یکی از سیاه‌ترین سیارات در کهکشان به سمت یک مرگ آتشین می‌رود

WASP-12b یکی از جالب‌ترین سیارات فراخورشیدی است که می‌شناسیم. این سیاره‌ی ابَرسیاه که به عنوان "مشتری داغ" شناخته می شود و دور یک ستاره‌ی کوتوله زرد - کمی بزرگتر از خورشید - که در فاصله 1410 سال نوری از ما قرار گرفته است، می‌چرخد همان سیاره فراخورشیدی گازی غول‌پیکر با جرم و اندازه مشابه مشتری است، اما آنقدر نزدیک به ستاره که داغ داغ است.

WASP-12b هرگز دقیقاً در امن‌ترین موقعیت نبوده است. با یک دوره مداری بیش از یک روز، سیاره فراخورشیدی گازی غول‌پیکر به قدری به ستاره‌ی خود نزدیک است که یک جریان مداوم مواد به خارج از اتمسفرش بیرون کشیده می‌شود.

اما مرگ آن لزوماً با مکش کند ستاره‌ای رخ نخواهد داد. مشاهدات دقیق نشان داده است که این سیاره همچنین در مدار در حال فروپاشی قابل توجهی قرار دارد. طبق تحقیقات جدید، این مدار کمی سریعتر از آنچه در ابتدا تصور می‌کردیم در حال فروپاشی است.

WASP-12b به جای تخمین اولیه که 3.25 میلیون سال بود، پایان آتشین خود را فقط در 2.9 میلیون سال خواهد دید.

طبق مدل‌های فعلی شکل‌گیری سیاره، "مشتری‌های داغ" از نظر فنی نباید وجود داشته باشند. یک غول گازی نمی‌تواند آنقدر نزدیک به یک ستاره تشکیل شود، زیرا گرانش، تابش و بادهای شدید ستاره‌ای باید مانع جمع شدن گاز شوند. اما آنها وجود دارند و چند صد مورد از آنها در داده‌هایی که درمورد سیارات فراخورشیدی هستند، شناسایی شده است.

در هر شکل و فرمی که باشند، "مشتری‌های داغ" که به ویژه به ستاره‌‌های خود نزدیک هستند، سیارات فراخورشیدی‌ای هستند که بیش از بقیه مطالعه شده‌اند. این بدان دلیل است که این سیارات می‌توانند چیزهای زیادی در مورد فعل و انفعالات جزر و مدی بین یک سیاره و یک ستاره به ما بگویند.

WASP-12b از نزدیکترین "مشتریهای داغ" به ستاره خود است و این یک نمونه عالی برای مطالعه فعل و انفعالات جزر و مدی بوده است.

این سیاره در سال 2008 کشف شد، به این معنی که ستاره‌شناسان قادر به جمع‌آوری یک مجموعه داده نسبتاً طولانی مدت بوده‌اند و مدار کوتاه آن به این معنی است که می‌توانیم گذرهای بسیاری را مشاهده کنیم، یعنی زمانی که سیاره فراخورشیدی از بین ما و ستاره‌اش عبور می‌کند و باعث می‌شود که نور ستاره کمی کم شود.

در سال 2017 بود که ستاره‌شناسان متوجه چیز عجیبی در مورد گذرهای WASP-12b شدند. این گذرها با توجه به اندازه‌گیری‌های قبلی دوره مداری، تنها با اختلاف کسری از ثانیه از زمانی که باید، اتفاق می‌افتادند.

این تغییر زمان جزئی ممکن است نتیجه تغییر جهت مدار سیاره فراخورشیدی باشد، بنابراین تیمی از ستاره‌شناسان به رهبری ساموئل یی از دانشگاه پرینستون تصمیم گرفتند هنگام عبور سیاره فراخورشیدی، نه تنها گذرها بلکه غیبت‌ها را نیز از نزدیک بررسی کنند. اگر WASP-12b در حال تغییر جهت بود، غیبت‌ها باید کمی به تأخیر بیفتد.

یک گذر باعث کم شدن نور ستاره می‌شود. یک غیبت باعث کم شدن ضعیف‌تر نور می‌شود. این بدان دلیل است که سیاره فراخورشیدی، گرما و نور ستاره را منعکس می‌کند، هنگامی که پشت ستاره نباشد، به روشنایی کلی سیستم می‌افزاید.

WASP-12b از نظر نوری بسیار تاریک است. 94 درصد کل نوری را که به آن می‌تابد جذب می‌کند و باعث می‌شود تا از آسفالت هم سیاه‌تر شود.

ستاره‌شناسان معتقدند که این به این دلیل است که سیاره فراخورشیدی بسیار گرم است. در دمای 2600 درجه سانی‌گراد (4700 درجه فارنهایت) در سمتی از آن که روز است، مولکول‌های هیدروژن به هیدروژن اتمی تجزیه می‌شوند و باعث می‌شوند جو آن مانند یک ستاره کم جرم رفتار کند. اما از آنجا که بسیار گرم است، در اشعه مادون قرمز می‌درخشد.

تیم ساموئل یی با استفاده از تلسکوپ فضایی اسپیتزِر تلاش کردند تا غیبت‌ها را مشاهده کنند. اگرچه آنها ستاره (WASP 12) را برای 16 دوره مداری مشاهده کردند، اما فقط موفق به یافتن چهار غیبت ضعیف در داده‌ها شدند. هر چند همین هم کافی بود.

این غیبت‌ها را می‌توان با گذرها تطبیق داد ... و محققان دریافتند که غیبت‌ها با سرعت بیشتری - مطابق با فروپاشی مداری 29 میلی ثانیه در سال - اتفاق می‌افتند. به گفته اخترشناسان، عمر این سیاره با این سرعت حدود 3.25 میلیون سال بوده است.

اکنون، تیم جدیدی از محققان به سرپرستی جیک ترنر از دانشگاه کورنل به دنبال نشانه‌هایی از فروپاشی مداری در مجموعه داده دیگری - مشاهدات گرفته شده توسط تلسکوپِ شکارِ سیاره ناسا به نام TESS، که مخصوصاً برای مشاهده گذرها و غیبت‌ها طراحی شده است - هستند.

TESS منطقه‌ای از آسمان را که شامل WASP-12 بود از 24 دسامبر 2019 تا 20 ژانویه 2020 مطالعه کرد. در این داده‌ها، این تیم 21 گذر را پیدا کرد. غیبت‌ها به قدری سطحی بود که به صورت جداگانه قابل شناسایی نبود، اما این تیم قادر به مدل‌سازی آنها برای یافتن مناسب‌ترین مدل برای داده‌های TESS بود.

این زمان‌های گذر و غیبت با داده‌های قبلی برای تجزیه و تحلیل زمان‌بندی ترکیب شده است. و ترنر و تیمش توانستند تأیید کنند که مدار WASP-12b در حال فروپاشیاست. اما این اتفاق کمی سریع‌تر از آنچه فکر می‌کردیم - با سرعت 32.53 میلی‌ثانیه در سال، یعنی طول عمر 2.9 میلیون سال - اتفاق می‌افتد.

این مدت زمان طولانی به نظر می‌رسد، اما در مقیاس‌های زمانی کیهانی، عملاً یک چشم بر هم زدن است و طول عمر سیاره فراخورشیدی را از 10 میلیون سال تخمین زده شده برای مرگ سیاره در اثر سلب اتمسفر، به طور چشمگیری کاهش داده است.

اما، اگرچه این سیاره عمر طولانی ندارد، اما مطالعه WASP-12b می‌تواند چیزهای زیادی به ما یاد دهد و گرچه این تنها سیاره فراخورشیدی است که شواهد زیادی در مورد فروپاشی مداری برای آن داریم، اما سیارات فراخورشیدی مشتری داغ دیگری نیز وجود دارند که انتظار می‌رود نرخ‌های مشابه فروپاشی مداری را از خود نشان دهند.

ترنر و تیم وی نوشتند: "از این رو، داده‌های بیشتر می‌توانند نشان دهند که آیا این سیارات فراخورشیدی واقعاً فروپاشی جزر و مدی که تاکنون کشف نشده را نشان می‌دهند یا اینکه پیش‌بینی‌های نظری باید بهبود یابد.

مشاهدات زمان‌بندی سیستم‌های بیشتری حتما بررسی می‌شود زیرا آنها به ما کمک می‌کنند شکل‌گیری، تکامل و سرنوشت نهایی مشتری‌های داغ را درک کنیم."

تحقیقات این تیم در مجله Astronomical Journal پذیرفته شده است و در arXiv در دسترس است.

# نجوم # ستاره‌شناسی # سیاره فراخورشیدی