اخترشناسان به سرپرستی دانشگاه نورث‌وسترن، ویژگی خارق‌العاده‌ای را در اطراف «سیاره صورتی» معروف جهان کشف کرده‌اند: آسمان‌هایی انباشته از ابرهای نمکی!
بیش از یک دهه بود که این جهان باستانی، که به خاطر ظاهر زیبایش شناخته می‌شود، دانشمندان را سردرگم کرده بود. این جرم به عنوان یکی از سردترین همدم‌های با جرم سیاره‌ای که تاکنون به‌طور مستقیم تصویربرداری شده است، چنان کم‌نور است که تلسکوپ‌های زمینی برای تحلیل نور بازتاب‌شده از جو آن با دشواری زیادی روبه‌رو بوده‌اند. با این حال، مشاهدات جدید تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) سرانجام نمای بسیار واضح‌تری ارائه داده و اتمسفری پر از ترکیبات شیمیایی غیرعادی و ابرهای نمکیِ پیش‌تر دیده‌نشده را آشکار کرده است.
این یافته‌ها از اولین شواهد مستقیم برای اثبات وجود ابرهای نمکی در اتمسفر یک جرم سیاره‌ای سرد به شمار می‌روند و ایده‌ای را تایید می‌کنند که دانشمندان برای نخستین بار بیش از ۱۵ سال پیش مطرح کرده بودند. این کشف همچنین نشان می‌دهد که چگونه جیمز وب مطالعه جهان‌های بسیار سرد و کم‌نوری را که خارج از دسترس رصدخانه‌های زمینی بوده‌اند، امکان‌پذیر ساخته است.
این مطالعه در تاریخ ۱۸ ژوئن در مجله نجوم (Astronomical Journal) منتشر شد.
انیش بابوراج از دانشگاه نورث‌وسترن که سرپرستی این تحقیق را بر عهده داشت، گفت:
سیاره صورتی سردترین همدمی است که تا به حال با استفاده از ابزارهای زمینی کشف شده است. تیم‌های زیادی در سراسر جهان مشاهدات تکمیلی را برای مطالعه نور آن انجام دادند، اما این جرم برای ابزارهای زمینی بیش از حد کم‌نور بود. همین موضوع آن را به یک هدف عالی برای جیمز وب تبدیل کرد. وقتی در نهایت طیف نوری آن را به دست آوردیم، بلافاصله جالب به نظر رسید. اما به محض اینکه شروع به بررسی دقیق‌تر داده‌ها کردیم، فهمیدیم که این جرم شبیه به هیچ‌کدام از چیزهایی که قبلاً تحلیل کرده‌ایم نیست.
بابوراج پژوهشگر سیارات فراخورشیدی و همکار پسادکتری در مرکز اکتشافات و تحقیقات بین‌رشته‌ای فیزیک نجومی دانشگاه نورث‌وسترن (CIERA) است. او با دانشمندان موسسه علمی تلسکوپ فضایی (STScI) از جمله مارشال پرین، طراح برنامه رصدی برای جرم GJ504b، همکاری داشته است. پرین همچنین در تیم دانشمندان تلسکوپ جیمز وب فعالیت می‌کند که به توسعه این تلسکوپ کمک کرده و بر عملیات علمی مداوم آن نظارت دارد.
راز سیاره صورتی
سیاره صورتی که رسماً با نام GJ504b شناخته می‌شود، اولین بار در سال ۲۰۱۳ کشف شد و به دور ستاره‌ای خورشیدمانند در فاصله ۵۷ سال نوری از زمین می‌چرخد. اخترشناسان علیرغم نام مستعار این جرم، هنوز مطمئن نیستند که آیا باید آن را یک سیاره واقعی طبقه‌بندی کنند یا خیر. جرم GJ504b با وزنی در حدود ۲۵ برابر مشتری، در نزدیکی مرز میان سیارات غول‌پیکر و کوتوله‌های قهوه‌ای قرار دارد. به دلیل این عدم قطعیت، پژوهشگران آن را یک «همدم با جرم سیاره‌ای» توصیف می‌کنند؛ یعنی جرمی در اندازه یک سیاره که به دور یک ستاره می‌چرخد.
کم‌نور بودن این جرم، مطالعه آن را به شدت سخت کرده بود. در حالی که بیشتر سیارات فراخورشیدی که به طور مستقیم تصویربرداری شده‌اند دمایی بین ۱۰۰۰ تا ۲۰۰۰ درجه فارنهایت دارند، دمای GJ504b تنها حدود ۵۵۰ درجه فارنهایت (۲۹۰ درجه سانتی‌گراد) است که با دمای داخل اجاق پخت نان قابل مقایسه است.
به گفته بابوراج، دمای نسبتاً خنک این جرم بازتاب‌دهنده سن آن است. سیارات غول‌پیکر زندگی خود را با دمای بسیار بالا آغاز می‌کنند اما به مرور زمان و در طول میلیاردها سال خنک می‌شوند. تحلیل این تیم نشان می‌دهد که سن GJ504b بین ۲.۵ تا ۴ میلیارد سال است.
پژوهشگران برای بررسی این جرم، از جیمز وب برای ثبت نور کم‌رمق آن استفاده کردند و در عین حال تکنیک‌های پیشرفته پردازش داده را برای حذف درخشش شدید ستاره مادر (که بسیار روشن‌تر بود) به کار گرفتند. این کار به آن‌ها اجازه داد تا طیف نوری این همدم را جداسازی کنند؛ فرآیندی که نور را به طول موج‌های مختلف تجزیه می‌کند. از آنجا که عناصر و مولکول‌های خاص، ردپای منحصربه‌فردی در طیف نوری بر جای می‌گذارند، دانشمندان می‌توانند با مطالعه این الگوها به ترکیب ساختاری یک اتمسفر پی ببرند.
بابوراج گفت:
در گذشته، اخترشناسان دیگر برای به دست آوردن یک طیف نوری، این همدم را یک شب کامل با برخی از بزرگ‌ترین تلسکوپ‌های جهان رصد کردند و باز هم نتوانستند آن را ببینند. با جیمز وب، کل رصد ما حدود دو ساعت طول کشید و موفقیت‌آمیز بود.
جیمز وب ابرهای نمکی را آشکار می‌کند
این طیف نوری وجود اتمسفری حاوی بخار آب، متان، دی‌اکسید کربن، آمونیاک و چندین مولکول دیگر را نشان داد. وقتی پژوهشگران این مشاهدات را با مدل‌های اتمسفری مقایسه کردند، با یک مشکل غیرمنتظره مواجه شدند؛ این مدل‌ها تنها در صورتی با داده‌ها همخوانی داشتند که شرایط اتمسفری غیرواقع‌بینانه‌ای برای آن‌ها تعریف می‌شد.
این معما پس از آنکه تیم تحقیق ابرها را وارد شبیه‌سازی‌های خود کرد، حل شد. در میان چندین نوع ابری که آن‌ها آزمایش کردند، ابرهای نمکی بیشترین و بهترین همخوانی را با مشاهدات داشتند. این ابرها احتمالاً مانع از دیدن لایه‌های عمیق‌تر اتمسفر می‌شوند و نوری را که در نهایت به جیمز وب می‌رسد، تغییر می‌دهند.
بابوراج گفت:
ما شبیه‌سازی‌هایی را با ابرها اجرا کردیم و نتایج با آنچه درباره سیارات سرد می‌دانیم همخوانی پیدا کرد. ما سه نوع مختلف از ابرها را امتحان کردیم و ابرهای نمکی بهترین تناسب را داشتند. وقتی ابرهای نمکی را در نظر گرفتیم، اثر مولکول‌های پنهان‌شده در لایه‌های عمیق‌تر اتمسفر این همدم تعدیل شد و آن‌وقت نتایج از نظر فیزیکی ممکن شدند.
مشاهدات همچنین نشان می‌دهند که GJ504b حاوی مقدار غیرعادی و زیادی از عناصر سنگین است که اخترشناسان آن‌ها را به عنوان فلزات می‌شناسند. با این حال، منشأ آن همچنان نامشخص است. بر اساس شواهد موجود، این جرم ممکن است مانند یک سیاره غول‌پیکر یا بیشتر شبیه به یک ستاره کوچک شکل گرفته باشد.
دریچه‌ای نو به سوی جهان‌های بیگانه سرد
بابوراج معتقد است روش‌های نشان‌داده‌شده در این مطالعه به دانشمندان کمک خواهد کرد تا بسیاری از جهان‌های کم‌نور و سرد دیگر را بررسی کنند. به عنوان مثال، سیاره مشتری با ابرهایی از یخ آمونیاک پوشیده شده است. اگرچه ابزارهای فعلی هنوز نمی‌توانند آن لایه‌های ابری را با جزئیات مشابه مطالعه کنند، اما شناسایی موفقیت‌آمیز ابرهای نمکی در اطراف GJ504b نشان می‌دهد که اخترشناسان به طور پیوسته در حال گسترش مرزهای رصدی خود هستند.
بابوراج در پایان گفت:
این اولین بار است که متوجه می‌شویم ابرهای نمکی برای توضیح طیف نوری یک جرم حیاتی هستند. این یادآوری خوبی است تا همیشه ابرها را در مدل‌های خود لحاظ کنیم.
منبع: Scitechdaily
