اخترشناسان ۷ سال یک سیاره را زیر نظر داشتند تا آنکه ناگهان ناپدید شد

یک سیاره فراخورشیدی از نوع مشتری داغ که سال‌ها پیش کشف شده بود، دیگر از دید ما از مقابل ستاره‌اش نمی‌گذرد. چگونه ممکن است چنین اتفاقی رخ دهد؟

یکی از ویژگی‌های جالب کشف سیاره‌های فراخورشیدی این است که وقتی مدت زمان گردش آن‌ها به دور ستاره‌شان را مشخص کنیم، می‌توانیم با نظمی دقیق و تقریباً مثل ساعت، منتظر تکرار حضورشان باشیم.

درواقع، زمان‌بندی گذرهای سیاره‌ای آن‌قدر منظم است که می‌توانیم از تغییرات جزئی در آن‌ها برای شناسایی اثر گرانشی سیاره‌های دیگری استفاده کنیم که در همان منظومه فراخورشیدی حضور دارند. این زمان‌بندی دقیق کاربرد دیگری هم دارد: می‌توانیم با اطمینان، تلسکوپ‌ها را در زمان مناسب به‌سمت منظومه نشانه بگیریم؛ یعنی زمانی که می‌دانیم بخشی از نوری که دریافت می‌کنیم، از جو سیاره عبور کرده است.

دوشنبه‌ی گذشته، پژوهشگران گزارش دادند که یک سیاره فراخورشیدی از قبل کشف‌شده، دیگر در مشاهدات ظاهر نمی‌شود. سیاره TOI-2535b، جرمی داغ در حد مشتری است که به‌مدت تقریباً ۷ سال آن را هنگام گذر از مقابل TOI-2535، ستاره میزبانش رصد می‌کردیم. اما این سیاره به‌تازگی دیگر در مشاهدات دیده نشده است و پژوهشگران احتمال می‌دهند علت این اتفاق، وجود سیاره همراهی ناشناخته باشد که در صفحه مداری متفاوتی به دور همان ستاره می‌چرخد.

جرم TOI-2535 یکی از ستاره‌های متعددی است که ماهواره نقشه‌بردار فراخورشیدی گذران (TESS) نشانه‌هایی از وجود سیاره‌هایی در اطراف آن‌ها شناسایی کرده است. این ستاره از نوع کوتوله K و کمی از خورشید کوچک‌تر است.

داده‌های تلسکوپ تِس نشانه‌هایی از وجود سیاره‌ای به‌اندازه مشتری را نشان می‌دادند که هر ۸ روز یک‌بار به دور این ستاره می‌چرخد. این فاصله مداری نسبتاً کم باعث شده است TOI-2535b در دسته سیاره‌های فراخورشیدی موسوم به «مشتری داغ» قرار بگیرد. تا آن زمان، هیچ ویژگی غیرعادی خاصی در این سیاره دیده نمی‌شد.

اما بررسی دقیق‌تر داده‌ها دو ویژگی بسیار عجیب را آشکار کرد. نخست اینکه زمان وقوع گذرهای سیاره از مقابل ستاره می‌توانست تا ۶ ساعت جابه‌جا شود؛ تغییری چشمگیر برای سیاره‌ای که مدار گردش آن فقط ۸ روز طول می‌کشد. چنین پدیده‌ای معمولاً نشانه برهم‌کنش گرانشی با سیاره‌ای دیگر است.

بسته به جزئیات مدار سیاره دوم، نیروی گرانش آن می‌تواند حرکت سیاره اول را کندتر کند یا باعث شود با سرعت بیشتری از مقابل ستاره بگذرد. از آنجایی که سیاره دوم در داده‌های تس دیده نمی‌شود، به نظر می‌رسد در صفحه‌ای کمی متفاوت از صفحه مداری سیاره اول حرکت می‌کند و درنتیجه از دید ما از مقابل ستاره میزبان نمی‌گذرد.

دومین ویژگی غیرعادی این بود که مدت زمان گذر سیاره در مشاهدات جدیدتر، به‌تدریج کوتاه‌تر شده بود. این موضوع نشان می‌دهد که در مشاهدات اولیه، سیاره از مقابل استوای ستاره عبور می‌کرده، اما در مشاهدات بعدی، مسیر گذرش به یکی از قطب‌های ستاره نزدیک‌تر شده است. در چنین حالتی، سیاره مدت زمان کمتری را در مسیر میان ستاره و زمین سپری می‌کند. این روند سرانجام به نتیجه‌ای منطقی رسید: در جدیدترین مشاهدات، TOI-2535b دیگر اصلاً از مقابل ستاره نمی‌گذشت.

بدیهی است که برهم‌کنش گرانشی با سیاره‌ای که در صفحه مداری متفاوتی حرکت می‌کند، می‌تواند مدار TOI-2535b را به‌اندازه‌ای تغییر دهد که دیگر از دید زمین، از مقابل ستاره‌اش نگذرد. البته نمونه معکوس این پدیده نیز پیش‌تر مشاهده شده است: ستاره‌ای که در ابتدا هیچ گذری از سیاره‌ای در مقابل آن ثبت نشده بود، اما در مشاهدات بعدی، گذرهای سیاره‌ای در برابرش ظاهر شدند.

بااین‌حال، TOI-2535b سیاره‌ای به‌اندازه مشتری است و تغییر دادن مدار جرمی با چنین ابعادی نباید چندان آسان باشد. همان‌طور که پژوهشگران اشاره می‌کنند: «این سریع‌ترین نرخ تغییر زاویه میل مداری است که تاکنون برای یک سیاره فراخورشیدی در حال گردش به دور یک ستاره منفرد مشاهده شده است.»

پژوهشگران می‌گویند سیاره دوم و ناشناخته برای ایجاد چنین تغییری باید «جرمی بسیار زیاد داشته باشد یا در مداری با خروج از مرکز بسیار بالا حرکت کند». به همین دلیل، آن‌ها تصمیم گرفتند بررسی کنند چه آرایش‌هایی از دو سیاره می‌تواند چنین تغییرات سریعی را رقم بزند.

برای یافتن پاسخ، پژوهشگران ۳۰۰هزار آرایش مداری اولیه متفاوت را شبیه‌سازی کردند و تحول هر کدام را در گذر زمان مورد بررسی قرار دادند. نتایج نشان داد که هیچ آرایش مشخصی بر بقیه برتری ندارد؛ بلکه تا زمانی که دو سیاره در نوعی رزنانس مداری قرار داشته باشند، منظومه دست‌کم در بازه‌های زمانی نسبتاً کوتاه پایداری خود را حفظ می‌کند.

پژوهشگران سپس ۱۰۰ مدل برتر را انتخاب و تحول آن‌ها را در بازه‌ای به طول یک میلیون سال شبیه‌سازی کردند. حدود دوسوم از مدل‌ها در طول این دوره ناپایدار شدند؛ نتیجه‌ای که چند حالت احتمالی از رزنانس مداری را کنار گذاشت.

یک‌سوم باقی‌مانده دو ویژگی مشترک داشتند. نخست اینکه سیاره دوم که هنوز شناسایی نشده است، باید جرم نسبتاً زیادی داشته باشد؛ دست‌کم در حدود جرم زحل . دوم اینکه زاویه بین صفحات مداری دو سیاره نمی‌تواند خیلی بزرگ باشد. اگر این زاویه بیش از حد زیاد باشد، اختلاف آن به‌مرور کاهش پیدا می‌کند و درنتیجه مدار هر دو سیاره به‌تدریج کشیده‌تر و بیضوی‌تر می‌شود. سرانجام، این وضعیت به نزدیک‌شدن بیش از حد دو سیاره به یکدیگر و سپس ناپایداری منظومه منجر خواهد شد.

اگر تصورکردن این فرایندها برایتان دشوار است، دانشگاه کالیفرنیا لس‌آنجلس ویدئویی از یکی از مدل‌های بهتر این پژوهش منتشر کرده است.

هرچند سیاره دوم هنوز با روش گذر شناسایی نشده است، نیروی گرانش آن بر ستاره میزبان باید تغییراتی در سرعت شعاعی ستاره ایجاد کند که احتمالاً می‌توان آن‌ها را اندازه‌گیری کرد. بااین‌حال، در حال حاضر داده‌های دقیق و کافی برای شناسایی چنین تغییراتی در اختیار نداریم. پژوهشگران همچنین می‌گویند تغییرات ثبت‌شده در زمان‌بندی گذرها با مقداری نویز همراه است؛ بنابراین نمی‌توان احتمال وجود سیاره سوم را در منظومه کاملاً رد کرد.

یکی از پرسش‌هایی که احتمالاً حتی با مشاهدات بیشتر هم نمی‌توان به آن پاسخ داد، این است که این منظومه چگونه به وضعیت کنونی خود رسیده است. تصور می‌شود سیاره‌های بزرگ ابتدا در فاصله دورتری از ستاره شکل می‌گیرند و سپس بر اثر اصطکاک ناشی از گاز موجود در قرص سیاره‌ساز، به‌تدریج به سمت ستاره مهاجرت می‌کنند. این حرکت به‌سمت داخل معمولاً با شکل‌گیری رزنانس‌های مداری متوقف می‌شود.

اما همین نیروی اصطکاک باید زاویه بین مدار سیاره‌ها را نیز محدود کند. بنابراین، بدون وقوع رویدادی اضافی که آرایش مدارها را به‌هم زده باشد، مشخص نیست این منظومه چگونه توانسته است به وضعیت کنونی برسد.