معمای سیاره‌های گمشده حل شد

خبرآنلاین/ دانشمندان بالاخره توضیحی برای سیارات گمشده ستاره‌های دوتایی نزدیک به هم پیدا کردند و دریافتند که نسبیت عام نه تنها نور را خم می‌کند، بلکه می‌تواند مدارهای سیاره‌ای را به اندازه‌ای تحت تأثیر قرار دهد که کل منظومه‌ها را از بین ببرد.

به گزارش خبرآنلاین، به نقل از ایسنا، ستاره‌شناسان مدت‌هاست با یک تناقض عجیب روبرو هستند؛ اکثر ستاره‌ها به صورت جفت متولد می‌شوند و اکثر ستاره‌ها دارای سیاره هستند، بنابراین از نظر منطقی، سیاراتی که همزمان به دور دو ستاره می‌چرخند باید رایج باشند. با این حال در واقعیت، سیاراتی که به دور ستاره‌های دوتایی می‌چرخند، به طرز شگفت‌آوری نادر هستند.

---

بازار

---

وقتی دانشمندان چنین سیاراتی را شمردند، اعداد حاصل، آنها را شوکه کرد. از بیش از ۶۰۰۰ سیاره فراخورشیدی تایید شده، تنها ۱۴ سیاره به دور سیستم‌های ستاره‌ای دوتایی می‌چرخند. این راز بیش از یک دهه ادامه داشته است و نه نظریه‌های تشکیل سیاره و نه محدودیت‌های تلسکوپ نتوانسته‌اند آن را توضیح دهند.

ستاره دوتایی(binary star) یک سامانه ستاره‌ای است که در آن دو ستاره به دور مرکز سنگینی سراسری مشترک میان خود گردش می‌کنند. سامانه‌های دارای بیش از دو ستاره را سامانه‌های چند ستاره‌ای می‌نامند. به ستاره دیگر «ستاره ندیم» یا «ستاره همدم» نیز گفته می‌شود.

بررسی‌های جدید نشان می‌دهند که درصد زیادی از ستارگان بخشی از یک سامانه حداقل دو ستاره‌ای هستند. ستارگان دوتایی در اخترفیزیک بسیار مهم هستند، زیرا ویژگی‌های مدار آنها جرم و چگالی آن ستارگان را برای اخترشناسان مشخص می‌کند.

جرم بسیاری از ستارگان تکی نیز از روی برون‌یابی جرم ستارگان دوتایی به‌دست می‌آید. ستارگان دوتایی واقعی با ستارگان دوتایی نوری یکی نیستند، تفاوت آن‌ها در این است که ستارگان دوتایی نوری از زمین و از دیدگاه ما با چشم غیر مسلح نزدیک به یکدیگر یا گاهی به صورت یک ستاره دیده می‌شوند، ولی آنها هیچ اثر گرانشی بر یکدیگر ندارند و فقط در راستای دید ناظر اینگونه دیده می‌شوند.

ستارگان دوتایی از روی طیف‌سنجی هم شناخته می‌شوند. اگر مدار حرکت این ستارگان در راستای دید زمین باشد، به آن‌ها «دوتایی گرفتی» می‌گویند و هویت آنها از راه بهره‌وری از پدیده گرفت تشخیص داده خواهد شد.

اکنون یک مطالعه جدید دلیل آن را آشکار می‌کند. کار آنها نشان می‌دهد که بسیاری از این سیارات تشکیل می‌شوند، اما بعداً با تغییر آهسته مدار دو ستاره، نابود یا اخراج می‌شوند. این اثر توسط نظریه نسبیت عام اینشتین پیش‌بینی شده است.

محققان بر روی ستاره‌های دوتایی نزدیک به هم تمرکز کردند؛ جفت ستاره‌هایی که بسیار نزدیک به هم می‌چرخند و اغلب یک مدار را در کمتر از هفت روز تکمیل می‌کنند. این منظومه‌ها به شکل ویژه مهم هستند، زیرا ماموریت‌های کپلر و TESS ناسا هزاران مورد از آنها را مشاهده کرده‌اند.

محمد فرحت(Mohammad Farhat)، نویسنده اول این مطالعه و محقق فوق دکترا در دانشگاه کالیفرنیا برکلی می‌گوید: به طور کلی با کمبود سیارات مدار دوتایی مواجه هستید و در اطراف دوتایی‌هایی با دوره‌های مداری هفت روز یا کمتر، یک بیابان مطلق وجود دارد. کپلر به تنهایی حدود ۳۰۰۰ «دوتایی گرفتی» را شناسایی کرد، جایی که ستاره‌ها از دیدگاه ما مرتباً از مقابل یکدیگر عبور می‌کنند.

از آنجایی که حدود ۱۰ درصد از ستاره‌های تکی میزبان سیارات بزرگ هستند، ستاره‌شناسان انتظار داشتند تقریباً ۳۰۰ سیاره مدار دوتایی پیدا کنند. در عوض، تنها ۴۷ نامزد ظاهر شدند و فقط ۱۴ مورد تأیید شدند. برای درک این تفاوت بزرگ، نویسندگان مطالعه بررسی کردند که چگونه مدارها با گذشت زمان تغییر می‌کنند.

وقتی گرانش از هماهنگی خارج می‌شود

در یک منظومه دوتایی، دو ستاره معمولاً از نظر جرم کمی متفاوت هستند و در امتداد مسیرهای کشیده و بیضوی حرکت می‌کنند. سیاره‌ای که به دور هر دو ستاره می‌چرخد، دائماً کشش‌های گرانشی متغیری را احساس می‌کند که باعث می‌شود مدارش در حرکتی که به عنوان «حرکت تقدیمی» شناخته می‌شود، به آرامی در فضا بچرخد. این اثر از گرانش استاندارد نیوتنی پیروی می‌کند.

با این حال، خود ستاره‌ها نیز حرکت تقدیمی مداری را تجربه می‌کنند و این امر عمدتاً توسط نسبیت عام هدایت می‌شود، زمانی که ستاره‌ها به اندازه کافی نزدیک باشند. با افزایش سن ستاره‌های دوتایی، نیروهای جزر و مدی و برهمکنش با مواد اطراف باعث می‌شود که آنها در طول میلیون‌ها تا میلیاردها سال به سمت داخل مارپیچ شوند.

با تنگ‌تر شدن مدار آنها، حرکت تقدیمی نسبیتی ستاره‌ها سرعت می‌گیرد، در حالی که حرکت تقدیمی سیاره کند می‌شود، زیرا ستاره‌ها بیشتر مانند یک جرم واحد از دور عمل می‌کنند.

در یک نقطه بحرانی، دو سرعت «حرکت تقدیمی» به هم قفل می‌شوند. این رزونانس(طنین) به طور چشمگیری مدار سیاره را کشیده و آن را به یک بیضی طولانی و باریک تبدیل می‌کند. در طول هر عبور، سیاره به ستاره‌ها نزدیک‌تر می‌شود تا اینکه وارد منطقه‌ای ناپایدار از نظر دینامیکی می‌شود که در آن گرانش سه‌جرمی آشفته می‌شود.

فرحت می‌گوید: در این مرحله دو اتفاق ممکن است رخ دهد؛ یا سیاره بسیار بسیار به دوتایی نزدیک می‌شود و دچار اختلال جزر و مدی یا کشندی می‌شود و توسط یکی از ستاره‌ها بلعیده می‌شود یا مدار آن به طور قابل توجهی توسط دوتایی مختل می‌شود و در نهایت از مظنومه خارج می‌شود که در هر دو مورد، منظومه از شر سیاره خلاص می‌شود.

مدل‌های کامپیوتری نشان می‌دهند که این فرآیند حدود ۸۰ درصد از سیاراتی را که به دور دوتایی‌های نزدیک می‌چرخند، حذف می‌کند و بیشتر آنها از نظر فیزیکی نابود می‌شوند، نه اینکه صرفاً جابجا شوند.

نکته مهم این است که این نظریه توضیح می‌دهد که چرا معدود سیارات دور دوتایی‌ها، فراتر از مرز ناپایداری یافت می‌شوند و به اندازه کافی نزدیک هستند که قابل تشخیص باشند، اما به اندازه کافی دور هستند که از فاجعه جلوگیری شود.

نسبیت همچنان پابرجاست

این پژوهش نشان می‌دهد که جهان ممکن است فاقد سیاره در اطراف ستاره‌های دوتایی نباشد، بلکه به طور فعال آنها را حذف می‌کند. بسیاری از این سیارات ممکن است هنوز وجود داشته باشند، اما فقط در فواصل دور که روش‌های تشخیص فعلی برای دیدن آنها مشکل دارند.

جهاد توما(Jihad Touma)، یکی از نویسندگان این مطالعه و استاد فیزیک در دانشگاه آمریکایی بیروت می‌گوید: مطمئناً سیاراتی در آنجا وجود دارند. فقط تشخیص آنها با ابزارهای فعلی دشوار است.

این یافته‌ها همچنین نقش نسبیت عام را فراتر از محیط‌های بسیار پُرتنش گسترش می‌دهد. تقریباً صد سال پس از آنکه نسبیت، معمای مدار عطارد را حل کرد، بار دیگر نحوه درک ستاره‌شناسان از حرکت سیارات را تغییر می‌دهد؛ این بار با توضیح اینکه چرا برخی از جهان‌ها هرگز به اندازه کافی زنده نمی‌مانند تا دیده شوند.

۵۸۵۸