چشمی برای شکار فراخورشیدی‌ها

گروهی بین‌المللی از اخترشناسان، با بهره‌گیری از فناوری نوری نوینی که در رصدخانه‌ی استوارد، وابسته به دانشگاه ایالتی آریزونا ابداع شده بود؛ موفق به تهیه‌ی تصاویری از سیاره‌ای بسیار نزدیک‌تر به ستاره‌ی مادرش در قیاس با سایر سیارات فراخورشیدی کشف‌گشته در گذشته شده‌اند.

این کشف، که در نسخه‌ی آنلاین نشریه‌ی علمی Astrophysical Journal Letters انتشار یافته، محصول همیاری بین‌المللی متخصصین رصدخانه‌ی استوارد، مؤسسه‌ی فدرال فناوری زوریخ، در سوئیس، رصدخانه‌ی جنوبی اروپا (ESO)، دانشگاه لیدن هلند و مؤسسه‌ی اخترشناسی ماکس پلانک آلمان بود. این فناوری نوین با اجرای عملیاتی‌اش بر مجموعه‌تلسکوپ‌های غول‌پیکر VLT وابسته به ائتلاف گسترده‌ی رصدخانه‌های جنوبی اروپا؛ واقع بر قله‌ی کوه «پارانال» شیلی در صحرای آتاکاما؛ این گروه بین‌المللی را قادر به تأیید وجود و جنبش مداری سیاره‌ی «بتا-سه‌پایه b» (وابسته به ستاره‌ی بتا در صورت فلکی سه‌پایه) با جرم ده برابر مشتری کرد که به گرد ستاره‌ی مادرش در فاصله‌ی ۶۳ سال نوری از ما می‌چرخد.

سیاره‌ی بتا-سه‌پایه b، از دید رصدخانه‌ی غول‌پیکر VLT در صحرای آتاکامای شیلی که به‌یاری روش APP امکان آشکارسازی فراهم شده است. قرص تیره‌رنگ میانه‌ی عکس، نور حذف‌گشته‌ی ستاره‌ی مادر و نقطه‌ی واقع در سمت چپ این قرص، همان سیاره‌ی مزبور است / ESO

در قلب این سامانه‌‌ی نوین، قطعه‌ای ریز از شیشه با الگوی سطحی حجاری‌شده‌ی شدیداً پیچیده‌ای جای گرفته که APP (مخفف عبارت Apodizing Phase Plate) نام دارد و از طُرق مشخصی نور ستاره‌ی اصلی را پوشانده، و امکان پیدایی سیاراتی که تا پیش از این در درخشش خیره‌کننده‌ی ستاره‌شان گم بوده‌اند را می‌دهد. دکتر «فیل هینز» (Phil Hinz)، سرپرست مرکز اپتیک سازگار نجومی رصدخانه‌ی استوارد، در این‌باره می‌گوید: «این روش، درهای جدیدی را به‌سوی کشف سیارات فراخورشیدی می‌گشاید. ما تاکنون فقط قادر به تماشای سیارات بیرونی در یک منظومه‌ی فراخورشیدی؛ در محدوده‌‌ای معادل مدار نپتون و از آن‌جا به بعد بوده‌ایم. حال، می‌توانیم سیاراتی را بر مدارهایی بس نزدیک‌تر به ستاره‌شان ببینیم».

به‌عبارتی، اگر اخترشناسانی فرضاً در منظومه‌ی خورشیدی دیگری با فناوری‌های رایج پیشین در تصویربرداری مستقیم، تلسکوپ‌هایشان را به‌سوی منظومه‌ی شمسی ما نشانه روند؛ هرآنچه خواهند دید همان اورانوس و نپتون خواهد بود و سیارات درونی‌تر همچون عطارد، زهره، زمین، مریخ و زحل در این‌گونه تصاویر جایی نخواهند داشت. حال، برای تصور قدرت این فناوری نوین، این نکات را مدنظر قرار دهید: فاصله‌ی متوسط نپتون از خورشید، در حدود ۴.5 میلیارد کیلومتر یا ۳۰ واحد نجومی‌ست (هر واحد نجومی (AU)، معادل فاصله‌ی زمین تا خورشید یا ۱۵۰ میلیون کیلومتر است). سیاره‌ای که به‌تازگی از آن عکسبرداری شده (بتا-سه‌پایه b)، در فاصله‌ی حدود ۷ واحد نجومی از ستاره‌‌ی مادرش به گرد آن می‌گردد؛ فاصله‌ای که به‌گفته‌ی هینز، همه‌چیز در آن جذاب است. وی در این‌باره می‌گوید: «چراکه آنجا همانجایی‌ست که معتقدیم عمده‌ی سیارات منظومه‌های ستاره‌ای در آن واقع شده‌اند و این، معادل پنج تا ده واحد نجومی‌ست».

از آنجاکه اغلب سیارات فراخورشیدی کشف‌گشته، از روش‌های غیرمستقیمی (همچون ردگیری رقص گرانشی ستاره در نتیجه‌ی حرکت یک سیاره به دورش) به‌منظور تشخیص ردپای این سیارات بهره برده‌اند؛ اما از تعداد اندکی از آن‌ها تاکنون مستقیماً رصدی صورت پذیرفته بود. به‌گفته‌ی هینز، حجم فزاینده‌ی آمار کشف سیارات فراخورشیدی – که اغلب‌شان هم غول‌های گازی ابرپرجرمی در مدارهای وسیع‌اند - نمونه‌ای جهت‌دار و غیرفراگیر است؛ چراکه ابعاد و فواصل‌ این دسته سیاره‌ها تا ستاره‌ی مادرشان، آن‌ها را برای تشخیص ستاره‌شناسان آسان‌تر ساخته. وی می‌گوید: «می‌توان گفت که ما ابتدا با تماشای منظومه‌های عجیب کارمان را شروع کردیم.

روشی که [هم‌اکنون] ابداع‌اش کرده‌ایم اما امکان جست‌و‌جوی غول‌های گازی کوچکتری در ابعاد تقریبی مشتری را به‌ما می‌دهد که معرف شاخصی عمومی‌تر از این سیارات است». هینز در ادامه می‌افزاید: «ما برای نخستین بار توانستیم در اطراف ستارگان درخشان و نزدیکی چون آلفا-قنطورس (نزدیک‌ترین ستاره به ما و پرنورترین ستاره‌ی صورت فلکی قنطورس)، امکان وجود غول‌های گازی را بررسی کنیم».

چهار تلسکوپ مستقر بر قله‌ی کوه پارانال شیلی موسوم به VLT، با آینه‌های ۸.2 متری‌شان مجموعاً قوی‌ترین چشمان اپتیکی جهان را تا به امروز شکل داده‌اند / ESO

عملیاتی‌سازی این فناوری که گویا در آینده با اصلاحاتی، ستاره‌شناسان را قادر به حذف کامل نور ستاره‌ی مادر نیز خواهد کرد؛ از مدل‌سازی‌های پیچیده‌ی ریاضیاتی امکان‌پذیر شد. دکتر «جان کودونا» (John Codona)؛ از پژوهش‌گران ارشد رصدخانه‌ی استوارد دانشگاه آریزونا که فرضیه‌ی بنیادین این روش را ارائه داده، می‌گوید: «اساساً ما "هاله"‌ی نور ستاره‌ را حذف می‌کنیم؛ چراکه در غیراینصورت سیگنال سیاره نیز حذف خواهد شد. اگر بخواهید چیزی را که هزاران بار و یا یک میلیون بار از ستاره کم‌نورتر است، بیابید؛ سرو کله زدن با هاله [ی آن ستاره] کار سختی است».

ستاره‌شناسان به‌منظور تشخیص سیگنال‌های ضعیف سیارات کم‌نور، به تاج‌نگارها (Coronagraph)یی وابسته‌اند که قرص درخشان ستاره را سد می‌کند؛ درست مثل ماه که خورشید را طی کسوف کامل می‌پوشاند و امکان نمایان‌سازی اجرام کم‌نور نزدیک‌‌اش را فراهم می‌کند. کودونا، با یاری رویکردهای ریاضیاتی غیرمتعارف خاص خودش؛ الگویی پیچیده از تداخلات موجی را یافت که اگر در نور ورودی از ستاره به دریچه‌ی تلسکوپ حضور داشته باشند؛ موجب زدودگی بخش هاله و جداسازی کلیه‌ی نور ستاره می‌شوند. گروه رصدخانه‌ی استوارد، از قطعه‌ای صیقلی‌شده از شیشه‌ی نوری حساس به نور مادون‌قرمز، به ابعاد و شکل تقریبی قطره‌ مخاط بینی به‌هنگام عطسه، به‌منظور القای این تداخلات استفاده بردند. ابزار APP، با قرارگیری در مسیر نوری تلسکوپ، بخشی از نور ستاره را می‌دزدد و آن را چون هاله‌ای پراکنده می‌کند تا که به حسگرها نرسد.

«ساشا کوانتز»، از انیستیتو اخترشناسی مؤسسه‌ی فدرال فناوری زوریخ سوئیس و سرپرست نویسندگان مقاله‌ی منتشره می‌گوید: «این، مشابه همان تأثیری‌ست که به‌هنگام غواصی در اقیانوس و تماشای خورشید از آن پایین، مشاهده خواهید کرد. امواج سطحی، تشعشعات نوری را خم می‌کنند و موجب شکل نامتعارف آسمان و ابرها می‌شوند. فعالیت‌های اپتیکی ما نیز به‌ همین منوال است».

تاج‌نگارهای معمولی، به‌منظور سدسازی نور یک ستاره بایستی‌که به‌دقت نشانه‌روی شوند و در این بین هم به‌شدت مستعد بروز اختلال هستند. نسیم آهسته‌ی شبانگاهی که تلسکوپ را اندکی به لرزه در می‌آورد کافی‌ست تا یک تصویر را خراب کند. روش APP اما نیازمند نشانه‌روی‌های دقیقی نیست و به‌طور مساوی برای هر ستاره یا مکان دیگری در تصویر عمل می‌کند. کودونا می‌گوید: «سامانه‌ی ما نیازمند مراقبت‌های اینچنینی نیست و رصد را به‌طور چشمگیری ساده‌تر و مؤثرتر می‌کند». پروفسور «مایکل میر» (Michael Meyer)، استاد اسبق ستاره‌شناسی دانشگاه آریزونا که هم‌اکنون در مؤسسه‌ی فدرال فناوری زوریخ مشغول است و سرپرستی گروه مجری این ایده بر تلسکوپ‌های VLT شیلی را نیز عهده‌دار بود، روش APP را علاوه بر تأمین‌گر فرصت‌های فراوان کشف سیارات فراخورشیدی؛ مستعد پیشبرد دیگر حوزه‌های پژوهشی نیز می‌داند. او می‌گوید: «دیدن اینکه ستاره‌شناسان چگونه این روش را در VLT به کار خواهند بست، هیجان‌انگیز است؛ چراکه روشی معطوف به [تشخیص] دیگر اجرام [غیرسیاره‌ای] به گرد ستارگان نیز هست».

منبع: پرتال دانشگاه ایالتی آریزونا