راز یک سیاره با مدار ناشدنی؛ جهانی با چرخش معکوس در دام دو ستاره اسیر شده است
زومیت: در حالی که خورشید ما به تنهایی زندگی می‌کند، تعداد زیادی از ستارگان دیگر در منظومه‌هایی دوتایی قرار دارند؛ به این معنی که این دو ستاره به‌طور گرانشی به یکدیگر وابسته‌اند. در برخی موارد، فاصله این ستاره‌ها به حدی است که سیاره‌ها می‌توانند جداگانه به دور هر یک از آنها دوران کنند.
با این حال، منظومه‌های دوتایی فشرده‌ای وجود دارند که در آنها دو ستاره در فاصله‌ای بسیار نزدیک به دور یکدیگر می‌چرخند؛ فاصله‌ای که به راحتی می‌تواند هر دو ستاره را درون منظومه شمسی ما قرار دهد. در این نوع سیستم‌ها، سیاره‌های فراخورشیدی معمولاً در مدارهایی دورتر از هر دو ستاره می‌چرخند، به‌گونه‌ای که این مدارها به‌طور مشترک به دور هر دو ستاره می‌چرخند.
طبق گزارش ارزتکنیکا، محققان در یک مطالعه جدید، منظومه‌ای را شناسایی کرده‌اند که نه در دسته‌بندی‌های قبلی قرار می‌گیرد. این سیستم، یک دوتایی فشرده است که دارای یک ستاره سنگین مرکزی است و یک کوتوله سفید به فاصله تقریباً دو تا سه برابر فاصله‌ی زمین تا خورشید (۲ تا ۳ واحد نجومی) به دور آن می‌چرخد. سیاره‌ای که به‌طور قطعی وجود آن در این منظومه تأیید شده، در میان این دو ستاره فشرده قرار دارد و در فاصله‌ای مشابه فاصله‌ی زمین تا خورشید به دور ستاره مرکزی می‌چرخد. نکته جالب این است که این سیاره در جهت مخالف حرکت مداری کوتوله سفید در حال گردش است.
این منظومه فراخورشیدی که به نام نو اکتانیس (Nu Octantis) شناخته می‌شود، دارای ستاره‌ای است که جرم آن تقریباً ۱٫۶ برابر خورشید ما می‌باشد. ستاره هم‌نشین این سیستم، که بسیار کم‌نورتر است و حدود نیمی از جرم خورشید ما را دارد، در اطراف ستاره اصلی به گردش درمی‌آید. مدار این ستاره همراه به دور ستاره بزرگ‌تر کمی نامتقارن است و از حدود دو واحد نجومی در نزدیک‌ترین نقطه خود تا حدود سه واحد نجومی در دورترین نقطه آن تغییر می‌کند؛ اما تا به حال، ماهیت دقیق این ستاره مشخص نشده بود.
تصویربرداری دقیق از این منظومه در نور فروسرخ نزدیک باید می‌توانست دو ستاره را از یکدیگر تفکیک کند؛ اما نتایج نشان‌دهندهٔ وجود جسم دومی با روشنایی کافی نبود. این مسئله، هر نوع ستاره‌ای در توالی اصلی را رد کرده و تنها گزینه‌ی ممکن کوتوله سفید باقی ماند. اما این ستاره تنها جسمی نبود که در مدار ستاره مرکزی نو اکتانیس وجود دارد.
تحقیقات پیشین حاکی از احتمال وجود یک سیاره فراخورشیدی در این منظومه بودند. اما ویژگی‌های مداری این سیاره بسیار عجیب بود، به‌طوری‌که هیچ مدل پایداری برای آن که با مشاهدات هم‌خوانی داشته باشد، قابل شناسایی نبود. تنها نکته‌ای که مشخص بود این بود که پایدارترین مدل‌های مداری تنها در صورتی ممکن خواهد بود که سیاره به‌صورت پس‌رونده، یعنی در جهت عکس حرکت ستاره هم‌نشین حرکت کند. به همین دلیل، نو اکتانیس به یکی از معماهایی تبدیل شده بود که برای حل آن نیاز به داده‌های بیشتری بود.
و داده‌های بیشتر چیزی بود که یک گروه کوچک از دانشمندان بین‌المللی طی یک دوره نزدیک به دو سال رصد با استفاده از ابزار کاوشگر سیاره‌ها با دقت بالا (HARPS) در شیلی به‌دست آوردند. اطلاعات به‌دست‌آمده به وضوح وجود یک سیاره در مدار پس‌رونده را تأیید کرد و نشان داد که صفحه مداری این سیاره حدود ۱۷ درجه نسبت به صفحه مداری دو ستاره انحراف دارد. متأسفانه مدل‌سازی‌های عددی نشان دادند در طول زمان، ۹۸ درصد از این مدارها در کمتر از ۵۰ میلیون سال از بین خواهند رفت.
بنابراین، پژوهشگران به بررسی مجموعه‌ای از ویژگی‌های مداری پرداختند که قادر به حفظ تمامی اجرام در یک صفحهٔ مداری مشترک باشد. این بررسی به مدلی منجر شد که، پس از اعمال تغییرات مختلف، نشان داد در ۷۵ درصد موارد، این مدارها می‌توانند بیش از ۵۰ میلیون سال پایدار باقی بمانند. بدین ترتیب، پژوهشگران این مدل را به‌عنوان توصیف محتمل‌ترین ساختار منظومه انتخاب کردند.
در مدل نهایی، مدار سیاره شناسایی‌شده در منظومه نو اکتانیس، به‌صورت پس‌رونده است؛ به این معنی که بر خلاف جهت حرکت ستاره کوچکتر در همان منظومه می‌چرخد. این سیاره در فاصله‌ای حدود یک واحد نجومی از ستاره مرکزی قرار دارد که تقریباً با فاصله زمین تا خورشید مطابقت دارد. مسیر آن دایره‌ای کامل نیست و کمی بیضی‌شکل است و در برخی از بخش‌ها به ستاره مرکزی بسیار نزدیک‌تر می‌شود.
نکته مهم این است که کل مدار سیاره درون مدار ستاره هم‌نشین کوچکتر قرار دارد. نیروهای گرانشی در یک سامانه دوتایی نزدیک (فشرده) به‌طور طبیعی باید از شکل‌گیری سیاره در این ناحیه در مراحل ابتدایی عمر منظومه جلوگیری کنند. بنابراین پرسش این است که: چگونه این سیاره قادر به قرارگیری در چنین ساختاری غیرمعمول شده است؟
این واقعیت که یکی از ستارگان موجود در منظومه نو اکتانیس کوتوله سفید است، احتمالاتی را در این خصوص مطرح می‌کند. کوتوله‌های سفید از ستارگانی مشابه خورشید به وجود می‌آیند که دوران پیشرفته‌ای از سوختن هلیوم را پشت سر گذاشته‌اند. در این پروسه، ستاره به‌طور قابل‌توجهی متورم شده و سطح بیرونی آن ارتباط ضعیفی با پیکره ستاره دارد. در فاصله‌های داخلی نو اکتانیس، این شرایط می‌تواند سبب جدایی مقدار زیادی از ماده‌ی ستاره‌ی هم‌نشین بیرونی شده و این ماده به سطح ستاره مرکزی فعلی کشیده شود. در نهایت این فرآیند منجر به انتقال جرم فراوانی خواهد شد.
دو سناریو ممکن برای قرار دادن سیاره در بخش داخلی منظومه وجود دارد: اول این‌که ماده‌ی منتقل‌شده ممکن است بلافاصله بر روی سطح ستاره‌ی نزدیک فرود نیاید. اگر این فرآیند به‌اندازه کافی کند پیشرفته باشد، احتمالاً برای مدتی کوتاه دیسکی برای شکل‌گیری سیاره به‌وجود آمده که این زمان برای تولید یک سیاره در بخش داخلی منظومه کافی باشد.
از سوی دیگر، اگر سیاره‌هایی در حال گردش در مدارهایی دورتر از هر دو ستاره در حال حرکت بوده‌اند، تغییر توزیع جرم در منظومه ممکن است مدارهای آنها را بی‌ثبات کند. این بی‌ثباتی می‌تواند منجر به برهم‌کنش‌هایی میان سیاره‌ها شود، به‌طوری‌که یکی از آنها به درون منظومه رانده شده و در نهایت در یک مدار پایدار و پس‌رونده که اکنون مشاهده می‌شود، به دام می‌افتد.
نویسندگان پژوهش تأکید می‌کنند که هر یک از این شرایط باید بسیار نادر باشد، به این معنا که احتمالاً در مرحله کنونی از بررسی سیارات فراخورشیدی، تعداد کمی از منظومه‌های مشابه با این نمونه مشاهده خواهیم کرد. آنها به یک منظومه دوتایی فشرده دیگر با نام HD 59686 اشاره می‌کنند که به نظر می‌رسد سیاره‌ای در مدار پس‌رونده داشته باشد؛ اما مانند نو اکتانیس، داده‌ها به‌اندازه کافی شفاف نیستند تا بتوانند پیکربندی‌های جایگزین را به‌طور قطعی رد کنند؛ به همین خاطر، بار دیگر نیاز به جمع‌آوری داده‌های بیشتر احساس می‌شود.
