کشف سیاره‌ای کربنی در اطراف یک تپ‌اختر

ستاره‌شناسان با استفاده از «تلسکوپ فضایی جیمز وب»(JWST)، یک سیاره فراخورشیدی جدید با اتمسفری از کربن را در اطراف یک تپ‌اختر کشف کردند.

به گزارش ایسنا، علم از طریق داده‌هایی پیشرفت می‌کند که با درک کنونی ما مطابقت ندارند. بنابراین، دانشمندان باید از داده‌های جدیدی که درک آنها را از نحوه کار جهان به چالش می‌کشد، استقبال کنند. آنها با استفاده از داده‌های «تلسکوپ فضایی جیمز وب»، موفق به کشف چنین داده‌هایی شدند. این مطالعه جدید به یک سیاره فراخورشیدی در اطراف یک تپ‌اختر پرداخته و نشان داده که اتمسفر آن تقریباً به طور کامل از کربن خالص ساخته شده است.

به نقل از لایوساینس، این تپ‌اختر «PSR J2322-2650» نام دارد و از آن با نام «بیوه سیاه» یاد می‌شود، زیرا با دزدیدن مواد از ستاره‌ همسایه، فوران‌های پرانرژی خود را تغذیه می‌کند. ستاره همسایه در این مطالعه، به احتمال زیاد به یک سیاره مشتری داغ تنزل یافته است که هر هفت یا هشت ساعت یک بار به دور ستاره نوترونی والد خود می‌چرخد.

تپ‌اختر، ستاره‌ای بسیار متراکم و کوچک است که از فروپاشی یک ستاره پرجرم پس از انفجار ابرنواختری به‌وجود می‌آید. این ستاره به سرعت دور خودش می‌چرخد و پرتوهای نیرومند امواج رادیویی و گاهی نور مرئی را از قطب‌های مغناطیسی‌اش به بیرون می‌فرستد. مشاهده ما از آنها به شکل تپ‌های منظم نور یا امواج رادیویی است.

فرآیند تشکیل «بیوه سیاه» دو مرحله دارد. در مرحله اول، ستاره نوترونی که در این مورد یک تپ‌اختر است، مواد را می‌دزدد و در مرحله دوم با تابش گامای پرانرژی به همراه خود حمله می‌کند. درنهایت، بیشتر لایه‌های بیرونی ستاره همراه را از بین می‌برد و به تشکیل یک سیاره فراخورشیدی به اندازه مشتری منجر می‌شود که عمدتاً از هلیوم ساخته شده است.

سیاره فراخورشیدی کشف‌شده در اطراف بیوه سیاه، «PSR J2322-2650b» نام دارد. این سیاره به اندازه مشتری است وبه نظر می‌رسد چگالی مشابهی را با آنچه انتظار می‌رود از هلیوم ساخته شده باشد، دارد. با وجود این، اتمسفر آن بر خلاف هر سیاره دیگری است که تاکنون به همراه سامانه بیوه سیاه مشاهده شده است. طبق داده‌های طیف‌سنجی تلسکوپ فضایی جیمز وب، اتمسفر آن عمدتاً از کربن تشکیل شده است. معمولاً این نوع عناصر در دنباله‌های دنباله‌دارها یا در شعله‌های روی زمین یافت می‌شوند. حضور آنها در اتمسفر یک سیاره به ویژه با این مقادیر فراوان، موضوعی جدید برای ستاره‌شناسی است.

نکته جالب دیگر درباره اتمسفر این سیاره، تفاوت بین سمت روز و شب آن است. در سمت روز که همیشه رو به تپ‌اختر است، دما می‌تواند به بالای ۲۰۰۰ درجه سلسیوس برسد و نشانه‌های شیمیایی بسیار واضحی دارد. با وجود این، در سمت شب آن تقریباً هیچ ویژگی‌ وجود ندارد که نشان دهد آن سمت سیاره با دوده یا جرمی مشابه پوشیده شده است. ستاره‌شناسان برای اثبات بیشتر عجیب بودن اتمسفر این سیاره، نسبت کربن به اکسیژن و همچنین نسبت کربن به نیتروژن را محاسبه کردند.

نسبت کربن به اکسیژن بیش از ۱۰۰ بود؛ در حالی که نسبت کربن به نیتروژن بیش از ۱۰ هزار بود. در مقایسه، زمین به ترتیب دارای نسبت ۰/۰۱ و ۴۰ است. بنابراین، واضح است که کربن زیادی در این سیاره وجود دارد. این کشف با مدل‌های دانشمندان درباره چگونگی تشکیل سیاره مطابقت نداشت. لایه‌های بیرونی این سیاره به عنوان بخشی از فرآیند تشکیل بیوه سیاه باید توسط ستاره همراه مکیده شده یا توسط تابش آن ستاره سوخته شده باشند.

این واقعیت که چنین اتمسفر غنی از کربن هنوز وجود دارد، برای دانشمندان همچنان یک راز باقی می‌ماند. فرآیندهایی وجود دارند که می‌توانند چنین اتمسفری را ایجاد کنند، اما حتی این امر نیز برای توضیح این که چگونه نسبت کربن به اکسیژن سیاره به این حد بالا رسیده است، کافی نیست. با وجود این، جنبه‌های دیگر سیاره با تئوری کلی دانشمندان همخوانی دارند. مدل‌های آنها پیش‌بینی می‌کنند که سیاراتی با چرخش سریع، بادهای غربی قوی خواهند داشت که با بادهای شرقی معمولی در دیگر مشتری‌های داغ متفاوت است. داده‌های جیمز وب نشان می‌دهند که داغ‌ترین قسمت سیاره حدود ۱۲ درجه در غرب مرکز است که اولین شواهد رصدی را از این پدیده باد غربی ارائه می‌دهد.

سیاره PSR J2322-2650b، سیاره‌ای متناقض است. اندازه و شکل آن برای یک منظومه تپ‌اختر بیوه سیاه مناسب است. گردش جوی آن نیز به خوبی با بهترین مدل‌های ستاره‌شناسان مطابقت دارد، اما اتمسفر آن چالش دیگری است و ستاره‌شناسان باید دلیلی را برای توجیه کردن آن با داده‌های جدید پیدا کنند. در حالی که آنها مشغول انجام دادن این کار هستند، جیمز وب به جستجوی آسمان برای یافتن ناهنجاری‌های بیشتر ادامه خواهد داد. این جستجو می‌تواند انقلاب علمی بعدی را به وجود بیاورد.

این مطالعه به صورت پیش‌چاپ در مجله arXiv منتشر شده است.

*