اثر یک برخورد کهن که هنوز زمین را میلرزاند
محققان دانشگاه کالیفرنیا در برکلی به رهبری فیزیکدان نظری، جی.جی. زانازی، در یک مطالعه جدید منتشرشده در arXiv نشان دادهاند که برخوردهای عظیم بین غولهای گازی جوان میتواند منجر به ایجاد نوسانات لرزهای شود که میلیونها سال ادامه پیدا میکند؛ لرزههایی بهشدت عظیم که میتوانند از فاصلههای نوری دورتر توسط تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) شناسایی شوند.
سیستمهای خورشیدی جوان: هرج و مرج و خشونت
سطح پُر crater ماه بهعنوان یک کپسول زمانی عمل میکند. در روزهای اولیهاش، فضا یک جنگل کیهانی بوده که در آن اجسام عظیم بهطور گستردهای با یکدیگر برخورد میکند. این الگوی شکلگیری سیارهای از طریق برخوردهای پرانرژی، مختص به سیستم ما نیست و احتمالاً در سراسر سیستمهای سیارهای جوان در کهکشان تکرار میشود.
تحقیقات جدید به بررسی این موضوع میپردازد که چه اتفاقی میافتد زمانی که دو سیاره فراخورشیدی بزرگ به هم برخورد و ادغام میشوند. از طریق شبیهسازیها، تیم تحقیق یک سناریو با محوریت یک سیاره به اندازه نپتون که به یک غول گازی بزرگتر برخورد میکند، بررسی کرده و تحقیق میکنند که آیا چنین رویداد فاجعهباری میتواند امواج لرزهای تولید کند که میلیونها سال دوام داشته باشد یا خیر.
درون پسلرزههای سیارهای: چگونه امواج لرزهای باقی میمانند
محققان، وقوع برخورد بین یک سیاره به اندازه ۱۷ برابر زمین و سوپر-مشتری جوان به نام بتا پیکتوریس ب را مدلسازی کردند. این سیاره فراخورشیدی تقریباً ۱۲ تا ۲۰ میلیون سال سن دارد و به دور ستاره جوان بتا پیکتوریس میچرخد. این سیاره دارای جرمی معادل ۱۳ مشتری است و بین ۱۰۰ تا ۳۰۰ جرم زمین عناصر سنگین دارد که نشاندهنده جذب اجسام سیارهای کوچکتر است.
شبیهسازی بر روی دو نوع مدل لرزهای تمرکز داشت. مدلهای p، یا مدلهای فشار، مشابه امواج صوتی عمل کرده و درون سیاره حرکت میکنند. در مقابل، مدلهای f، یا مدلهای بنیادی، شبیه به امواج سطحی در آب هستند.
زمانی که این امواج ایجاد شوند، میتوانند بهمدت زمانی قابل مقایسه با سن سیاره—حدود دهها میلیون سال—نوسان کنند. این مطالعه نشان میدهد که چنین لرزههای سراسری میتواند مدتها پس از برخورد اولیه ادامه یابد و دینامیک داخلی و درخشش سطحی را تغییر دهد.
یک مرز جدید برای لرزهنگاری سیارات فراخورشیدی
در حالی که JWST نمیتواند بهطور مستقیم امواج لرزهای را شناسایی کند، قادر است تغییرات در روشنایی—یا تغییرات فتو متریکی—را با دقت فوقالعاده اندازهگیری کند. به گفته نویسندگان، این تغییرات میتواند بهعنوان شواهد غیرمستقیم از فعالیت لرزهای عمل کند.
اگر یک برخورد سیارهای در ۹ تا ۱۸ میلیون سال گذشته روی داده باشد، JWST ممکن است با مشاهدهی نوسانات جزئی در منحنی نوری مادون قرمز سیاره، نوسانات لرزهای باقیمانده را شناسایی کند. این رویکرد نوین به نجومدانان اجازه میدهد ساختار داخلی و چگالی کل غولهای گاز دوردست را استنباط کنند و روشی جدید به جعبه ابزار علم سیارات فراخورشیدی اضافه کند.
نویسندگان مینویسند: “لرزهنگاری پنجرهای مستقیم به درون غولهای سیارهای ارائه میدهد”، و تأکید میکنند که فرکانسهای این امواج میتواند به شناسایی ترکیب و ساختار داخلی یک سیاره کمک کند.
اعتبار: زانازی و همکاران، ۲۰۲۵
دیگر عوامل ایجاد نوسانات در سیارههای غولآسا
این مطالعه همچنین به بررسی منابع دیگر برای این لرزههای سیارهای پرداخته است. به ویژه، نفوذ گرانشی یک ستاره بر یک سیاره با مداری بسیار بیضوی—سناریویی که در مورد سیارههای داغ رایج است—میتواند مدلهای مشابه f را به حرکت درآورد. این تعاملات جزر و مدی ممکن است امواج لرزهای دورهای ایجاد کند که به اندازه کافی قوی باشند تا بهطور فتو متریکی شناسایی شوند.
تیم تحقیق توضیح میدهد: “سیارههای داغ و گرم ممکن است از طریق مهاجرت با بیضی بالا تشکیل شوند، فرآیندی که در آن نیروهای گرانشی جزر و مدی از ستاره میزبان مدل بنیادی با فرکانس پایینترین را به دامنههای بزرگ میکشاند.”
این بدان معناست که حتی بدون یک برخورد بزرگ، دینامیک مداری و تعاملات سیاره-ستاره نیز میتوانند نقشی کلیدی در شکلدهی پروفایل لرزهای یک سیاره ایفا کنند.