گروه علمی و فناوری برنا/ پژوهشگران دانشگاه میشیگان در تازه‌ترین بررسی منظومه ستاره‌ای دوتایی ۷۰ مارافسای AB هیچ سیاره غول‌پیکری پیدا نکردند و توانستند وجود سیاراتی با جرمی برابر یا بیشتر از مشتری را در بخش‌هایی از اطراف دو ستاره رد کنند. با این حال احتمال وجود سیارات کوچک‌تر در منطقه قابل سکونت این منظومه همچنان مطرح است.
دو ستاره که در فاصله حدود ۱۶ سال نوری از زمین به دور یکدیگر می‌چرخند از سال ۱۸۵۵ تاکنون توجه اخترشناسان را به احتمال وجود سیاره‌ای در اطراف خود جلب کرده‌اند. این منظومه که با نام ۷۰ مارافسای AB (۷۰ Ophiuchi AB) یا به اختصار ۷۰ Oph AB شناخته می‌شود یکی از قدیمی‌ترین موارد مطرح‌شده در تاریخ جست‌وجوی سیارات فراخورشیدی را در خود جای داده است.
در سال ۱۸۵۵ ویلیام جیکوب اخترشناس بریتانیایی این احتمال را مطرح کرد که سیاره‌ای در اطراف این منظومه دوتایی در حال گردش باشد. این ادعا در بررسی‌های بعدی تایید نشد، اما با وجود پیشرفت ابزار‌های رصدی و دقیق‌تر شدن اندازه‌گیری‌ها طی ۱۷۱ سال گذشته احتمال وجود سیاراتی به بزرگی مشتری در بخش‌های داخلی این منظومه همچنان به‌طور کامل کنار گذاشته نشده بود.
اکنون پژوهشگران دانشگاه میشیگان با انجام حساس‌ترین جست‌وجوی مدرن برای یافتن سیارات غول‌پیکر در این منظومه محدودیت‌های تازه‌ای برای وجود چنین اجرامی تعیین کرده‌اند. نتایج این پژوهش که در مجله علمی The Astrophysical Journal منتشر شده است نشان می‌دهد که هیچ سیاره غول‌پیکری در بررسی‌های انجام‌شده شناسایی نشده و وجود سیاراتی با جرم برابر یا بیشتر از مشتری در مناطق مشخصی از اطراف هر یک از دو ستاره منتفی است.
این یافته به معنای پایان جست‌و‌جو برای سیارات این منظومه نیست زیرا پژوهشگران تاکید می‌کنند که سیارات کوچک‌تر از جمله اجرامی با ابعادی مشابه زحل یا کمتر همچنان می‌توانند در این سامانه وجود داشته باشند.
اخترشناسان برای یافتن سیاراتی که مستقیما قابل مشاهده نیستند می‌توانند اثر گرانشی آنها بر ستاره میزبان را بررسی کنند. هنگامی که یک سیاره و ستاره به دور مرکز جرم مشترک خود می‌چرخند گرانش سیاره باعث ایجاد حرکتی جزئی در ستاره می‌شود. این حرکت می‌تواند به‌صورت تغییر در سرعت شعاعی ستاره یعنی سرعت حرکت آن به سمت زمین یا دور شدن از زمین اندازه‌گیری شود.
این روش یکی از ابزار‌های مهم برای شناسایی سیارات فراخورشیدی است، با این حال هر تغییر مشاهده‌شده در حرکت ستاره لزوماً به معنای وجود یک سیاره نیست.
به گفته ییتینگ لی پژوهشگر پسادکتری در گروه اخترشناسی دانشگاه میشیگان حتی اندازه‌گیری‌های مدرن مربوط به منظومه ۷۰ مارافسای AB نیز نوعی نوسان را نشان می‌دادند که می‌توانست با اثر گرانشی یک سیاره به بزرگی مشتری توضیح داده شود، اما تغییرات سطح ستاره‌ها نیز می‌تواند سیگنال‌هایی مشابه اثر گرانشی سیارات ایجاد کند.
به همین دلیل داده‌های موجود دو توضیح احتمالی را پیش روی اخترشناسان قرار می‌دادند، نخست سیاره‌ای بزرگ در اطراف ستاره‌ها وجود دارد که حرکت آنها را تحت تاثیر قرار می‌دهد، دوم تغییرات فعالیت ستاره‌ای باعث ایجاد نوسان مشاهده‌شده شده است.
این ابهام تفسیر داده‌های مربوط به این منظومه را دشوار کرده بود و مشخص نبود که آیا نوسان اندازه‌گیری‌شده واقعا نشانه حضور یک سیاره است یا باید آن را به رفتار خود ستاره نسبت داد.
ییتینگ لی برای بررسی دقیق‌تر این مسئله مجموعه گسترده‌ای از داده‌های رصدی مربوط به حدود یک قرن را گردآوری کرد و آنها را با مشاهدات جدید و مهم ترکیب کرد.
پژوهشگران با همکاری متخصصانی از بیش از ۱۲ موسسه علمی از جمله آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا و موسسه پردازش و تحلیل فروسرخ کلتک، داده‌های تاریخی و مشاهدات جدید را مورد بررسی قرار دادند.
ترکیب این داده‌ها امکان دستیابی به حساسیت لازم برای تفکیک اثر فعالیت ستاره‌ای از سیگنال احتمالی یک سیاره را فراهم کرد. تحلیل نهایی نشان داد که نوسان مشاهده‌شده را می‌توان با تغییرات سطح دو ستاره در طول زمان توضیح داد و برای توجیه آن نیازی به فرض وجود یک سیاره غول‌پیکر نیست.
مایکل مایر از نویسندگان ارشد این پژوهش و رئیس گروه اخترشناسی دانشگاه میشیگان در این باره گفت: ییتینگ حجم بسیار عظیمی از داده‌ها را از سراسر جهان گردآوری کرد و همه احتمالات را با دقت بررسی کرد.
او افزود: این پژوهش هشداری درباره این مسئله است که چگونه فعالیت ستاره‌ای می‌تواند هنگام استفاده از روش سرعت شعاعی سیگنال‌های سیارات را تقلید کند.
این موضوع اهمیت زیادی در جست‌وجوی سیارات فراخورشیدی دارد زیرا اگر اثر فعالیت ستاره‌ای به‌درستی شناسایی نشود ممکن است اخترشناسان تغییرات طبیعی ستاره را به اشتباه به وجود یک سیاره نسبت دهند.
یکی از مهم‌ترین نتایج این پژوهش تعیین محدوده‌هایی است که در آنها وجود سیاراتی با جرم برابر یا بیشتر از مشتری رد شده است.
بر اساس یافته‌های گروه پژوهشی دانشگاه میشیگان در اطراف ستاره ۷۰ مارافسای A وجود سیاراتی با جرمی برابر یا بیشتر از مشتری در فاصله حداکثر ۵ واحد نجومی از این ستاره منتفی شده است. این محدودیت در اطراف ستاره ۷۰ مارافسای B به فاصله نیم واحد نجومی گسترش می‌یابد.
واحد نجومی معیاری برای اندازه‌گیری فاصله در منظومه‌های سیاره‌ای است و تقریبا برابر با فاصله متوسط زمین تا خورشید یعنی حدود ۱۵۰ میلیون کیلومتر در نظر گرفته می‌شود.
بر این اساس محدوده بررسی‌شده در اطراف ستاره A بسیار گسترده‌تر از محدوده مربوط به ستاره B است. این نتایج بخشی از ابهام تاریخی درباره وجود سیارات غول‌پیکر در این منظومه را برطرف می‌کند، منظومه‌ای که احتمال وجود سیاره در آن از قرن نوزدهم مطرح بوده است.
لی درباره این نتیجه گفت: این یافته ترکیبی از ناامیدی و هیجان است. ما متوجه می‌شویم که سیاره‌ای به بزرگی مشتری وجود ندارد، اما در عین حال فصل تازه‌ای را در مطالعه این منظومه تاریخی آغاز می‌کنیم.
البته منظور از این نتیجه آن نیست که تمام سیارات احتمالی در اطراف دو ستاره رد شده‌اند. این پژوهش صرفا وجود سیاراتی با جرم مشخص را در محدوده‌های تعیین‌شده محدود می‌کند و درباره اجرام کوچک‌تر نمی‌تواند حکم قطعی صادر کند.
با وجود آنکه پژوهشگران نتوانستند سیاره غول‌پیکری در این منظومه شناسایی کنند احتمال وجود سیارات کوچک‌تر همچنان مطرح است.
به گفته محققان سیاراتی با جرم مشابه زحل یا کمتر می‌توانند در این منظومه حضور داشته باشند از جمله در منطقه قابل سکونت یعنی محدوده‌ای در اطراف یک ستاره که در آن بسته به شرایط جوی و ویژگی‌های سیاره، امکان وجود آب مایع روی سطح یک سیاره سنگی فراهم می‌شود.
وجود آب مایع یکی از پیش‌نیاز‌های اصلی حیات به شکلی است که در زمین می‌شناسیم. به همین دلیل سیارات سنگی واقع در منطقه قابل سکونت از اهداف مهم اخترشناسان در جست‌وجوی نشانه‌های احتمالی حیات در خارج از زمین هستند.
با این حال قرار گرفتن یک سیاره در منطقه قابل سکونت به‌تنهایی به معنای وجود حیات در آن نیست. عواملی مانند ویژگی‌های جو، شرایط سطحی و پایداری آب مایع نیز در تعیین قابلیت سکونت یک جهان نقش دارند. از سوی دیگر پژوهش اخیر اساسا برای شناسایی سیارات کوچک‌تر طراحی نشده بود بنابراین نبود شواهدی از سیارات غول‌پیکر را نمی‌توان به نبود تمام انواع سیارات در این منظومه تعمیم داد.
لی در توضیح محدودیت‌های مطالعه گفت: این پژوهش یک حد بالایی تعیین می‌کند نه اینکه وجود سیارات را به‌طور کامل ممنوع کند.
به بیان دیگر یافته‌های جدید مشخص می‌کنند که در چه محدوده‌هایی نمی‌توان انتظار وجود سیاراتی با جرم برابر یا بیشتر از مشتری را داشت اما همچنان امکان وجود اجرام کوچک‌تر و حتی جهان‌هایی با شرایط بالقوه مناسب برای حیات باقی است.
منظومه ۷۰ مارافسای AB به دلیل نزدیکی به زمین و ماهیت دوتایی خود یکی از اهداف مهم برای بررسی چگونگی شکل‌گیری و تکامل سیارات در سامانه‌هایی با بیش از یک ستاره به شمار می‌رود.
بر اساس توضیحات دانشگاه میشیگان حدود نیمی از سامانه‌های ستاره‌ای کهکشان راه شیری دست‌کم از دو ستاره تشکیل شده‌اند؛ بنابراین شناخت نحوه شکل‌گیری و تحول سیارات در اطراف ستاره‌هایی که همراه دارند می‌تواند به درک بهتر شرایط رایج تشکیل سیارات در کهکشان کمک کند.
این مسئله از آن جهت اهمیت دارد که منظومه شمسی ما تنها یک ستاره یعنی خورشید دارد در حالی که در سامانه‌های دوتایی، برهم‌کنش گرانشی دو ستاره می‌تواند بر شرایط شکل‌گیری، مدار و تکامل سیارات اثر بگذارد.
طبق اعلام دانشگاه میشیگان ۷۰ مارافسای AB سومین منظومه دوتایی نزدیک به زمین است. منظومه آلفا قنطورس با فاصله حدود ۴.۲ سال نوری و منظومه ۶۱ ماکیان با فاصله حدود ۱۱.۴ سال نوری، دو منظومه دوتایی نزدیک‌تر به زمین هستند. از سوی دیگر مدار‌های دو ستاره ۷۰ مارافسای AB اکنون در زمره مدار‌هایی قرار دارند که با دقت بالایی مشخص شده‌اند. این اطلاعات به اخترشناسان کمک می‌کند تا برنامه‌ریزی دقیق‌تری برای رصد‌های آینده انجام دهند و در جست‌وجوی سیارات احتمالی، محدوده‌ها و روش‌های مناسب‌تری را انتخاب کنند.
نتایج جدید می‌تواند به طراحی راهبرد‌های موثرتر برای جست‌وجوی سیارات در این منظومه کمک کند، به‌ویژه در مأموریت‌هایی که هدف آنها بررسی سیارات کوچک‌تر و ارزیابی احتمال وجود شرایط مناسب برای حیات است.
مایکل مایر درباره اهمیت این یافته برای برنامه‌های آینده گفت: این محدودیت جدید به ما امکان می‌دهد راهبرد‌های بهینه‌ای برای جست‌و‌جو‌های آینده طراحی کنیم.
او همچنین اعلام کرد که دانشگاه میشیگان بخشی از گروه پژوهشی ماموریت فضایی پیشنهادی SHERA است؛ ماموریتی که بر بررسی منظومه‌های دوتایی تمرکز خواهد داشت و ۷۰ مارافسای AB یکی از تعداد محدودی از اهداف آن محسوب می‌شود.
به گفته مایر این منظومه قطعاً در فهرست اهداف ماموریت‌های پیشرفته آینده از جمله رصدخانه جهان‌های قابل سکونت ناسا (NASA’s Habitable Worlds Observatory) قرار خواهد گرفت.
چنین ماموریت‌هایی می‌توانند در آینده به بررسی دقیق‌تر محیط اطراف ستاره‌ها و جست‌وجوی سیارات کوچک‌تر کمک کنند. با این حال شناسایی یک سیاره و بررسی شرایط آن به ابزار‌های رصدی مناسب و داده‌های دقیق نیاز دارد و هنوز مشخص نیست که آیا در این منظومه سیاره‌ای با ویژگی‌های مناسب برای سکونت وجود دارد یا خیر.
لی با اشاره به احتمال کشف سیارات دیگر در این سامانه گفت: با توجه به فراوانی سیارات در جهان و کهکشان راه شیری شرط می‌بندم که در نهایت متوجه خواهیم شد سیارات دیگری نیز در آنجا وجود دارند.
انتهای پیام/