کشف سیاره سرگردان با کمک نظریه اینشتین: تلسکوپ هابل موفق به ردیابی جرم فضایی گمشده شد!
آیا تا به حال فکر کردهاید که در اعماق بیکران فضا چه چیزهایی پنهان شده است؟ دانشمندان با بهرهگیری از نبوغ آلبرت اینشتین و دادههای ارزشمند تلسکوپ فضایی هابل، سیارهای سرگردان را کشف کردهاند. این سیاره که به آن سیارهی «آزاد شناور» نیز گفته میشود، به دور هیچ ستارهای نمیچرخد و به تنهایی در تاریکی کیهانی سفر میکند. این کشف، که در وبسایت Space.com گزارش شده، بر پایه پدیدهای به نام میکرولنزینگ گرانشی استوار است؛ تکنیکی که ریشه در نظریه نسبیت عام اینشتین دارد.
نقش نظریه نسبیت عام اینشتین در کشف سیاره سرگردان
در سال ۱۹۱۵، نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین انقلابی در درک ما از گرانش ایجاد کرد. این نظریه پیشبینی میکند که اجرام دارای جرم، بافت فضا-زمان را خمیده میکنند و این خمیدگی میتواند مسیر نور را منحرف سازد. این پدیده، که به لنزینگ گرانشی معروف است، زمانی رخ میدهد که یک جرم سنگین (مانند یک سیاره) از مقابل یک منبع نور دوردست (مانند یک ستاره) عبور کند. میدان گرانشی سیاره، نور را خم میکند و آن را تقویت میکند، و این امر فرصتی بینظیر برای مشاهده اجسامی فراهم میآورد که در حالت عادی نامرئی هستند.
به گفته پژمسک مروز، یکی از اعضای تیم تحقیق و استاد دانشگاه ورشو: «سیارات آزاد شناور، بر خلاف بیشتر سیارات فراخورشیدی شناخته شده، به دور هیچ ستارهای نمیچرخند. آنها به تنهایی در کهکشان و در تاریکی مطلق حرکت میکنند، بدون اینکه خورشیدی آنها را روشن کند. این امر باعث میشود که شناسایی آنها با استفاده از تکنیکهای سنتی تشخیص سیاره، که متکی به نور ستاره میزبان هستند، غیرممکن باشد.» برای شناسایی این اجرام گریزپا، ستارهشناسان باید از روش میکرولنزینگ گرانشی استفاده کنند؛ روشی که در آن سیاره باعث درخشش موقت نور یک ستاره دوردست میشود.
رویداد میکرولنزینگ و نقش آن در این کشف
رویداد میکرولنزینگی که منجر به کشف این سیاره سرگردان شد، با نام OGLE-2023-BLG-0524 نامگذاری شده و در تاریخ ۲ خرداد ۱۴۰۲ (۲۲ می ۲۰۲۳) رخ داد. این رویداد در ابتدا در جهت برآمدگی کهکشانی توسط پروژه آزمایش لنزینگ گرانشی نوری (OGLE) کشف شد؛ پروژهای که آسمان را برای یافتن رویدادهای میکرولنزینگ رصد میکند. سپس این رویداد به طور مستقل توسط شبکه تلسکوپ میکرولنزینگ کره (KMTNet) تأیید شد.
پدیدهای که در پشت این رویداد میکرولنزینگ خاص قرار داشت، بسیار کوتاه بود و تنها هشت ساعت به طول انجامید که آن را به یکی از کوتاهترین رویدادهای میکرولنزینگ ثبت شده تبدیل کرد. همانطور که مروز اشاره کرد: «مقیاس زمانی اینشتین این رویداد تنها هشت ساعت بود و آن را به یکی از کوتاهترین رویدادهای میکرولنزینگ ثبت شده تبدیل کرد.» با تجزیه و تحلیل ویژگیهای این رویداد، تیم تحقیقاتی توانست تخمین بزند که جرم لنزکننده که باعث بزرگنمایی نور شده، میتواند یک سیاره با جرم نپتون باشد که در قرص کهکشانی راه شیری، در حدود ۱۵۰۰۰ سال نوری دورتر، قرار دارد، یا یک جرم بزرگتر با جرم زحل در حدود ۲۳۰۰۰ سال نوری دورتر در برآمدگی کهکشانی.
بررسی احتمال وجود ستاره همراه برای این سیاره
یکی از چالشهایی که تیم با آن مواجه بود، تعیین این موضوع بود که آیا این سیاره واقعاً آزاد شناور است یا یک ستاره همراه در مداری دور دارد. اگر این سیاره یک ستاره میزبان، حتی دور، داشت، انتظار میرفت که سیگنالهای میکرولنزینگ اضافی و طولانیتری مشاهده شود. با این حال، محققان هیچ سیگنالی از این دست را شناسایی نکردند. این فقدان سیگنال، آنها را به این احتمال سوق داد که این جرم واقعاً یک سیاره سرگردان باشد که بدون ستاره در فضا شناور است.
مروز توضیح داد: «این سیاره در جهت برآمدگی کهکشانی توسط بررسی آزمایش لنزینگ گرانشی نوری (OGLE) کشف شد و به طور مستقل توسط شبکه تلسکوپ میکرولنزینگ کره (KMTNet) مشاهده شد. این بدان معناست که ما نمیتوانیم به طور کامل سناریوی مدار گسترده را رد کنیم، اما اینجاست که موضوع جالب میشود.» محققان متوجه شدند که از آنجایی که لنز (سیاره سرگردان) و ستاره پسزمینه به آرامی نسبت به یکدیگر در حال حرکت هستند، در نهایت در آسمان از هم جدا میشوند. اگر در آن نقطه نور سیاره شناسایی شود، این امر تأیید میکند که آن به طور کامل آزاد شناور نیست.
با این حال، این مشاهده به هیچ وجه ساده نیست. همانطور که مروز بیان کرد: «حداقل یک دهه طول میکشد تا بتوانیم امیدوار باشیم که آنها را با ابزارهای فعلی، مانند تلسکوپ فضایی هابل یا تلسکوپهای بزرگ زمینی، تشخیص دهیم.»
بینشهای منحصر به فرد از دادههای آرشیوی هابل
آنچه این کشف را به ویژه جذابتر میکند، این واقعیت است که ناحیهای از آسمان که رویداد میکرولنزینگ در آن رخ داده بود، قبلاً در سال ۱۹۹۷ (بیش از ۲۵ سال قبل از اینکه این رویداد حتی شناسایی شود) توسط هابل مشاهده شده بود. این امر فرصتی بینظیر برای تیم فراهم کرد تا بررسی کند که آیا در تصاویر قدیمیتر هابل، ستارهای مرتبط با جرم لنزکننده وجود دارد یا خیر.
بر اساس مدل آنها، تا سال ۱۹۹۷، لنز و منبع باید تنها به اندازه 0.13 ثانیه قوسی از هم جدا شده باشند. این جدایی بسیار اندک بود، اما همچنان در محدوده قابلیتهای تلسکوپ فضایی هابل قرار داشت. اگر لنز یک ستاره درخشان بود، آنها باید آن را در دادههای قدیمی میدیدند. با این حال، آنها هیچ نشانهای از چنین ستارهای پیدا نکردند. مروز گفت: «این به ما فرصتی بینظیر داد تا آزمایش کنیم که آیا ممکن است ستارهای با لنز مرتبط باشد یا خیر.»
این عدم وجود نور قابل تشخیص در تصاویر قدیمیتر، محققان را به این نتیجه رساند که اگر ستاره همراهی وجود داشته باشد، باید بسیار کم نور باشد. بر اساس تجزیه و تحلیل آنها، این امر حدود 25% تا 48% از ستارگان همراه بالقوه را رد میکند و این احتمال را افزایش میدهد که این جرم واقعاً یک سیاره سرگردان باشد.