این کشف جدید که با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب انجام شده، ممکن است عجیبترین سیارهٔ فراخورشیدیِ کشفشده تا امروز باشد؛ سیارهای با اتمسفری کاملاً بیسابقه که دانشمندان هنوز نمیدانند چگونه به وجود آمده است.
این سیاره که PSR J2322-2650b نام دارد، حدود ۲۰۰۰ سال نوری با زمین فاصله دارد و جرمی در حدود جرم سیارهٔ مشتری دارد و به دور یک ستارهٔ مرده از نوع “تپ اختر” میچرخد؛ ستارهای که دو فوران یا پرتوِ قدرتمند از تابش را به فضا میفرستد و این پرتوها مانند چراغ دریایی کیهانی در سراسر کیهان پخش میشوند. از نظر فنی، این سامانه در دستهٔ «تپ اختر بیوهٔ سیاه» قرار میگیرد؛ نوعی سامانهٔ دوتایی که معمولاً از یک تپ اختر و یک ستارهٔ همراه تشکیل شده و تپ اختر با پرتوهای پرانرژی خود بهتدریج ستارهٔ همراه را میفرساید و میبلعد.
این ویژگی بهخودیخود چندان عجیب نیست. چون نخستین سیارات فراخورشیدیِ تأییدشده در تاریخ (PSR B1257+12 B) و (PSR B1257+12 C) هستند که در سال ۱۹۹۲ کشف شدند. آنها هم به دور تپ اخترها میچرخیدند؛ تپ اخترهایی که نوعی ستارهٔ نوترونی جوان و بسیار سریعچرخان هستند.
اما آنچه PSR J2322-2650b را واقعاً منحصربهفرد میکند، دو ویژگی است: شکل آن بیضوی است، شبیه یک لیمو یا توپ فوتبال آمریکایی. اتمسفر آن کاملاً متفاوت از هر آن چیزی است که تاکنون دیدهایم. “پیتر گائو” عضو تیم پژوهشی از آزمایشگاه زمین و سیارات کارنگی، در بیانیهای گفت: «این یک شگفتیِ مطلق بود. یادم هست وقتی دادهها به دستمان رسید، واکنش جمعیمان این بود که: “این دیگر چیست؟!” این سیاره بهشدت با چیزی که انتظارش را داشتیم متفاوت است.»
اتمسفر PSR J2322-2650b تحت سلطهٔ هلیوم و کربن است و بهاحتمال زیاد ابرهایی از دودهٔ کربنی دارد که متراکم میشوند و الماسهایی میسازند که مانند باران روی سیاره فرو میریزند. این سیاره تنها حدود ۱٫۶ میلیون کیلومتر از تپ اختر میزبانش فاصله دارد — در حالی که فاصلهٔ زمین تا خورشید تقریباً ۱۰۰ برابر بیشتر است.
این سیاره هر ۸ ساعت یک بار مدار خود را کامل میکند. شکل لیمومانند آن نتیجهٔ نیروهای کشندی شدید است که بهواسطهٔ گرانش بسیار قوی ستارهٔ مردهای که به آن چسبیده، در درون سیاره ایجاد میشوند.
دو پرتو رادیویی از قطبهای مغناطیسی تپ اختر گسیل میشوند و مانند نور چراغ دریایی در فضا میچرخند. نیروهای گرانشی تپ اختر— که بسیار پرجرمتر است — این سیارهٔ همجرم مشتری را به شکل یک لیمو کشیدهاند. این سیاره که با تلسکوپ جیمز وب مطالعه شده، اتمسفری عجیب و کاملاً بیسابقه دارد و چگونگی شکلگیری آن همچنان یک راز است.
مانند تمام ستارههای نوترونی، تپ اخترها زمانی متولد میشوند که ستارگانی بسیار پرجرم — دستکم ۱۰ برابر خورشید — سوخت همجوشی هستهای خود را تمام میکنند. در نتیجه، لایههای بیرونی این ستارهها در یک انفجار ابرنواختری به فضا پرتاب میشود. آنچه باقی میماند، هستهای با جرمی بین ۱ تا ۲ برابر جرم خورشید است که در قطری حدود ۲۰ کیلومتر فشرده میشود. این هسته به دلیل حفظ تکانهٔ زاویهای میتواند با سرعتی تا ۷۰۰ بار در ثانیه بچرخد!
ستارهٔ میزبان این سیاره یک تپ اختر میلیثانیهای است. اگرچه این تپ اختر پرتوهای شدید گامایی منتشر میکند، اما نور فروسرخ بسیار کمی ساطع میکند. از آنجا که تلسکوپ جیمز وب برای مشاهدهٔ کیهان در طیف فروسرخ طراحی شده است، این ستارهٔ مردهٔ قدرتمند مانع دید این تلسکوپ ۱۰ میلیارد دلاری نشد. این موضوع به تیم پژوهشی اجازه داد تا اتمسفر PSR J2322-2650b را با جزئیات بررسی کرده و ترکیب منحصربهفرد آن را کشف کنند.
“مایکل ژانگ” رهبر تیم از دانشگاه شیکاگو، گفت: «این یک نوع کاملاً جدید از اتمسفر سیارهای است که هیچکس تا به حال ندیده. بهجای مولکولهای معمولی که انتظار داریم — مثل آب، متان و دیاکسیدکربن — ما مولکولهای کربن دیدیم، بهطور خاص کربن-۳ و کربن-۲.»
این سیاره بهصورت قفل گرانشی به ستارهاش متصل است؛ یعنی: یک سمت آن (سمت روز) همیشه رو به ستارهٔ نوترونی است. سمت دیگر (سمت شب) برای همیشه رو به فضای تاریک قرار دارد. دمای سمت روز به ۲۰۴۰ درجهٔ سانتیگراد میرسد، در حالی که دمای سمت شب آن به ۶۵۰ درجهٔ سانتیگراد میرسد.
در چنین دماهایی، کربن مولکولی معمولاً باید با عناصر دیگر پیوند بخورد و تنها زمانی غالب میشود که تقریباً هیچ اکسیژن یا نیتروژنی در اتمسفر وجود نداشته باشد. از میان حدود ۱۵۰ اتمسفر سیارهای که تاکنون بررسی شدهاند، هیچکدام نشانی از کربن مولکولی نداشتهاند.»
“ژانگ” میگوید: «آیا این جرم مثل یک سیارهٔ عادی شکل گرفته؟ نه، چون ترکیبش کاملاً متفاوت است. آیا از لایهبرداری یک ستاره، مثل سامانههای معمول بیوهٔ سیاه، به وجود آمده؟ احتمالاً نه، چون فیزیک هستهای کربن خالص تولید نمیکند. واقعاً سخت است تصور کنیم چگونه به چنین ترکیبِ بهشدت غنی از کربن میرسیم. به نظر میرسد تمام سازوکارهای شناختهشدهٔ شکلگیری را رد میکند.»
یک مسیر احتمالی برای شکلگیری این سیاره وجود دارد که به پدیدهای منحصربهفرد در اتمسفر عجیب آن مربوط میشود. “راجر رومانی” عضو تیم و پژوهشگر دانشگاه استنفورد، توضیح میدهد: «وقتی همدم سیارهای شروع به سرد شدن میکند، مخلوط کربن و اکسیژن در درون آن شروع به بلورین شدن میکند. بلورهای کربن خالص به سمت بالا شناور میشوند و با هلیوم مخلوط میشوند — و این همان چیزی است که ما میبینیم. اما بعد باید اتفاقی بیفتد که اکسیژن و نیتروژن را دور نگه دارد. و اینجاست که راز اصلی نهفته است.»
او در پایان افزود: «اما اینکه همهچیز را ندانیم، حس خوبی دارد. مشتاقم بیشتر دربارهٔ عجیببودن این اتمسفر یاد بگیرم. عالی است که یک معمای واقعی برای حلکردن داشته باشیم.» جزئیات بیشتر این پژوهش در The Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.
