نجوم وفضا

پس از آغاز به کار تلسکوپ فضایی کپلر، تعداد سیارات فراخورشیدی شناخته‌شده افزایش چشمگیری داشته، اما در این میان، وفور سیاراتی با اندازه متوسط به چالشی برای مدل‌های شکل‌گیری سیارات تبدیل شده است

 پس از آغاز به کار تلسکوپ فضایی کپلر، تعداد سیارات فراخورشیدی شناسایی شده به میزان چشمگیری افزایش یافته است. در نخستین کنفرانس علمی کپلر در مرکز تحقیقات ایمز ناسا در فلوریدا، دانشمندان پروژه اعلام کردند که این تلسکوپ فضایی 2326 کاندیدای سیاره‌ای را شناسایی کرده است.
به گزارش نیچر، اما موضوعی که در این میان به معمایی برای اخترشناسان و نظریه‌پردازان تبدیل شده، سهم بالای –در حدود یک سوم- سیاراتی است که از نظر اندازه از زمین بزرگ‌تر ولی از نپتون کوچک‌تر هستند. این ابرزمین‌ها رده جدیدی از سیارات را معرفی کرده‌اند که حتی ممکن است پرجمعیت‌ترین رده سیارات را تشکیل داده باشد. فراوانی زیاد آنها باعث آشفتگی مدل‌های مرسوم شکل‌گیری سیارات شده است. علاوه بر این، اغلب این سیارات در مدارهایی نزدیک به ستاره مادر خود گردش می‌کنند، دقیقا جایی‌که بر طبق این مدل‌ها نباید حضور داشته باشند.
داگلاس لین، متخصص مدل‌سازی شکل‌گیری سیارات و رییس موسسه اخترشناسی و اخترفیزیک دانشگاه پکن می‌گوید: «این چالش بزرگی است. شما نمی‌توانید فقط به دستکاری پارامترها اکتفا کنید، بلکه نیاز دارید که درباره فیزیک آن فکر کنید.»
با الهام از منظومه شمسی با مجموعه متمایزی از سیارات کوچک و بزرگ، مدل‌های اولیه شکل‌گیری سیارات بر مبنای مفهوم «پیوستگی هسته» بنا نهاده شدند. در این مدل‌ها، غبارهایی که در یک قرص پیش‌سیاره‌ای به دور یک ستاره می‌گردند، می‌توانستند به شکل شبه‌سیاره‌های کوچکی از سنگ و یخ متراکم شوند، با یکدیگر برخورد کرده و به هم بپیونند. میزان مواد موجود برای برای شکل‌گیری این هسته‌ها در بخش داخلی قرص سیاره‌ای بسیار اندک بود، و در نتیجه رشد این هسته‌ها نمی‌توانست چندان بزرگ‌تر از زمین باشد. اما در نواحی دورتر، آنها می‌توانستند به ده برابر جرم زمین یا بیشتر برسند و در نتیجه گرانش کافی برای جذب حجم عظیمی از گاز و تبدیل شدن به سیارات مشتری‌مانند را داشتند.

اما از سال 1995 / 1374، شناسایی سیارات مشتری‌مانند که گردش مداری آنها تنها چند روز زمینی طول می‌کشید در تضاد با این مدل‌ها قرار گرفت. تئوریسین‌ها مدل های خود را اصلاح کردند تا امکان شکل‌گیری این «مشتری‌های داغ» را در فاصله‌ای نزدیک از ستاره‌شان و گردش به دور آن فراهم کند. تا کنون این مدل‌ها پیش‌بینی می‌کردند که هر چیزی که به اندازه ابرزمین برسد، یا باید به یک غول گازی تبدیل شود و یا توسط ستاره‌اش بلعیده شود و یک بیابان سیاره‌ای در این محدوده اندازه‌ای را ایجاد کند. اما کشفیات کپلر پیش‌بینی این مدل‌ها را متلاشی کرد. اندرو هاوارد، اخترشناس دانشگاه برکلی کلمبیا می‌گوید: «این یک جنگل استوایی حاصلخیز است، نه یک بیابان. امیدوارم که تئوری‌ها این عقب‌ماندگی خود را جبران کنند.»
تلسکوپ فضایی کپلر تعیین ابعاد سیاره را بر اساس میزان کاهش نور سیاره مادر هنگام عبور سیاره از مقابل آن انجام می‌دهد. برای برخی از ابرزمین‌های کشف شده توسط کپلر، رصدخانه‌های زمینی نیز جرم سیاره را با دنبال کردن تلوتلو خوردن ستاره میزبان که ناشی از گرانش سیاره است تعیین می‌کنند. به نظر می رسد که بعضی از این ابرزمین‌ها چگالی بسیار کمی دارند که نشان می‌دهد ممکن است هسته‌های سنگی کوچکی داشته باشند که توسط پوشش بزرگی از گاز احاطه شده باشد.
جک لیسائور، اخترشناس پروژه کپلر گمان می‌کند که این سیارات ممکن است به صورت هسته‌های کوچک در بخش‌های خارجی منظومه خورشیدی خود شکل گرفته و با حجم عظیمی از گاز پوشیده شده باشند؛ بدون اینکه به نقطه رشد افسارگسیخته که منجر به ایجاد سیارات گازی واقعی می‌شود برسند. به گفته لیسائور، بدون کشش گرانشی یک غول که این گاز را نگه دارد، چنین سیاره‌ای اتمسفر بزرگ و رقیقی خواهد داشت؛ اما می‌تواند در اثر فرایند سرد شدن که باعث آب رفتن اتمسفر می‌شود و اجازه می‌دهد که گازهای بیشتری به درون آن کشیده شود، تا اندازه یک ابرزمین رشد کند.
اما چنین سناریویی شاید نتواند ابرزمین‌های کوچک‌تر و چگال‌تر را توضیح دهد. چندین نمونه از چنین سیاراتی تاکنون شناسایی شده‌اند، و کپلر در حال رسیدن به حساسیت لازم برای مکان‌یابی آنها است. هیچ‌کدام از تئوری‌های موجود نمی‌تواند توضیح دهد که چگونه ابرزمین‌ها می‌توانند تا این حد به ستاره مادرشان نزدیک شوند. لیسائور می‌گوید که مشکل در بخش مهاجرت مدل‌ها است. اما نورم مورای، اخترفیزیک‌دان دانشگاه تورنتو در جستجوی راه‌های دیگری برای شکل‌گیری ابرزمین‌ها است. به جای گردآمدن سیارات و سپس مهاجرت آنها به سوی ستاره، مدل مورای ابتدا شبه‌سیارات صخره‌ای را به سوی ستاره کوچ می‌دهد و سپس اجازه بهم پیوستگی و رشد را به آنها می‌دهد.
به گفته گرگ لفلین، اخترشناس دانشگاه سانتاکروز کالیفرنیا، مدل‌سازان در هر حال راهی برای توضیح مشاهدات جدید پیدا خواهند کرد. وی می‌گوید: «آنها تقلا می‌کنند تا مدل‌هایشان را درست کنند. اما شاید این آخرین باری نباشد که آنها مجبور شوند کدهایشان را اصلاح کنند. پیش‌بینی من این است که مدل‌های آنها نکته مهم بعدی را کاملا نادیده می‌گیرد، حالا این نکته هر چه که می‌خواهد باشد.»