نخستین اندازهگیریهای مستقیم از میدانهای مغناطیسی سیارات فراخورشیدی نشان میدهد که «مشتریهای بسیار داغ» (Ultra-hot Jupiters) دارای مغناطیس قدرتمندی هستند؛ پدیدهای که به اتمسفر آنها شکل میدهد و ممکن است دیدگاههای جدیدی را درباره سکونتپذیری سیارهای ارائه کند.
اخترشناسان با تخمین شدت میدانهای مغناطیسیِ پیرامون هفت سیاره فراخورشیدی از نوع «مشتری بسیار داغ»، به پیشرفت بزرگی در مطالعه جهانهای فراتر از منظومه شمسی دست یافتهاند. این یافتهها که در نشریه نیچر آسترونومی (Nature Astronomy) منتشر شده است، نشان میدهد که برخی از داغترین سیارات فراخورشیدی شناختهشده، دارای میدانهای مغناطیسی با شدتی موازی و قابلمقایسه با میدانهای مغناطیسی سیارات منظومه شمسی خودمان هستند.
جولیا سیدل، اخترشناس آزمایشگاه لاگرانژ در رصدخانه کوت دازور فرانسه و نویسنده اصلی این مطالعه میگوید:
این دستاورد بزرگ، پنجرهای کاملاً جدید را به روی تحقیقات سیارات فراخورشیدی میگشاید. این نخستین بار است که میتوانیم محیطهای مغناطیسی جهانهای دیگر را با هم مقایسه کنیم؛ این یک گام کلیدی به سوی درک نهایی این موضوع است که کدام سیارات میتوانند زنده بمانند، آب خود را حفظ کنند و شاید حتی روزی، میزبان حیات به همان شکلی که ما میشناسیم باشند.
میدان مغناطیسی زمین به عنوان یک سپر محافظ عمل میکند و مانع از آن میشود که پرتوهای کیهانی اتمسفر را از بین ببرند؛ این میدان همچنین از شرایط مناسب برای حیات پشتیبانی میکند. سیارات دیگر منظومه شمسی ما از جمله مشتری و زحل نیز دارای میدان مغناطیسی هستند. با این حال، اخترشناسان تا پیش از این نتوانسته بودند شدت میدانهای مغناطیسی را در سیاراتی که به دور ستارههای دیگر میچرخند، به طور مستقیم تخمین بزنند.
ردیابی بادهای شدید در مشتریهای بسیار داغ
پژوهشگران در ابتدا به جای میدانهای مغناطیسی، در حال مطالعه بادهای اتمسفری بودند. آنها سرعت باد را در هفت سیاره فراخورشیدی غولپیکر شبیه به مشتری اندازهگیری کردند که در فاصله بسیار نزدیکی به دور ستارههای خود میچرخند و دچار «قفل گرانشی» (Tidally locked) شدهاند. این سیارات مانند ماه که همیشه یک روی خود را به زمین نشان میدهد، بهطور دائمی یک سمت خود را به سمت ستارهشان نگه میدارند. در نتیجه، آنها یک سمت روزِ بهشدت داغ و یک سمت شبِ فوقالعاده سرد دارند.
این تضاد دمایی شدید، شرایط آبوهوایی غیرعادی با بادهای فوقالعاده قدرتمند ایجاد میکند. سرعت باد در سیارات مورد مطالعه از حدود ۷,۲۰۰ کیلومتر (۴,۴۰۰ مایل) در ساعت تا بیش از ۲۵,۰۰۰ کیلومتر (۱۵,۵۰۰ مایل) در ساعت متغیر بود. برای مقایسه، سرعت سریعترین بادهای شناختهشده در سیاره مشتری تقریباً به ۱,۵۰۰ کیلومتر (۹۰۰ مایل) در ساعت میرسد.
تیم پژوهشی برای انجام این اندازهگیریها، مشاهدات حاصل از ابزار MAROON-X روی تلسکوپ «جمینای شمالی» (Gemini North) در هاوایی را تجزیه و تحلیل کردند؛ این تلسکوپ یکی از دو تلسکوپی است که «رصدخانه بینالمللی جمینای» را تشکیل میدهد؛ رصدخانهای که بخشی از بودجه آن توسط بنیاد ملی علوم ایالات متحده (NSF) تامین شده و توسط آزمایشگاه NOIRLab بنیاد NSF اداره میشود. آنها همچنین از دادههای ابزار ESPRESSO روی «تلسکوپ بسیار بزرگ» (VLT) سازمان رصدخانه جنوبی اروپا (ESO) در بیابان آتاکامای شیلی استفاده کردند. این ابزارهای با تفکیکپذیری بالا به پژوهشگران اجازه داد تا با شناسایی نشانههای نوری مواد شیمیایی خاص و دنبال کردن حرکت آنها در اتمسفر سیارات، حرکتهای اتمسفری را ردیابی کنند.
آندریاس سیفارت، معاون توسعه رصدخانه جمینای و از نویسندگان همکار این مطالعه میگوید:
پایداری ابزار MAROON-X آن را به ابزاری قدرتمند برای شناسایی حرکتهای ظریف سیارات هماندازه زمین در اطراف ستارههای دیگر، و همچنین ردیابی تغییرات در اتمسفر سیارات فراخورشیدی بسته به فاز مداری آنها تبدیل میکند. کشف غیرمنتظرهای که از مطالعه بادهای این هفت مشتری بسیار داغ به دست آمد، نشان میدهد که چیزهای بسیار بیشتری وجود دارد که میتوانیم از این دادهها بیاموزیم. ابزار MAROON-X یک قابلیت در کلاس جهانی را برای این مطالعات فراهم میکند.
میدانهای مغناطیسی، معمای بادها را حل میکنند!
هنگامی که این تیم سرعت بادها را با دمای سیارات مقایسه کردند، به یک روند غیرمنتظره پی بردند. به جای اینکه دماهای بالاتر باعث ایجاد بادهای سریعتر شوند، دماهای بالاتر با بادهای کندتر همراه بودند!
ویوین پارمنتیه، استاد آزمایشگاه لاگرانژ و از نویسندگان همکار این مطالعه میگوید:
این پدیده کاملاً برخلاف شهود و انتظار ماست؛ زیرا در شرایط یکسان، سیارات داغتر انرژی بیشتری برای شتاب دادن به بادها دارند! پس باید اتفاقی رخ دهد که سرعت باد را در بارهای داغتر کند میکند.
به گفته پژوهشگران، محتملترین توضیح، وجود میدانهای مغناطیسی قدرتمندی است که کل سیاره را در بر گرفتهاند. این میدانها میتوانند مانند یک مکانیسم ترمز عمل کنند و حرکت ذرات باردار را در اتمسفر کند سازند. تیم پژوهشی با استفاده از این رابطه توانست شدت میدان مغناطیسی هر سیاره را تخمین بزند. نتایج نشاندهنده میدانهایی است که تقریباً چهار برابر قویتر از میدان مغناطیسی زحل و حدوداً نصف شدت میدان مغناطیسی مشتری هستند.
میدانهای مغناطیسی قوی ممکن است بر چیزی بسیار فراتر از بادهای اتمسفری تاثیر بگذارند. بیبیانا پرینوث، دانشجوی دکتری سابق در دانشگاه لوند سوئد که اکنون اخترشناس سازمان ESO در گارچینگ آلمان است، توضیح میدهد:
ما اینجا روی زمین، زیبایی شفقهای قطبی شمالی و جنوبی را میشناسیم؛ جایی که ذرات خورشید به میدان مغناطیسی ما برخورد میکنند و به سمت قطبها هدایت میشوند و با گازهای موجود در اتمسفر برخورد میکنند تا مناظر رنگارنگی از رنگهای سبز، صورتی و بنفش ایجاد کنند. تعاملات مغناطیسی مشابه در این سیارات دوردست میتواند شفقهای قطبی حتی تماشاییتری را ایجاد کند.
کپشن ۱: ابزار MAROON-X روی تلسکوپ جمینای شمالی؛ این ابزار با تجزیه نور تلسکوپ، اطلاعات سیارات دوردست را ثبت میکند. (عکس: جمینای/NOIRLab)
کپشن ۲: تلسکوپ جمینای شمالی، نیمی از رصدخانه بینالمللی جمینای. (عکس: جمینای/NOIRLab)
منبع: Scitechdaily
