تلسکوپ جیمز وب سیاره‌ای سرگردان را با اتمسفر کیک‌مانند شناسایی کرد

پژوهشگرها با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST)، اولین گزارش آب و هوایی از  جسمی سرگردان شبیه به سیاره فراخورشیدی را تهیه کرده‌اند که تکه‌هایی از ابرها و مواد شیمیایی کربنی را به همراه شفق‌های قطبی در ارتفاع بالا نشان می‌دهد.

یافته‌های پژوهش که سوم مارس در مجله‌ی اخترفیزیک منتشر شد، همچنین نشان می‌دهد که جرم یادشده دارای جوی پیچیده و لایه‌ای است. جو زمین پوششی از گازها، عمدتا نیتروژن و اکسیژن است؛ اما سایر سیاره‌های منظومه شمسی جو بسیار متفاوتی دارند. برای مثال جو زهره بسیار ضخیم‌تر از هوای زمین و عمدتا از اسید سولفوریک تشکیل شده است.

این تنوع جوی در سیاره‌های فراتر از همسایگی کیهانی ما هم مشاهده شده است. برخی از سیاره‌های فراخورشیدی اتمسفری آغشته به بخار آب دارند، در حالی که برخی دیگر میزبان ابرهای ماسه‌ای فوق‌گرم هستند.

حالا پژوهشگرها جیمز وب را به سمت جسمی مرموز به نام SIMP 0136+0933 نشانه گرفته‌اند تا درباره‌ی جو آن اطلاعات بیشتری کسب کنند. آلیسون مک‌کارتی، نویسنده ارشد پژوهش و دانشجوی کارشناسی ارشد در دانشکده‌ی نجوم دانشگاه بوستون می‌گوید هویت این جسم هنوز مبهم است. او به لایوساینس گفت:

این سیاره در تعریف کلاسیک قرار نمی‌گیرد، زیرا به دور ستاره نمی‌چرخد. با این‌حال همچنان جرم کمتری نسبت به یک کوتوله قهوه‌ای معمولی یا اصطلاحا ستاره ناکام دارد.

جسم SIMP 0136+0933 یک روز ۲٫۴ ساعته دارد و در سحابی شاه‌تخته در فاصله‌ی ۲۰ سال نوری از ما قرار گرفته است. ازآنجایی‌که این سیاره درخشان‌ترین جرم سیاره‌ای شناور آزاد در آسمان نیم‌کره شمالی است و از ستارگانی که می‌توانند باعث تار شدن رصدها شوند، فاصله دارد، مستقیما با تلسکوپ‌هایی مانند تلسکوپ فضایی اسپیتزر ناسا عکس‌برداری شده است.

مشاهدات فوق نشان دادند که SIMP 0136+0933 دارای یک اتمسفر غیرمعمول و متغیر با نوسان‌هایی در محدوده‌ی فروسرخ طیف همراه است (که انسان‌ها آن را به عنوان گرما حس می‌کنند)؛ اما پدیده‌های فیزیکی عامل این تغییرپذیری هنوز ناشناخته بوده‌اند.  

برای کشف این فرآیندها، مک‌کارتی و همکارانش از طیف‌نگار فروسرخ نزدیک جیمز وب برای اندازه‌گیری شدت تابش موج کوتاه SIMP 0136+0933 استفاده کردند. آن‌ها در ۲۳ ژوئیه‌ی ۲۰۲۳ حدود ۶۰۰۰ مجموعه داده از این قبیل را در مدت تقریبا سه ساعت جمع‌آوری کردند و به نمونه‌برداری از کل جرم پرداختند. سپس طی سه ‌ساعت بعدی با استفاده از ابزار فروسرخ میانی تلسکوپ فضایی، این فرآیند را برای طول موج‌های طولانی‌تر تکرار کردند.

پژوهشگرها سپس منحنی‌های نوری را ایجاد کردند تا نشان دهند چگونه «درخشندگی» (یا شدت) اشعه فروسرخ در طول زمان تغییر می‌کند. این منحنی‌ها نشان دادند که طول موج‌های مختلف رفتار متفاوتی دارند. در هر نقطه، برخی روشن می‌شوند، برخی دیگر کم‌رنگ می‌شوند و برخی دیگر تغییر نمی‌کنند. با وجود این، پژوهشگرها دریافتند که منحنی‌های نور سه خوشه را تشکیل می‌دهند که هر کدام دارای یک شکل خاص و البته تا حدودی متغیر هستند.

شکل‌های منحنی‌ نور مشابه نشان می‌دهند که مکانیزم‌های جوی مشابه عامل به وجودآمدن لایه‌های ابری بوده‌اند. پژوهشگرها برای تعیین این موارد، مدل‌هایی از جو SIMP 0136+0933 ساختند. به‌این‌ترتیب آن‌ها استنباط کردند که اولین خوشه‌ی طول موج از لایه‌ای کم‌ارتفاع از ابرهای آهنی سرچشمه گرفته است در حالی که خوشه‌ی دوم ناشی از ابرهای بلندتر فوستریتی، یک ماده معدنی منیزیم است. لایه‌های ابر هم احتمالا تکه‌تکه بودند که می‌توانست باعث تغییر در منحنی‌های خوشه‌های طول موج شود.  

بااین‌حال ابرها نتوانستند خوشه طول موج سوم را توضیح دهند که به نظر می‌رسید از بالای آن‌ها سرچشمه می‌گیرد. در عوض، پژوهشگرها بر این باورند که این پرتو از نقاط داغ یا حفره‌های داغ جو که ممکن است ناشی از شفق‌های رادیویی باشد، آمده باشند. این شفق‌های رادیویی شبیه شفق‌های شمالی زمین هستند، اما در طیف طول موج رادیویی قرار دارند.

بااین‌حال حتی این مدل‌ها هم نمی‌توانند همه مشاهدات را توضیح دهند؛ مشاهداتی مثل اینکه چرا منحنی‌های خوشه اول چنین شکل‌های متنوعی دارند. پژوهشگرها پیشنهاد کردند که توده‌هایی از مواد شیمیایی مبتنی بر کربن مانند مونوکسید کربن در اتمسفر ممکن است عامل جذب پرتوها در برخی طول‌ موج‌ها در زمان‌های خاص بوده باشند.

اما چند ساعت رصد برای درک فضای SIMP 0136+0933 در درازمدت کافی نیست. برای این کار، پژوهشگرها باید این جسم را در طی چند روز مطالعه کنند و احتمالا این کار را با تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن ناسا انجام خواهند داد که انتظار می‌رود در سال ۲۰۲۷ پرتاب شود.