منظومه وارونه؛ چینش خلاف انتظار سیاره‌های یک ستاره دانشمندان را غافلگیر کرده است

منظومه شمسی آشنا و کلاسیک ما شامل سیاره‌های سنگی و گرمی مانند عطارد و زمین است که نزدیک به ستاره‌شان می‌چرخند و غول‌های گازی مانند مشتری و زحل را دارد که در مدارهای دورتر پراکنده شده‌اند. پژوهشگران دریافته‌اند که همین الگو در بسیاری از منظومه‌های سیاره‌ای دیگر نیز دیده می‌شود و در توضیح آن می‌گویند سیاره‌های بیرونی از یخ، گاز و غباری که در فواصل دورتر از ستاره‌های تازه‌متولدشده فراوان‌تر است، شکل می‌گیرند.

اما اکنون تیمی جهانی از اخترشناسان به سرپرستی توماس ویلسون، اخترفیزیکدان دانشگاه واریک در انگلستان، منظومه‌ای سیاره‌ای را کشف کرده‌اند که به نظر می‌رسد به صورت وارونه شکل گرفته؛ یعنی سیاره‌های بزرگ‌تر در مدارهای داخلی و سیاره‌ای کوچک‌تر در مدار دورتر قرار گرفته است.

رصدهای پژوهشگران از ستاره‌ی کوتوله‌ای کم‌نور و خنک از نوع M به نام LHS 1903، منظومه‌ای را با یک دنیای سنگی در لبه‌ی بیرونی‌اش نشان داد. LHS 1903 ستاره‌ای باستانی است، قدمتش به حدود هفت میلیارد سال می‌رسد و تنها نیمی از جرم خورشید ما را دارد؛ اما در نگاه اول چینش سیاره‌های آن تا حدی شبیه منظومه شمسی خودمان به نظر می‌رسید.

ماهواره نقشه‌بردار فراخورشیدی گذران ناسا (TESS) قبلاً سه سیاره را در سامانه‌ی مورد بحث شناسایی کرده بود که به ترتیب LHS 1903 b و c و d نام گرفته‌اند. درونی‌ترین دنیا، یعنی سیاره b، یک ابرزمین سنگی و متراکم است. پس از آن سیاره‌های c و d قرار دارند که هر دو از نوع زیرنپتون با جوهای گازی ضخیم هستند اما تصویر زمانی تغییر کرد که تیم بین‌المللی از ماهواره توصیف‌گر سیاره‌های فراخورشیدی (چیاپس)، متعلق به سازمان فضایی اروپا برای بررسی دقیق‌تر استفاده کرد.

اما تیم پژوهشی با بررسی متقابل داده‌ها از چندین رصدخانه در سطح جهانی، دریافت که LHS 1903 e یک هسته‌ی سنگی خالی است و هیچ اثری از جو گازی ندارد. وجود سیاره‌ای سنگی در لبه‌ی بیرونی یک معما بود. آیا این دنیا روزی جو ضخیمی داشته که بعداً دراثر فاجعه‌ای کیهانی، مانند برخوردی عظیم از دست رفته است؟ یا اینکه در نزدیکی ستاره شکل گرفته و به‌طرز عجیب به مداری دورتر مهاجرت کرده است؟

برای توضیح معما، پژوهشگران مکانیزمی به نام «تشکیل در محیط کم‌گاز» را پیشنهاد کردند. فرضیه‌ی آنها بیان می‌کند که سیاره‌های اطراف LHS 1903 به صورت متوالی، یکی پس از دیگری، با شروع از دنیاهای درونی شکل گرفته‌اند. ویلسون می‌گوید: «مکانیزم تشکیل متوالی بدین معناست که سیاره‌های درونی در محیطی سرشار از منابع ساخته شده‌اند، در حالی که سیاره خارجی بعد از همه در منطقه‌ای فقیرتر و پس از آنکه مقادیر فراوان گاز از بین رفت، تشکیل شد.» طبق نظر تیم، بیرونی‌ترین سیاره باید از بقایای سنگی باقیمانده و ذره‌ذره شکل گرفته باشد. براساس شبیه‌سازی‌های دینامیکی و این واقعیت که مدارهای سیاره‌ها پایدار به نظر می‌رسد، ویلسون و همکارانش سناریوهای پرهیجان‌تر مانند برخوردها یا مهاجرت را بعید دانستند؛ هرچند به‌طور کامل آن‌ها را رد نکردند.

اگر فرضیه‌ی تشکیل در محیط کم‌گاز درست باشد، این کشف درک ما از مفهوم «دره شعاعی» را به‌طور چشمگیر بهبود می‌دهد؛ اصطلاحی که به شکاف مشاهده‌شده در توزیع اندازه‌ی سیاره‌های فراخورشیدی که میان سیاره‌های سنگی کوچک و سیاره‌های بزرگ‌تر دارای جو گازی ضخیم قرار دارد، اشاره می‌کند.

در حالی که مکانیسم‌های اخترفیزیکی پشت شکاف دره شعاعی برای ستاره‌های شبیه خورشید به خوبی شناخته شده، برای ستاره‌های نوع M مورد بحث و جدل بوده است. LHS 1903 می‌تواند آزمایشگاهی طبیعی برای یافتن پاسخ باشد؛ زیرا سیاره‌هایی در هر دو طرف این «دره» دارد. از آنجایی که این دنیاهای متفاوت همگی به دور یک ستاره گردش می‌کنند، متغیرهایی مانند سن ستاره و فلزی‌بودن کنترل می‌شوند و ستاره‌شناسان می‌توانند تاریخچه شکل‌گیری سیاره‌ها را بهتر محدود کنند.

قبل از جستجوی منظومه‌های مشابه دیگر، ویلسون می‌خواهد LHS 1903 را کمی بیشتر بررسی کند. او می‌گوید: «تلسکوپ فضایی جیمز وب در اینجا حیاتی خواهد بود؛ زیرا به ما امکان می‌دهد چگونگی شکل‌گیری جوهای سیاره‌ای را مطالعه کنیم که می‌تواند مدرکی کلیدی در شکل‌گیری آنها باشد.»

یافته‌های پژوهشگران در نشریه ساینس منتشر شده است.