اخترشناسان یک اَبَرزمین فوق‌داغ با نشانه‌هایی از وجود اقیانوس ماگما کشف کردند

اخترشناسان روشن‌ترین نشانه‌ از وجود یک جو پیرامون یک سیاره سنگی خارج از منظومه شمسی را شناسایی کرده‌اند. این یافته‌ها باورهای دیرینه درباره چگونگی شکل‌گیری و تحول دنیاهای کوچک و بسیار داغ را که در شرایط حاد قرار دارند، به چالش می‌کشد.

یک گروه پژوهشی به رهبری مؤسسه کارنگی، با استفاده از تلسکوپ James Webb Space Telescope ناسا، سیاره TOI-561 b را بررسی کرده که یک اَبَرزمین بسیار قدیمی و سوزان است که مدار ستاره خود را تنها در مدت ۱۰.۵۶ ساعت طی می‌کند.

ویژگی‌‌های جو این سیاره، فرضیات دیرپای مرتبط با تکامل دنیاهای کوچک و فوق‌العاده داغ را با تردید جدی روبه‌رو کرده است. سیاره TOI-561 b حدود دو برابر جرم زمین دارد، اما هیچ شباهتی به زمین ندارد. این سیاره در فاصله‌ای به ستاره خود می‌چرخد که نزدیک به یک چهلم فاصله عطارد از خورشید است. یک سال در این دنیا تنها ۱۰.۵۶ ساعت به‌طول می‌انجامد و یک سوی سیاره هرگز از روشنایی روز خارج نمی‌شود.

اخترشناسان انتظار داشتند چنین سیاره کوچک و داغی مدت کوتاهی پس از شکل‌گیری، جو خود را از دست بدهد. نیکول والک، از نویسندگان پژوهش، می‌گوید که براساس شناخت فعلی از سامانه‌های مشابه، پیش‌بینی می‌شد که سیاره‌ای با این ویژگی‌ها به دلیل اندازه و دمای بالا نتواند مدت زیادی جو خود را حفظ کند و این مشاهدات فهم رایج درباره سیارات با دوره‌‌ی مداری بسیار کوتاه را بر هم می‌زند.

با وجود این، جو سیاره همچنان پایدار به نظر می‌رسد؛ آن هم در حالی‌که ستاره میزبان آن به‌مراتب قدیمی‌تر از خورشید است. وجود این جو همچنین می‌تواند علت چگالی پایین TOI-561 b باشد. چگالی آن کمتر از یک سیاره هم‌تراز زمین است، هرچند در دسته سوپر پاف‌ها قرار نمی‌گیرد.

یوهانا تسکه، نویسنده اصلی پژوهش، توضیح داد که این سیاره در دسته سوپر پاف‌ها نیست، اما چگالی آن پایین‌تر از آن چیزی است که برای یک ترکیب مشابه زمین انتظار می‌رود. تسکه و همکارانش بررسی کردند که آیا چگالی سیاره می‌تواند ناشی از داشتن هسته‌ای کوچک از جنس آهن و پوسته و گوشته‌ای با ترکیب سنگ‌های سبک‌تر باشد. چنین ویژگی‌ای با خصوصیات ستاره سازگار است.

تسکه اشاره کرد که TOI-561 b در میان سیارات با دوره‌‌ی مداری بسیار کوتاه، موردی استثنایی است؛ زیرا اطراف ستاره‌ای بسیار کهن و کم‌‌آهن می‌گردد. او افزود که این سیاره احتمالاً در محیطی شیمیایی متفاوت از آنچه سیارات منظومه شمسی در آن شکل گرفته‌اند، پدید آمده و در نتیجه می‌تواند دریچه‌ای به فرآیندهای شکل‌گیری سیارات در جهان آغازین باشد.

با این حال، ساختار داخلی به‌تنهایی نمی‌توانست همه داده‌ها را توضیح دهد. پژوهشگران حدس زدند که وجود جوی ضخیم ممکن است باعث شود سیاره بزرگ‌تر و کم‌چگال‌تر به‌نظر برسد.

ابزار NIRSpec بر روی تلسکوپ James Webb Space Telescope با اندازه‌گیری دمای نیم‌روزی سیاره هنگام گرفت ثانویه، این فرضیه را آزمود. یک صخره باید به دمایی نزدیک به حدود ۳۲۰۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسید، اما دمای نیم‌روزی آن بسیار پایین‌تر و نزدیک به حدود ۱۷۶۰ درجه سانتی‌گراد بود.

این افت قابل‌توجه دما نشان‌دهنده وجود فرایندهای توزیع فعال گرما بود. پژوهشگران چند سناریو را بررسی کردند. یک اقیانوس ماگمایی می‌توانست بخشی از گرما را منتقل کند. لایه‌ای نازک از بخار سنگ نیز می‌توانست نقش داشته باشد. اما هیچ‌یک به‌طور کامل با داده‌ها سازگار نبود.

گروه پژوهشی در نهایت نتیجه گرفت که تنها یک جو قابل‌توجه می‌تواند این میزان خنک‌شدن را توضیح دهد. آنژلی پیت، یکی از نویسندگان، تأثیرات این جو را توضیح داد: «بادهای بسیار نیرومند گرما را از سمت روز به سوی شب منتقل می‌کنند و گازهایی مانند بخار آب پیش از فرار پرتو از جو آن را جذب می‌نمایند؛ همچنین امکان تشکیل ابرهای روشن سیلیکاتی وجود دارد که می‌توانند نور ستاره را بازتاب دهند.»

با وجود این، دانشمندان هنوز نمی‌دانند که این سیاره چگونه با وجود تابش شدید، چنین جوی را حفظ کرده است. بخشی از گازها باید فرار کنند، اما نوعی تعادل ممکن است جو را پایدار نگه دارد. تیم پژوهش این فرایند تعادلی را چنین توصیف کرد: «همزمان با آنکه گازها از سیاره خارج می‌شوند و جو را تغذیه می‌کنند، اقیانوس ماگما آن‌ها را دوباره به درون سیاره می‌کشد. این سیاره در واقع شبیه یک گوی ماگمای مرطوب است.»

این نتایج نخستین دستاورد از برنامه ۳۸۶۰ رصدگران عمومی JWST است. پژوهشگران این منظومه را به مدت ۳۷ ساعت به‌صورت پیوسته بررسی کردند و تحلیل‌های بیشتری در جریان است تا نقشه‌های دقیق‌تر حرارتی و ترکیب جوی آن ترسیم شود.