵ سال پیش تئوریزه کرده بودند که در محدوده دمایی ۵۰۰ تا ۷۰۰ درجه فارنهایت، ذرات نمک تبخیرشده می‌توانند در اتمسفر اجرام سرد متراکم شده و ابر تشکیل دهند؛ اما تا پیش از این، هرگز شواهد رصدی مستقیم برای اثبات آن در یک جرم سرد وجود نداشت.

همچنین این موفقیت نشان می‌دهد تکنولوژی طیف‌سنجی جیمز وب و متدولوژی حذف گلر ستاره‌ای این تیم، کاملاً آماده است تا به سراغ جهان‌های سردتر، تاریک‌تر و غنی از فلزات برود. برای مثال، سیاره مشتری در منظومه خودمان دارای ابرهایی از جنس یخ آمونیاک است که ابزارهای فعلی قادر به تعیین ویژگی‌های کامل آن نیستند؛ گام بعدی دانشمندان، استفاده از این تکنیک بر لبه فناوری برای رمزگشایی از ساختار اتمسفری سیاراتی است که روزبه‌روز به شرایط اقلیمی زمین نزدیک‌تر هستند.

منبع: خبرآنلاین