بررسی سیارات فراخورشیدی با ابزاری پیشرفته

به گزارش مشرق، یک روش تلسکوپی گرانشی پیشرفته که توسط اخترفیزیکدانان دانشگاه استنفورد ایجاد شده است، می‌تواند کار تصویربرداری نجومی را بسیار پیشرفته‌تر از هر وسیله‌ای که تاکنون بوده، انجام دهد.

از زمان کشف اولین سیاره فراخورشیدی در سال 1992، ستاره شناسان بیش از 5000 سیاره را کشف کرده‌اند که به دور ستاره‌های دیگر می‌چرخند. با این حال وقتی ستاره شناسان یک سیاره فراخورشیدی جدید را شناسایی می‌کنند، ما اطلاعات کمی درباره آن داریم و تنها می‌دانیم که این سیاره فراخورشیدی وجود دارد و چند ویژگی دارد، اما بقیه آن همانند یک راز است.

برای کنار گذاشتن محدودیت‌های فیزیکی تلسکوپ‌ها، اخترفیزیکدانان دانشگاه استنفورد در حال توسعه یک تکنیک تصویربرداری مفهومی جدیدی هستند که 1000 برابر دقیق‌تر از قوی‌ترین فناوری تصویربرداری است که در حال حاضر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

دانشمندان با بهره‌گیری از اثر "تاب‌خوردگی گرانش" بر فضا - زمان که با نام "همگرایی گرانشی" شناخته می‌شود، می‌توانند به طور بالقوه این پدیده را برای ایجاد تصویربرداری بسیار پیشرفته‌تر از هر تصویری که در حال حاضر موجود است، دستکاری کنند.

در مقاله‌ای که 2 مه 2022 در مجله Astrophysical منتشر شد، محققان راهی را برای دستکاری همگرایی گرانشی خورشیدی برای مشاهده سیارات خارج از منظومه شمسی توصیف کردند. با قرار دادن یک تلسکوپ، خورشید و سیاره فراخورشیدی در یک خط با خورشید در وسط، دانشمندان می‌توانند از میدان گرانشی خورشید برای بزرگ‌نمایی نور سیاره فراخورشیدی در هنگام عبور آن استفاده کنند. برخلاف ذره بین که دارای سطح منحنی است که نور را خم می‌کند، همگرایی گرانشی دارای فضا - زمان منحنی است که امکان تصویربرداری از اجسام دور را فراهم می‌کند.

"بروس مکینتاش" (Bruce Macintosh)، استاد فیزیک دانشگاه استنفورد گفت: ما می‌خواهیم از سیاراتی که به دور ستاره‌های دیگر می‌چرخند، تصاویری را ثبت کنیم که به خوبی عکس‌هایی هستند که می‌توانیم از سیارات منظومه شمسی خودمان ثبت کنیم. با این فناوری، ما امیدواریم از سیاره‌ای که در فاصله 100 سال نوری از ما قرار دارد، تصویری را ثبت کنیم که همانند عکس ثبت شده از آپولو 8 از زمین باشد.

همگرایی گرانشی تا سال 1919 به طور تجربی در طی یک خورشیدگرفتگی مشاهده نشده بود. با وجود ماه که مانع از نور خورشید می‌شود، دانشمندان توانستند ستاره‌های نزدیک به خورشید را ببینند که از موقعیت‌های شناخته شده‌شان منحرف شده‌اند. این اثبات این موضوع بود که گرانش می‌تواند نور را خم کند و اولین شواهد رصدی دال بر صحت نظریه نسبیت اینشتین بود. بعدها در سال 1979، "ون اشلمن" (Von Eshleman) استاد دانشگاه استنفورد، گزارش مفصلی از چگونگی استفاده ستاره‌شناسان و فضاپیماها از همگرایی گرانشی خورشیدی منتشر کرد. گفتنی است ستاره‌شناسان از جمله بسیاری از ستاره‌شناسان مؤسسه اخترفیزیک ذرات و کیهان‌شناسی کاولی استنفورد اکنون به طور معمول از گرانش قدرتمند عظیم‌ترین کهکشان‌ها برای مطالعه تکامل اولیه کیهان استفاده می‌کنند.

همگرایی گرانشی هنگامی روی می‌دهد که نور یک چشمه درخشان بسیار دور (مانند یک اختروش) در مسیرش تا رصدگر، از کنار جسم پرجرم دیگری (مانند یک خوشه کهکشانی) بگذرد و مسیرش خمیده شود. جسم میانی عدسی گرانشی نامیده می‌شود. این پدیده یکی از پیش‌بینی‌های نظریه نسبیت عام اینشتین است.

اما سال 2020 بود که این تکنیک تصویربرداری به منظور رصد سیارات به صورت جدی مورد بررسی قرار گرفت. "اسلاوا توریشف" (Slava Turyshev) از آزمایشگاه پیشرانش جت مؤسسه فناوری کالیفرنیا تکنیکی را توصیف کرد که در آن یک تلسکوپ فضایی می‌تواند از موشک برای اسکن اطراف پرتوهای نور یک سیاره برای بازسازی یک تصویر واضح استفاده کند، اما این تکنیک به سوخت و زمان زیادی نیاز دارد.

با تکیه بر کار "توریشف"، "الکساندر مادوروویچ" (Alexander Madurowicz)، دانشجوی دکتراس مؤسسه اخترفیزیک ذرات و کیهان‌شناسی کاولی، روش جدیدی اختراع کرد که می‌تواند سطح سیاره را از روی یک تصویر واحد که مستقیما به خورشید نگاه می‌کند، بازسازی کند. با گرفتن حلقه نور در اطراف خورشید که توسط سیاره فراخورشیدی تشکیل شده است، الگوریتمی که مادوروویچ طراحی کرده است، می‌تواند نور حلقه را با معکوس کردن خمش همگرایی گرانشی که حلقه را دوباره به یک سیاره گرد تبدیل می‌کند، منحرف کند.

"مادوروویچ" بررسی خود را با استفاده از تصاویری ثبت شده از زمین در حال چرخش که توسط ماهواره DSCOVR که بین زمین و خورشید قرار دارد، نشان داد. سپس او از یک مدل کامپیوتری استفاده کرد تا ببیند که زمین با نگاه کردن به اثرات تاب خوردگی گرانش خورشید چگونه به نظر می‌رسد."مادوروویچ" با اعمال الگوریتم خود بر روی مشاهدات، توانست تصاویر زمین را بازیابی کند و ثابت کند که محاسباتش درست بوده است.

"مادوروویچ" گفت: با خم نشدن نور خم شده توسط خورشید، می‌توان تصویری بسیار فراتر از یک تلسکوپ معمولی ایجاد کرد.

در حال حاضر، برای تصویربرداری از یک سیاره فراخورشیدی با وضوحی که دانشمندان توصیف می‌کنند، به یک تلسکوپ 20 برابر پهن‌تر از زمین نیاز داریم. با استفاده از گرانش خورشید مانند یک تلسکوپ، دانشمندان می‌توانند از آن به عنوان یک عدسی طبیعی عظیم بهره‌برداری کنند. یک تلسکوپ به اندازه هابل در ترکیب با همگرایی گرانشی خورشیدی برای تصویربرداری از سیارات فراخورشیدی با قدرت کافی به منظور ثبت جزئیات دقیق روی سطح کافی است.

"مادوروویچ" و "مکینتاش" می‌گویند که حداقل 50 سال یا بیشتر طول خواهد کشید تا این فناوری بکار گرفته شود. برای پذیرفتن این امر، ما به فضاپیماهای سریع‌تری نیاز داریم، زیرا با فناوری فعلی، سفر به همگرایی گرانشی ممکن است 100 سال طول بکشد. با استفاده از بادبان‌های خورشیدی یا خورشید به عنوان یک تیرکمان گرانشی، این زمان ممکن است به 20 یا 40 سال برسد.

"مکینتاش" گفت: این یکی از جدیدترین تلاش‌ها برای کشف وجود حیات در سیارات دیگر است.