دانشمندان برای نخستین بار موفق شدهاند جرم یک سیاره سرگردان را بهطور مستقیم اندازهگیری کنند؛ جرمی کیهانی که نه به ستارهای وابسته است و نه در مدار منظمی حرکت میکند و بهتنهایی در فضای میانستارهای سفر میکند. در ذهن اغلب ما، مفهوم «سیاره» با جهانی تعریف میشود که به دور یک ستاره میچرخد و از نور و گرمای آن بهرهمند است؛ مشابه زمین در منظومه شمسی. با این حال، کیهان میزبان اجرامی است که از این قاعده پیروی نمیکنند. این سیارات، که در تاریکی مطلق میان ستارگان سرگرداناند، شرایطی کاملاً متفاوت دارند و مطالعه آنها میتواند تصویر ما از شکلگیری و تکامل سیارات را بهطور اساسی تغییر دهد. کشف جدید، پنجرهای تازه به سوی این بخش کمتر شناختهشده از عالم گشوده است.
به گزارش رسانه اخبار فناوری تک فاکس، سیارات بیستاره که با عنوان سیارات سرگردان یا آزاد شناخته میشوند، از دیرباز یکی از دشوارترین اهداف رصدی برای اخترشناسان بودهاند. این اجرام نه نوری از خود ساطع میکنند و نه ستارهای دارند که حضورشان را از طریق اثرات گرانشی آشکار کند. در نتیجه، تشخیص آنها به ابزارها و روشهایی بسیار دقیق نیاز دارد. نبود مدار مشخص نیز باعث میشود تعیین ویژگیهایی مانند جرم یا اندازه آنها تقریباً غیرممکن به نظر برسد. به همین دلیل، اگرچه شواهد غیرمستقیم از وجود تعداد زیادی سیاره سرگردان در کهکشانها وجود داشت، اما اطلاعات کمی درباره ماهیت فیزیکی آنها در دسترس بود و بسیاری از این اجرام عملاً از دید علم پنهان مانده بودند.
بر اساس گزارشی که ساینتیفیکامریکن منتشر کرده، یک مطالعه جدید توانسته این بنبست علمی را بشکند و برای نخستین بار جرم یکی از این سیارات منزوی را با دقت محاسبه کند. این دستاورد نهتنها یک موفقیت فنی چشمگیر به شمار میرود، بلکه میتواند نقطه عطفی در مطالعات سیارات فراخورشیدی باشد. اندازهگیری جرم، یکی از بنیادیترین پارامترهای فیزیکی هر جرم آسمانی است و بدون آن، درک ساختار، ترکیب و تاریخچه یک سیاره امکانپذیر نیست. پژوهش تازه نشان میدهد که حتی در غیاب ستاره میزبان نیز میتوان با بهرهگیری از روشهای نوآورانه، به اطلاعات حیاتی درباره این جهانهای تاریک دست یافت.
این پژوهش به سرپرستی سوبو دونگ، اخترفیزیکدان دانشگاه پکن، انجام شده و رویکردی متفاوت از روشهای مرسوم را به کار گرفته است. به جای تکیه بر مشاهده مدار سیاره، تیم تحقیقاتی از پدیدهای به نام ریزهمگرایی گرانشی استفاده کردهاند. در این پدیده، گرانش یک جرم پیشزمینهای مانند سیاره، نور ستارهای بسیار دورتر را که در پسزمینه قرار دارد خم کرده و بهطور موقت تقویت میکند. نکته تعیینکننده در این مطالعه، ثبت همزمان این رویداد از دو موقعیت کاملاً متفاوت بود: یکی توسط تلسکوپهای زمینی و دیگری از طریق رصدخانه فضایی گایا که در مدار زمین قرار دارد.
سوبو دونگ توضیح میدهد که این روش شباهت زیادی به سازوکار دید سهبعدی انسان دارد. همانطور که فاصله اندک میان دو چشم باعث درک عمق میشود، اختلاف موقعیت زمین و فضاپیمای گایا نیز دیدی دوگانه از یک رویداد واحد فراهم کرده است. در این مورد، پدیده ریزهمگرایی گرانشی توسط گایا حدود دو ساعت دیرتر از رصدخانههای زمینی ثبت شد. همین اختلاف زمانی ظریف اما حیاتی، اطلاعات لازم برای محاسبه فاصله سیاره از زمین را فراهم کرد. با دانستن فاصله و شدت همگرایی، پژوهشگران توانستند جرم سیاره را با دقتی بیسابقه برآورد کنند.
گاوین کلمن، پژوهشگر دانشگاه کوئین مری لندن که در این مطالعه مشارکت نداشته، اهمیت این دستاورد را بسیار قابل توجه میداند. او میگوید: «چشمگیر است که برای اولین بار موفق شدیم جرم این اجرام را به دست آوریم. این موفقیت تنها به این دلیل ممکن شد که نویسندگان مطالعه بهطور همزمان به دادههای رصدی زمینی و اطلاعات دقیق گایا دسترسی داشتند.» به گفته کلمن، مشاهده یک رویداد واحد از دو نقطه دید متفاوت، امکان شکستن محدودیتهایی را فراهم کرده که سالها مانع پیشرفت در این حوزه بود و نشان میدهد همکاری میان رصدخانههای زمینی و فضایی تا چه اندازه حیاتی است.
نتایج این پژوهش نشان میدهد جرمی که اندازهگیری شده، از نظر جرم تقریباً همسنگ سیاره زحل است. با این حال، اهمیت این یافته تنها به یک عدد خلاصه نمیشود. جرم سیاره میتواند سرنخهای مهمی درباره منشأ و سرگذشت آن ارائه دهد. سوبو دونگ تأکید میکند که دانستن جرم، نقطه آغاز بررسیهای عمیقتر است و حالا میتوان پرسید آیا این سیاره در گذشته بخشی از یک منظومه سیارهای بوده و سپس بر اثر برهمکنشهای گرانشی بیرون رانده شده، یا از ابتدا بهصورت مستقل شکل گرفته است. پاسخ به این پرسشها میتواند نظریههای موجود درباره شکلگیری سیارات را بازبینی کند.
پژوهشگران امیدوارند این مطالعه آغازگر موجی تازه از تحقیقات باشد. این چشمانداز با پرتاب تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن ناسا در اواخر سال جاری میلادی روشنتر میشود. دیوید بنت، دانشمند ارشد ناسا، اعلام کرده که این تلسکوپ قادر است آسمان را حدود هزار برابر سریعتر از هابل تصویربرداری کند. چنین توانمندیای احتمال شناسایی صدها سیاره سرگردان جدید را افزایش میدهد و فرصتهای بیسابقهای برای بهکارگیری روش ریزهمگرایی گرانشی فراهم خواهد کرد. انتظار میرود ترکیب دادههای این تلسکوپ با رصدخانههایی مانند گایا، انقلابی در مطالعه اجرام بیستاره ایجاد کند.
اکنون اخترشناسان با روشی که در این تحقیق توسعه یافته، ابزار عملی لازم برای اندازهگیری جرم سیارات بدون ستاره را در اختیار دارند. این پیشرفت، مطالعه جمعیتی را ممکن میسازد که تاکنون عمدتاً در حد فرضیه باقی مانده بود. همانطور که سوبو دونگ با خوشبینی اشاره میکند، اکنون مسیر برای بررسی نظاممند این جهانهای تنها هموار شده است و میتوان انتظار داشت که در سالهای آینده، درک ما از تنوع سیارات در کهکشان بهطور چشمگیری گسترش یابد. نتایج کامل این پژوهش در نشریه علمی ساینس منتشر شده است.