کشف جرمی درخشان فراتر از پلوتو؛ نامزد ششمین سیاره کوتوله

جهانی در تاریکی، فراتر از نپتون

رصدخانه ورا سی. روبین (Vera C. Rubin Observatory) جرمی را در آن سوی مدار نپتون شناسایی کرده است که به احتمال زیاد یکی از بزرگ‌ترین و درخشان‌ترین اجرام شناخته‌شده در آن منطقه به شمار می‌رود. نام موقت این جرم 2026 ED138 است و در فاصله حدود ۴۶ واحد نجومی (۴۶ برابر فاصله زمین تا خورشید) به دور خورشید می‌گردد. اگر این کشف تأیید شود، شمار سیاره‌های کوتوله‌ای که اتحادیه بین‌المللی نجوم (IAU) رسماً می‌شناسد از پنج به شش افزایش می‌یابد. برآوردهای بالاترین حد اندازه، قطر این جرم را بیش از نیمی از قطر پلوتو تخمین می‌زنند.

نکته‌ای که توجه پژوهشگران را جلب کرد، واکنش نخستین آن‌ها بود. متیو هولمن، اخترفیزیکدان رصدخانه اخترفیزیکی اسمیتسونیان، می‌گوید نخستین احساسش «ناباوری هیجان‌زده» بوده است: اجرامی با این اندازه بسیار کم‌یاب‌اند، بنابراین او بی‌درنگ شروع به بررسی این پرسش کرد که آیا خطایی در محاسبات رخ داده است یا نه. چنین شک و بازبینی، بخش جدانشدنی از روش علمی است.

سیاره کوتوله چه تفاوتی با سیاره و سیارک دارد؟

اتحادیه بین‌المللی نجوم سه شرط برای «سیاره» بودن تعیین می‌کند: جسم باید به دور خورشید بگردد، جرم کافی برای رسیدن به تعادل هیدرواستاتیکی داشته باشد، و مدار خود را از اجرام دیگر پاک کرده باشد. سیاره کوتوله دو شرط نخست را برمی‌آورد اما شرط سوم را نه؛ همین بود که پلوتو در سال ۲۰۰۶ از فهرست سیاره‌ها کنار گذاشته شد. سیارک‌ها نیز آن‌قدر کوچک‌اند که گرانششان برای کروی کردن آن‌ها کافی نیست و شکل نامنظم دارند.

مرز میان سیارک و سیاره کوتوله در واقع مرزی فیزیکی است: شکل. وقتی قطر یک جسم یخی به چند صد کیلومتر می‌رسد، گرمای درونی ناشی از واپاشی عناصر پرتوزا و فشار گرانش خودِ جسم، ماده را در مقیاس میلیون‌ها سال نرم و شکل‌پذیر می‌کند تا در نهایت به شکلی نزدیک به کره برسد. به همین دلیل، تعیین قطر یک جرم تازه‌کشف‌شده نخستین گام برای پاسخ به این پرسش است که آیا آن جسم به باشگاه سیاره‌های کوتوله تعلق دارد یا نه.

چرا این جرم تاکنون از دید تلسکوپ‌ها پنهان مانده بود؟

مدار ED138 نسبت به صفحه منظومه شمسی حدود ۲۵ درجه شیب دارد. این شیب، همراه با جهت‌گیری مداری، جسم را دقیقاً در مسیری قرار می‌دهد که از دید ناظر زمینی، در برابر روشنایی مرکز کهکشان راه شیری قرار می‌گیرد. میلیون‌ها ستاره‌ای که برآمدگی مرکزی کهکشان را می‌سازند، پرده‌ای از نور پدید می‌آورند که اجرام بسیار کم‌نور و کندرو را در خود گم می‌کند. بیشتر تلسکوپ‌ها در چنین شرایطی ناتوان‌اند و به همین دلیل این جرم در نقشه‌برداری‌های پیشین آسمان از قلم افتاده بود.

این پدیده در نجوم بسیار رایج است: کشف اجرام دورافتاده منظومه شمسی تا حد زیادی به جهت‌گیری هندسی و به پهنای میدان دید ابزار بستگی دارد، نه فقط به بزرگی جسم. جسمی می‌تواند به اندازه یک سیاره کوتوله باشد و باز هم دهه‌ها دیده نشود، تنها به این دلیل که هرگز در جای درست آسمان و در زمان درست رصد نشده است.

ابزاری که آسمان را شب به شب جارو می‌کند

رصدخانه ورا سی. روبین که در شیلی قرار دارد، هر چند شب یک‌بار تمام آسمان نیم‌کره جنوبی را با بزرگ‌ترین دوربین دیجیتال ساخته‌شده تاکنون تصویربرداری می‌کند. این دوربین در هر شب میلیون‌ها هشدار برای اجرامی گسیل می‌دارد که روشنایی یا مکانشان تغییر کرده است. نتیجه، توانایی استثنایی در یافتن هر چیز متحرک است؛ از اجرام منظومه شمسی گرفته تا رویدادهای گذرا مانند انفجار ابرنواخترها. مأموریت ده‌ساله پایش آسمان این رصدخانه تازه در تابستان گذشته آغاز شده بود که ED138 در داده‌های آن خودنمایی کرد.

هولمن و همکارش کوین ناپیر نرم‌افزاری را توسعه داده‌اند که میلیاردها مشاهده را با یکدیگر مقایسه می‌کند تا دریابد کدام‌یک از آن‌ها تشخیص‌های مربوط به یک جسم متحرک واحد هستند. اجرای داده‌های روبین از میان این سامانه، جسمی به‌طور غیرعادی بزرگ را آشکار کرد. سپس پژوهشگران با استفاده از داده‌های پیشین همین رصدخانه و تصاویر بایگانی‌شده دوربین انرژی تاریک (DECam) نصب‌شده بر تلسکوپ ۴ متری بلانکو در رصدخانه میان‌آمریکایی سرو تولولو، توانستند مدار این جرم را در ده سال گذشته بازسازی کنند. بازسازی مدار بر پایه داده‌های آرشیوی، یکی از استوارترین راه‌ها برای اثبات اینکه یک تشخیص، جسمی واقعی و نه نویز تصویری است، به شمار می‌رود.

از روشنایی تا اندازه: چگونه قطر یک جسم دوردست را می‌سنجیم؟

ما قطر ED138 را مستقیم اندازه‌گیری نکرده‌ایم؛ آن را از روی روشنایی ظاهری، سپیدایی (albedo) سطح و فاصله‌اش از خورشید استنتاج می‌کنیم. سپیدایی یعنی نسبت نوری که سطح جسم بازمی‌تاباند. اگر سطحی بسیار بازتابنده باشد، جسم می‌تواند کوچک باشد و همچنان درخشان دیده شود؛ اما اگر سطحی تیره مانند زغال باشد، برای همان روشنایی باید بسیار بزرگ‌تر باشد.

با در نظر گرفتن این عدم‌قطعیت‌ها، قطر ED138 میان ۶۰۰ تا ۱۵۰۰ کیلومتر برآورد می‌شود. برای مقایسه، پلوتو با ۲۳۷۷ کیلومتر قطر بزرگ‌ترین سیاره کوتوله شناخته‌شده است و سرس، کوچک‌ترین سیاره کوتوله پذیرفته‌شده، ۹۵۸ کیلومتر قطر دارد. یعنی حتی در محافظه‌کارانه‌ترین برآورد، ED138 در محدوده سرس قرار می‌گیرد و در برآوردهای بالاتر از آن پیشی می‌گیرد. آستانه‌ای که اخترشناسان معمولاً برای نامزدهای سیاره کوتوله در نظر می‌گیرند، قطری میان ۶۰۰ تا ۸۰۰ کیلومتر همراه با سپیدایی نسبتاً بالاست.

کمربند کویپر: کپسول زمان منظومه شمسی

ED138 در کمربند کویپر (Kuiper Belt) جای دارد؛ منطقه‌ای فراتر از نپتون که از حدود ۳۰ تا ۵۰ واحد نجومی گسترده است و میزبان هزاران جسم کوچک و بیشترِ سیاره‌های کوتوله شناخته‌شده، از جمله پلوتو، است. این اجرام عمدتاً از یخ متان، آمونیاک و آب همراه با سنگ ساخته شده‌اند. از آنجا که دمای آن منطقه بسیار پایین است و این اجسام از آغاز شکل‌گیری منظومه شمسی تقریباً دست‌نخورده مانده‌اند، می‌توان آن‌ها را کپسول‌های زمان دانست که سرنخ‌هایی از دوران تولد سیارات در خود نگه داشته‌اند.

شناسایی اینکه کدام‌یک از اجرام کمربند کویپر واقعاً سیاره کوتوله است، کاری دشوار است؛ زیرا این اجسام بسیار کم‌نورند و از دید زمینی به‌سبب مدارهای پهناور و دورشان، به‌کندی جابه‌جا می‌شوند. شمار سیاره‌های کوتوله بسته به معیار هر اخترشناس، از چند مورد تا چند صد مورد متغیر است.

چرا این کشف اهمیت دارد؟

اهمیت ED138 تنها در افزودن یک نام به فهرست نیست. شناخت جمعیت اجرام بزرگ کمربند کویپر به ما کمک می‌کند ساختار dynamical منظومه شمسی آغازین را بازسازی کنیم؛ مثلاً اینکه سیارات غول‌پیکر در گذشته چگونه جابه‌جا شده‌اند و چگونه برخی از این اجسام به مدارهای دوردست و شیب‌دار رانده شده‌اند. مداری با شیب ۲۵ درجه خود گویای تاریخ پرتلاطمی است که این جسم پشت سر گذاشته است.

نکته دوم، توانمندی رصدی است. اینکه روبین در همان ماه‌های نخست کار خود چنین جسمی را یافته، نشان می‌دهد که آمار فعلی ما از اجرام بزرگ دوردست ناقص است. هولمن تأکید می‌کند که روبین ده سال تمام آسمان جنوبی را پیاپی تصویربرداری خواهد کرد، بنابراین هر جرم دیگری که در نقاط نادیده‌مانده پنهان شده باشد، اکنون در دسترس است.

گام بعدی: از نامزد تا سیاره کوتوله

تأیید رسمی یک سیاره کوتوله نیازمند رصدهای پیگیرانه است. اخترشناسان باید قطر و چگالی ED138 را با دقت بیشتر اندازه بگیرند، دوره چرخش و رنگ سطح آن را تعیین کنند و با طیف‌سنجی، ترکیب شیمیایی مواد سطحی‌اش را بررسی کنند. اگر اندازه‌گیری‌ها نشان دهد که این جسم به تعادل هیدرواستاتیکی رسیده و شکل کروی دارد، در آن صورت می‌توان با اطمینان گفت که ششمین سیاره کوتوله منظومه شمسی کشف شده است؛ جهانی یخی و تاریک که میلیاردها سال در حاشیه منظومه شمسی، پشت پرده نور کهکشان، بی‌صدا به دور خورشید می‌گشته است.