شناسایی سامانه شش سیاره‌ای با رزونانس مداری تقریباً بی نقص

دانشمندان تاکنون صدها ستاره را در کهکشان راه شیری کشف کرده‌اند که چندین سیاره به دور آن‌ها گردش می‌کنند. هر کدام از این سامانه‌ها خصوصیات منحصر به فردی دارند، ولی در فاصله ۸۸ سال نوری از زمین سامانه‌ای قرار گرفته که واقعاً خاص است.

در فاصله ۸۸ سال نوری از زمین، ستاره‌ای به نام «HD 158259» با جرم مشابه خورشید و کمی بزرگ تر از آن قرار گرفته که دانشمندان حین کشف سیارات فراخورشیدی به ندرت به ستاره‌ای با این خصوصیات برخورد می‌کنند. شش سیاره شامل یک «ابر زمین» (Super Earth) و پنج سیاره کوچکتر مشابه نپتون به دور این ستاره گردش می‌کنند.

اخترشناسان پس از رصد این سامانه به مدت هفت سال متوجه شدند تمام شش سیاره با رزنانس مداری (Orbital resonance) تقریباً بی نقص، به دور ستاره «HD 158259» می‌چرخند. این کشف می‌تواند به درک بهتر سازوکارهای تشکیل سامانه‌های سیاره‌ای منجر شده و اطلاعاتی در مورد چگونگی شکل گیری آرایش آن‌ها ارائه دهد.

رزونانس مداری زمانی رخ می‌دهد که مدارهای دو سیاره که حول سیاره والد در حال گردش هستند، ارتباط نزدیکی با هم داشته و بر یکدیگر نیروی گرانش وارد می‌کنند. چنین پدیده‌ای در منظومه شمسی به ندرت یافت شده و یکی از بهترین نمونه‌های آن رزونانس مداری نپتون و پلوتون است.

پلوتون و نپتون رزونانس مداری ۲:۳ دارند؛ یعنی زمانی که پلوتون در مدار خود دو بار به دور خورشید می‌چرخد، نپتون سه مرتبه دور زده است. حرکت این دو سیاره مثل نواختن همزمان میزان‌ها در موسیقی اما در کسر میزان‌های متفاوت (دو ضرب برای پلتون و سه ضرب برای نپتون) است.

هر کدام از سیاراتی که حول ستاره HD 158259 گردش می‌کنند، با سیاره دورتر از ستاره، رزونانس مداری ۳:۲ دارند. محققان با استفاده از طیف سنج SOPHIE و تلسکوپ فضایی TESS به رهبری اخترشناسی به نام «Nathan Hara» از دانشگاه ژنو سوئیس توانستند به طور دقیق مدار هر کدام از این سیارات را محاسبه کنند.

تلسکوپ TESS مدارهای ابر زمین این سامانه که در نزدیک ترین فاصله با ستاره قرار دارد را ۲.۱۷، ۳.۴، ۵.۲، ۷.۹، ۱۲ و ۱۷.۴ روز محاسبه کرد. این مدارها، دوره‌های تناوب ۱.۵۷، ۱.۵۱، ۱.۵۳ و ۱.۵۱ و ۱.۴۴ را میان هر جفت از سیارات شکل می‌دهند. با وجودی که با این ارقام رزونانس کامل شکل نمی‌گیرد، اما سامانه HD 158259 را در دسته بندی سامانه‌های غیرعادی قرار می‌دهند.

به گفته محققان خصوصیات فوق نشان می‌دهند سیاراتی که حول این ستاره می‌چرخند، در مکانی که الان قرار دارند، تشکیل نشده‌اند. «Stephane Udry»، اخترشناس دانشگاه ژنو در این رابطه می‌گوید:

«چندین سامانه کوچک با سیارات متعدد با رزونانس نزدیک همانند TRAPPIST-1 یا Kepler-80 شناسایی شده‌اند. این سیستم‌ها در مسافت دورتری از ستاره شکل گرفته و سپس به طرف آن کشیده می‌شوند. در این سناریو رزونانس نقش مهمی را بازی می‌کند.»

اخترشناسان معتقدند رزونانس زمانی به وجود می‌آید که پیش سیاره‌ها در قرص پیش سیاره‌ای (Protoplanetary disc) دورتر از لبه بیرونی قرص رشد کرده و به سمت درون کشیده می‌شوند. این پدیده منجر به تولید زنجیره‌ای از رزونانس مداری در سامانه می‌شود.

با از بین رفتن باقی مانده گازهای قرص پیش سیاره‌ای، رزونانس مداری ناپایدار می‌شود و این همان پدیده‌ای است که در سامانه HD 158259 مشاهده می‌شود. به گفته محققان اختلاف‌های ناچیز در رزونانس مداری این سیستم، اطلاعات بیشتری را در مورد نحوه وقوع این ناپایداری به دست می‌دهد.

محققان می‌گویند با استفاده از داده‌های به دست آمده از این سامانه و مدل‌های اثر جزر و مدی، می‌توان ساختار درونی سیارات را در تحقیقات آینده تخمین زد.

یافته‌های این تحقیق در ژورنال Astronomy & Astrophysics منتشر شده است.