راز سیاره‌ای با مدار غیرممکن؛ دنیایی با چرخش معکوس میان دو ستاره به دام افتاده است

در حالی‌که خورشید ما ترجیح می‌دهد تنها بماند، بسیاری از ستارگان دیگر در منظومه‌های دوتایی قرار دارند؛ یعنی دو ستاره‌ای که ازنظر گرانشی به یکدیگر وابسته‌اند. در برخی موارد، این ستاره‌ها آن‌قدر از هم فاصله دارند که سیاره‌ها می‌توانند به‌طور جداگانه به دور هرکدام شکل بگیرند.

اما منظومه‌های دوتاییِ فشرده‌ی زیادی هم وجود دارد که در آن‌ها دو ستاره با فاصله‌ای بسیار نزدیک، دور یکدیگر می‌چرخند؛ فاصله‌ای آن‌قدر کم که هر دو ستاره را به‌راحتی درون منظومه شمسی ما جای می‌دهد. در چنین منظومه‌هایی، سیاره‌های فراخورشیدی معمولاً در فاصله‌های دورتری پیدا می‌شوند؛ در مدارهایی که به‌طور مشترک به دور هر دو ستاره می‌چرخند.

اما به‌گزارش ارزتکنیکا، دانشمندان در مطالعه‌ای جدید منظومه‌ای را توصیف کرده‌اند که در هیچ‌کدام از دسته‌های فوق قرار ندارد. این سیستم، یک دوتایی فشرده است، با یک ستاره مرکزی سنگین که یک کوتوله سفید از فاصله‌ای حدود دو تا سه برابر فاصله‌ی زمین تا خورشید (۲ تا ۳ واحد نجومی) به دور آن می‌چرخد. سیاره‌ای که وجودش به‌طور قطعی در این منظومه مورد تأیید قرار گرفته، بین دو ستاره فشرده شده و در فاصله‌ای مشابه فاصله زمین تا خورشید درحال چرخش است. جالب‌تر اینکه، این سیاره در جهت عکس حرکت مداری کوتوله سفید در حال گردش است.

منظومه فراخورشیدی مورد بحث نو اکتانیس (Nu Octantis) نام دارد و جرم ستاره اصلی آن حدود ۱٫۶ برابر خورشید ما است. ستاره همراهی بسیار کم‌نورتر با حدود نیمی از جرم خورشید ما، به دور ستاره اصلی می‌چرخد. مسیر مداری این ستاره همراه به دور ستاره بزرگ‌تر کمی نامتقارن است و از حدود دو واحد نجومی در نزدیک‌ترین نقطه تا حدود سه واحد نجومی در دورترین نقطه تغییر می‌کند؛ اما تا همین اواخر، ماهیت دقیق این ستاره مشخص نبود.

پژوهش‌های قبلی از احتمال وجود یک سیاره‌ فراخورشیدی در منظومه خبر دادند. اما ویژگی‌های مدار این سیاره بسیار عجیب بود، چرا که هیچ مدل پایداری برای مدار آن که با مشاهدات هم‌خوانی داشته باشد، پیدا نمی‌شد. تنها نکته‌ی مشخص این بود که پایدارترین مدل‌های مداری فقط در صورتی امکان‌پذیرند که سیاره به‌صورت پس‌رونده، یعنی در خلاف جهت چرخش ستاره‌ی همراه حرکت کند. از این‌رو نو اکتانیس جزو معماهایی محسوب می‌شد که برای حلشان به داده‌های بیشتر نیاز بود.

و داده‌های بیشتر همان چیزی بود که گروه بین‌المللی کوچکی از دانشمندان درطول نزدیک به دو سال رصد با استفاده از ابزار کاوشگر سیاره‌ها با دقت بالا از طریق سرعت شعاعی (HARPS ) در شیلی به‌دست آورد. داده‌های به‌دست‌آمده به وضوح وجود یک سیاره در مدار پس‌رونده را تأیید کردند و همچنین نشان دادند که صفحه‌ی مداری این سیاره حدود ۱۷ درجه نسبت به صفحه مداری دو ستاره انحراف دارد. متأسفانه مدل‌سازی‌های عددی نشان دادند که در طول زمان، ۹۸ درصد از این مدارها در کمتر از ۵۰ میلیون سال ناپایدار می‌شوند.

بنابراین، پژوهشگران مجموعه‌ای از ویژگی‌های مداری را بررسی کردند که بتواند تمام اجرام را در یک صفحهٔ مداری مشترک نگه دارد. این بررسی به مدلی منتهی شد که، پس از اعمال تغییرات مختلف روی آن، نشان داد در ۷۵ درصد موارد، مدارها بیش از ۵۰ میلیون سال پایدار باقی می‌مانند. به همین دلیل، پژوهشگران این مدل را به‌عنوان محتمل‌ترین توصیف از ساختار منظومه انتخاب کردند.

در مدل نهایی، مدار سیاره‌ی شناسایی‌شده در منظومه نو اکتانیس، پس‌رونده است؛ یعنی برخلاف جهت حرکت ستاره‌ی کوچک‌تر در همان منظومه می‌چرخد. این سیاره در فاصله‌ای حدود یک واحد نجومی از ستاره‌ی مرکزی قرار دارد که تقریباً با فاصله‌ی زمین تا خورشید برابری می‌کند. مدار آن کاملاً دایره‌ای نیست و کمی بیضی‌شکل است، به‌طوری‌که در بخشی از مسیر به ستاره‌ی مرکزی بسیار نزدیک‌تر می‌شود.

نکته‌ی مهم اینجاست که کل مدار سیاره درون مدار ستاره‌ی همراه کوچک‌تر قرار دارد. نیروهای گرانشی موجود در یک سامانه‌ی دوتایی نزدیک (فشرده) به‌طور طبیعی باید مانع از شکل‌گیری سیاره در این ناحیه در مراحل اولیه‌ی عمر منظومه شوند. پس سؤال این است: چگونه این سیاره در چنین پیکربندی غیرمعمولی قرار گرفته است؟

این واقعیت که یکی از ستارگان موجود در منظومه نو اکتانیس کوتوله سفید است، برخی توضیحات احتمالی را مطرح می‌کند. کوتوله‌های سفید از ستارگانی شبیه خورشید به وجود می‌آیند که دوره‌ای پیشرفته از سوختن هلیوم را پشت سر گذاشته‌اند. در این دوره، ستاره به‌طور قابل‌توجهی متورم و باعث می‌شود سطح بیرونی‌اش پیوند ضعیفی با باقی جرم ستاره داشته باشد. در فاصله‌های درون نو اکتانیس، این شرایط باعث می‌شود مقدار قابل‌توجهی از ماده‌ی ستاره‌ی همراه بیرونی جدا شده و به سطح ستاره‌ی مرکزی فعلی کشیده شود. نتیجه‌ی نهایی این فرآیند، انتقال جرم زیادی است.

دو سناریو برای قرار گرفتن سیاره در بخش داخلی منظومه وجود دارد: در درجه‌ی اول، ماده‌ی منتقل‌شده احتمالاً بلافاصله روی سطح ستاره‌ی نزدیک فرود نمی‌آید. اگر این فرآیند به‌ اندازه کافی کند پیش رفته باشد، ممکن است برای مدتی کوتاه یک دیسک شکل‌گیری سیاره ایجاد کرده باشد که این زمان به اندازه‌ی کافی برای تولید سیاره‌ای در بخش داخلی منظومه طولانی است.

نویسنده‌های پژوهش تأکید می‌کنند که هر یک از این حالت‌ها باید بسیار نادر باشند، به این معنی که احتمالاً در مرحله‌ی فعلی از بررسی سیارات فراخورشیدی، تعداد زیادی منظومه مشابه با این مورد مشاهده نخواهیم کرد. آن‌ها به یک منظومه‌ی دوتایی فشرده‌ی دیگر به نام HD 59686 اشاره می‌کنند که به نظر می‌رسد سیاره‌ای در مدار پس‌رونده داشته باشد؛ اما مانند نو اکتانیس، داده‌ها به‌ اندازه کافی شفاف نیستند تا بتوان پیکربندی‌های جایگزین را به‌طور قطعی رد کرد؛ بنابراین، یک بار دیگر باید بگوییم که به داده‌های بیشتری نیاز داریم.