ستاره بارنارد، علیرغم اینکه اندازه آن به مشتری نزدیکتر از خورشید است، در مرکز منظومه شمسی کوچک خود قرار دارد.
کائل هلییر: ستاره بارنارد یک ستاره کوچک و کمنور از نوعی است که ستارهشناسان آن را کوتوله سرخ مینامند. در نتیجه، حتی با وجود اینکه یکی از نزدیکترین ستارهها به زمین است و نور آن تنها شش سال طول میکشد تا به اینجا برسد، آنقدر کمنور است که با چشم غیرمسلح دیده نمیشود. اکنون، چهار سیاره کوچک در حال چرخش به دور این ستاره کشف شدهاند. تیمهایی در آمریکا و اروپا با بهرهگیری از ابزارهای دقیق در بزرگترین تلسکوپهای جهان، این کشف چالشبرانگیز را انجام دادند.
ستاره کوچک بارنارد از نظر اندازه به مشتری نزدیکتر از خورشید است. تنها سه ستارهای که منظومه آلفا قنطورس را تشکیل میدهند، به ما نزدیکتر هستند.
سیارات تازه کشفشده در اطراف ستاره بارنارد آنقدر کمنور هستند که مستقیماً دیده نمیشوند، پس چگونه پیدا شدند؟ پاسخ در اثر گرانش آنها بر ستاره نهفته است. جاذبه گرانشی متقابل، سیارات را در مدار خود نگه میدارد، اما همچنین ستاره را میکشد و آن را در یک رقص موزون حرکت میدهد که توسط ابزارهای طیفنگار حساس قابل تشخیص است. طیفنگارها نور ستاره را به طول موجهای تشکیلدهنده آن تقسیم میکنند. از آنها میتوان برای اندازهگیری حرکت ستاره استفاده کرد.
با این حال، یک چالش مهم برای تشخیص، رفتار خود ستاره است. ستارگان سیال هستند و کوره هستهای در هسته آنها، حرکات چرخشی را هدایت میکند که یک میدان مغناطیسی ایجاد میکند (همانطور که چرخش هسته مذاب زمین، میدان مغناطیسی زمین را تولید میکند). سطح ستارگان کوتوله سرخ مملو از طوفانهای مغناطیسی است. این فعالیت میتواند هنگام عدم وجود سیاره، نشانهای از وجود آن را تقلید کند.
وظیفه یافتن سیارات با این روش، با ساخت ابزارهای طیفنگار بسیار حساس آغاز میشود. آنها بر روی تلسکوپهایی نصب میشوند که به اندازه کافی بزرگ هستند تا نور کافی را از ستاره جذب کنند. سپس نور به طیفنگار ارسال میشود که دادهها را ثبت میکند. سپس ستارهشناسان یک ستاره را در طول ماهها یا سالها رصد میکنند. پس از کالیبراسیون دقیق دادههای حاصل و در نظر گرفتن فعالیت مغناطیسی ستاره، میتوان دادهها را برای سیگنالهای کوچکی که سیارات در حال چرخش را آشکار میکنند، بررسی کرد.
در سال 2024، تیمی به رهبری یونای گونزالس هرناندز از موسسه اخترفیزیک جزایر قناری، گزارش چهار سال رصد ستاره بارنارد با طیفنگار اسپرسو در تلسکوپ بسیار بزرگ رصدخانه جنوبی اروپا در شیلی را ارائه کرد. آنها یک سیاره قطعی پیدا کردند و سیگنالهای آزمایشی را گزارش کردند که نشاندهنده سه سیاره دیگر بود.
اکنون، تیمی به رهبری ریتویک باسانت از دانشگاه شیکاگو در مقالهای که به تازگی در مجله Astrophysical Journal Letters منتشر شده است، سه سال رصد با ابزار مارون-ایکس در تلسکوپ جمینی شمالی را به آن اضافه کردهاند. تجزیه و تحلیل دادههای آنها وجود سه سیاره از چهار سیاره را تأیید کرد، در حالی که ترکیب هر دو مجموعه داده نشان داد که هر چهار سیاره واقعی هستند.
اغلب در علم، هنگامی که تشخیصها محدودیتهای قابلیتهای فعلی را تحت فشار قرار میدهند، باید در مورد قابلیت اطمینان یافتهها فکر کرد. آیا اثرات ابزاری کاذب وجود دارد که تیمها در نظر نگرفتهاند؟ از این رو، زمانی که تیمهای مستقل با استفاده از تلسکوپها، ابزارها و کدهای کامپیوتری مختلف به نتایج یکسانی میرسند، اطمینانبخش است.
سیارات یک منظومه فشرده و نزدیک را تشکیل میدهند که دورههای مداری کوتاهی بین دو تا هفت روز زمینی دارند (برای مقایسه، نزدیکترین سیاره خورشید ما، عطارد، در 88 روز به دور آن میچرخد). به احتمال زیاد جرم همه آنها کمتر از زمین است. آنها احتمالاً سیارات سنگی با سطوح سنگی برهنه هستند که توسط تابش ستاره خود بمباران میشوند. آنها برای نگهداری آب مایع بیش از حد گرم خواهند بود و احتمالاً هر جوی از بین رفته است.
تیمها به دنبال سیارات با دوره طولانیتر، دورتر در منطقه قابل سکونت ستاره بودند، اما هیچ کدام را پیدا نکردند. ما اطلاعات زیادی در مورد سیارات جدید نداریم، مانند اندازههای تخمینی آنها. بهترین راه برای فهمیدن آن، تماشای گذرها است، زمانی که سیارات از جلوی ستاره خود عبور میکنند و سپس اندازهگیری میکنند که چقدر نور ستاره را مسدود میکنند. اما سیارات ستاره بارنارد به گونهای جهتگیری نشدهاند که ما آنها را از دیدگاه خود “لبهای” ببینیم. این بدان معناست که سیارات عبور نمیکنند و مطالعه آنها را دشوارتر میکند.
با این وجود، سیارات ستاره بارنارد اطلاعاتی در مورد تشکیل سیارات به ما میدهند. آنها در یک دیسک پیشسیارهای از موادی تشکیل شدهاند که هنگام جوانی ستاره به دور آن میچرخیدند. ذرات گرد و غبار به هم چسبیدهاند و به تدریج به سنگهایی تبدیل شدهاند که به سیارات تبدیل شدهاند. کوتولههای سرخ رایجترین نوع ستاره هستند و به نظر میرسد بیشتر آنها سیاره دارند. هر زمان که مشاهدات کافی از چنین ستارگانی داشته باشیم، سیاره پیدا میکنیم، بنابراین احتمالاً تعداد سیارات در کهکشان ما بسیار بیشتر از تعداد ستارگان است.
بیشتر سیاراتی که کشف شدهاند به ستاره خود نزدیک هستند، بسیار داخل منطقه قابل سکونت (جایی که آب مایع میتواند روی سطح سیاره زنده بماند)، اما دلیل اصلی آن نزدیکی آنهاست که یافتن آنها را بسیار آسانتر میکند. نزدیکتر بودن به این معنی است که کشش گرانشی آنها بزرگتر است و به این معنی است که دورههای مداری کوتاهتری دارند (بنابراین نیازی نیست که ستاره را برای مدت طولانی رصد کنیم). همچنین احتمال عبور آنها را افزایش میدهد و در نتیجه در بررسیهای عبور یافت میشوند.
ماموریت پلاتو آژانس فضایی اروپا که قرار است در سال 2026 پرتاب شود، برای یافتن سیارات دورتر از ستارگانشان طراحی شده است. این امر باید سیارات بسیار بیشتری را در مناطق قابل سکونت آنها تولید کند و باید به ما بگوید که آیا منظومه شمسی خودمان، که سیارات نزدیک ندارد، غیرمعمول است یا خیر.