کشف نخستین سیاره گازی در حال تولد با ترکیب داده‌های گایا و ALMA

کشف سیاره‌ای غول‌پیکر در MP Mus

ستاره‌ای به نام MP Mus که پیش‌تر منظومه‌ای بی‌حادثه و فاقد هرگونه سیاره به نظر می‌رسید، اکنون پرده از یکی از رازهای بزرگ کیهان برداشته است: سیاره‌ای غول‌پیکر، با جرمی بین ۳ تا ۱۰ برابر مشتری، در دل دیسک گازی و غبارآلود اطراف این ستاره در حال تولد است.

مشاهدات اولیه این ستاره، تصویری یکنواخت و بی‌ویژگی از یک دیسک صاف و بدون شکاف ارائه می‌داد که انتظار می‌رفت پس از حدود ۷ تا ۱۰ میلیون سال عمر، نشانه‌هایی از شکل‌گیری سیارات را نشان دهد. اما بررسی‌های تازه با استفاده از طول‌موج بلندتر در حدود ۳ میلی‌متر توسط تلسکوپ ALMA و تحلیل داده‌های دقیق حرکت ستاره‌ای از مأموریت گایا، تصویر کاملاً متفاوتی را آشکار ساخت.

ترکیب داده‌های گایا و ALMA: کلید کشف

تیم بین‌المللی به سرپرستی پژوهشگرانی از دانشگاه کمبریج، موفق شدند وجود یک سیاره گازی عظیم را در دل «دیسک پیش‌سیاره‌ای» شناسایی کنند. این دیسک‌ها نوارهای چرخانی از گاز، یخ و گردوغبار هستند که محل تولد سیارات تازه‌اند. یافته‌ها که در نشریه Nature Astronomy منتشر شده‌اند، نخستین مورد از شناسایی سیاره‌ای جوان در چنین دیسکی با استفاده از داده‌های گایا هستند.

آلوارو ریباس، اخترشناس مؤسسه نجوم دانشگاه کمبریج و سرپرست پژوهش، می‌گوید: «وقتی برای نخستین‌بار MP Mus را مشاهده کردیم، مانند بسیاری دیگر از دیسک‌ها انتظار وجود حلقه‌ها یا شکاف‌هایی را داشتیم که نشانگر وجود سیارات است. اما چیزی ندیدیم. بسیار یکنواخت و بی‌ویژگی به نظر می‌رسید، که با سن آن ناسازگار بود.»

در سال ۲۰۲۳ این تیم با استفاده از طول‌موج بلندتر در رصدخانه ALMA به مشاهده دوباره این ستاره پرداخت. این بار، تصویری متفاوت پدیدار شد: حفره‌ای در نواحی نزدیک به ستاره و دو شکاف بزرگ در فواصل دورتر که پیش‌تر به دلیل محدودیت‌های طول‌موج مشاهده‌نشده بودند.

به‌صورت هم‌زمان، میگل ویوکه از رصدخانه جنوبی اروپا (ESO)، در حال بررسی داده‌های گایا بود که نشان می‌داد ستاره MP Mus دچار نوعی «لرزش» در موقعیت مکانی‌اش است؛ نشانه‌ای که می‌تواند ناشی از جاذبه یک جرم مداری باشد.

ویوکه در ابتدا تصور کرد که خطایی در محاسباتش وجود دارد، اما زمانی‌که نتایج ALMA وجود حفره‌ای در دیسک را تأیید کرد، اطمینان یافت که داده‌های گایا نیز حاکی از وجود یک سیاره هستند.

تأثیر گرانشی سیاره جوان

با تلفیق داده‌های ALMA و گایا و مدل‌سازی رایانه‌ای، پژوهشگران به این نتیجه رسیدند که این لرزش می‌تواند ناشی از سیاره‌ای گازی با جرم کمتر از ده برابر مشتری باشد که در فاصله‌ای بین یک تا سه برابر فاصله زمین تا خورشید از ستاره‌اش در حال گردش است.

ریباس توضیح داد: «مدل‌سازی‌ها نشان دادند که اگر چنین سیاره‌ای را در درون حفره‌ی کشف‌شده قرار دهیم، می‌توانیم سیگنال لرزش ستاره‌ای ثبت‌شده توسط گایا را توجیه کنیم. همچنین، استفاده از طول‌موج بلندتر در ALMA امکان مشاهده ساختارهایی را فراهم کرد که پیش‌تر در مه و غبار پنهان بودند.»

افق‌های تازه در جست‌وجوی سیارات نوزاد

این نخستین‌بار است که با استفاده از حرکات ظریف ستاره‌ای و تصویربرداری عمقی دیسک پیش‌سیاره‌ای، وجود یک سیاره پنهان در دل گاز و غبار به‌صورت غیرمستقیم اثبات می‌شود. این روش می‌تواند کلید شناسایی سیارات نوزاد بسیاری در دیگر منظومه‌های جوان باشد که تاکنون در لایه‌های متراکم گاز و غبار مخفی مانده‌اند.

ریباس می‌گوید: «احتمالاً این یکی از دلایلی است که چرا تاکنون یافتن سیارات جوان در دیسک‌های پیش‌سیاره‌ای تا این حد دشوار بوده. ترکیب داده‌های گایا و ALMA ضروری بود تا بتوانیم این سیاره را شناسایی کنیم.»

وی افزود که ارتقاهای آینده برای ALMA و ساخت تلسکوپ‌هایی نظیر آرایه عظیم نسل بعدی (ngVLA)، می‌توانند به مشاهده‌ی دقیق‌تر دیسک‌های ستاره‌ای دیگر کمک کرده و تصویری روشن‌تر از چگونگی تولد سیارات، از جمله سیاره زمین، فراهم کنند.