کشف یک «ابرزمین» که قوانین اخترفیزیک را به چالش می‌کشد

باشگاه خبرنگاران جوان؛ جواد فراهانی - سیاره دوردست GJ ۵۲۳b، تقریباً دو برابر قطر زمین است، اما جرم آن تقریباً ۲۳ برابر سیاره ما است. این امر آن را به یک جسم فوق‌العاده متراکم تبدیل می‌کند، با چگالی حدود ۷.۸ گرم در هر سانتی‌متر مکعب، نزدیک به چگالی آهن.

این سیاره عجیب هر ۱۷.۷۵ روز یکبار به دور ستاره خود می‌چرخد و تخمین زده می‌شود که این منظومه سیاره‌ای تنها حدود ۱۷۰ میلیون سال قدمت داشته باشد - سنی نسبتاً جوان در مقیاس کیهانی.

آنچه دانشمندان را حتی بیشتر شگفت‌زده می‌کند این است که این چگالی بالا نشان‌دهنده جو بسیار نازکی است، حتی اگر اندازه بزرگ و جرم عظیم آن، در شرایط عادی، مقادیر زیادی گاز را جذب کرده و جو ضخیمی را تشکیل داده باشد، همانطور که در مورد سیارات گازی غول‌پیکر در منظومه شمسی ما صادق است.

این سیاره ابتدا توسط ماهواره TESS ناسا شناسایی شد، که کاهش‌های دوره‌ای در روشنایی یک ستاره ناشی از عبور سیارات از مقابل ستاره‌اش را رصد می‌کند. سفر به اینجا ختم نشد. دانشمندان مشاهدات خود را با استفاده از تلسکوپ زمینی WIYN در رصدخانه ملی کیت پیک در آریزونا ادامه دادند و از طیف‌سنج‌های پیشرفته برای اندازه‌گیری تأثیر گرانشی سیاره بر ستاره‌اش استفاده کردند.

با ترکیب این اندازه‌گیری‌ها، تیم توانست جرم، شعاع و چگالی سیاره را به طور دقیق محاسبه کند. آنها تعیین کردند که وزن این سیاره ۲۳.۵ برابر جرم زمین است، در حالی که شعاع آن ۲.۵۵ برابر بزرگتر است. این جرم عظیم در حجم نسبتاً کوچکی متمرکز شده است و به آن چگالی فوق‌العاده بالایی می‌دهد که از بیشتر سیارات سنگی شناخته شده فراتر می‌رود.

معضل علمی واقعی در اینجا نهفته است: طبق مدل‌های استاندارد، اجرام آسمانی با تشکیل هسته‌های جامد از سنگ و فلز شروع می‌شوند، سپس گاز‌های سبک‌تر را از دیسک غبارآلود اطراف ستاره جوان به درون خود می‌کشند. در منظومه شمسی ما، اعتقاد بر این است که سیارات غول‌پیکر تنها زمانی شروع به تجمع پوشش‌های گازی عظیم خود می‌کنند که هسته‌هایشان به جرمی حدود ۲۰ برابر زمین برسند. اما GJ ۵۲۳b از این حد بسیار فراتر رفته است، اما به یک غول گازی تبدیل نشده است. به طرز شگفت‌آوری، سنگی باقی مانده است و این سوال گیج‌کننده را مطرح می‌کند: چرا چنین مسیر متفاوتی را دنبال کرده است؟

مکس کرافت، محقق اصلی این مطالعه، می‌گوید: "ما اصلاً انتظار چنین چیزی را نداشتیم. سیارات با چگالی بالا غیرمعمول نیستند، اما معمولاً مانند زمین یا عطارد کوچک هستند. این سیاره دو و نیم برابر بزرگتر است و سوال اصلی این است: چرا با وجود اینکه جرم آن ۲۰ برابر زمین است، به یک غول گازی تبدیل نشده است؟ "

دانشمندان برای توضیح این پدیده عجیب، دو فرضیه اصلی ارائه می‌دهند: اولین فرضیه این است که این سیاره در ابتدا با یک جو متراکم تشکیل شده است که بعداً به دلیل باد‌های شدید ستاره‌ای یا تابش از دست داده است. دوم این است که این سیاره حاصل برخورد شدید بین دو سیاره بزرگ بوده که هسته‌های سنگی آنها را ذوب کرده و مقادیر عظیمی از گاز را به فضا پرتاب کرده است. با این حال، هر دو فرضیه هنوز به شواهد بیشتری نیاز دارند.

ستاره‌شناسان بیش از یک دهه است که از اصطلاح "ابرزمین" برای توصیف چنین جهان‌های سنگی فوق‌العاده بزرگ استفاده می‌کنند، اما دیگر این اصطلاح یک دسته رسمی از سیارات فراخورشیدی نیست. آنها معتقدند که یافتن نمونه‌های مشابه بیشتر، تنها راه برای درک این است که آیا این سیارات نشان‌دهنده رویداد‌های نادر هستند یا بخشی از یک الگوی گسترده‌تر هستند.

کرافت نتیجه می‌گیرد: نتیجه‌گیری کلی در مورد تشکیل سیاره از یک نمونه واحد دشوار است. ما هرگز ۱۰۰۰۰ مورد از این سیارات فوق متراکم را پیدا نخواهیم کرد، اما اگر بتوانیم ۲۰ یا ۳۰ مورد را جمع‌آوری کنیم، شاید برخی از روند‌های واضح شروع به ظهور کنند. 

منبع: Space.com