اولین کشف میدان مغناطیسی در یک سیاره فراخورشیدی، دریچه‌ای نو به زیست‌پذیری می‌گشاید

برای زیست‌شناسان فضایی، میدان مغناطیسی همان سپر نامرئی بزرگ است. در اینجا روی زمین، میدان مغناطیسی جهانی ما بمباران بی‌امان ذرات پرانرژی ساطع شده از خورشید را منحرف می‌کند و اجازه می‌دهد جو ما ضخیم بماند و اقیانوس‌های ما مایع باقی بمانند. در مقابل، مریخ میلیاردها سال پیش میدان مغناطیسی جهانی خود را از دست داد، که منجر به ربوده شدن تدریجی جو آن و بیابان‌زایی سطحش شد. یافتن این سپرهای محافظ در سیارات خارج از منظومه شمسی ما مدت‌هاست که آرزوی دیرینه ستاره‌شناسی بوده است.[8]

اکنون، این جستجو به یک نقطه عطف تاریخی رسیده است. در یک پیشرفت که در مجله «ساینس» منتشر شد، یک تیم بین‌المللی از محققان به رهبری مؤسسه اخترفیزیک اندلس (IAA-CSIC) اولین شواهد قطعی از میدان مغناطیسی یک سیاره فراخورشیدی را پیدا کردند. این کشف ابزار قدرتمند جدیدی برای ارزیابی زیست‌پذیری واقعی دنیاهای دوردست فراهم می‌کند.[1][2]

هدف این مطالعه برجسته، GJ 436 b است، یک سیاره فراخورشیدی به اندازه نپتون که تقریباً ۳۰ سال نوری از زمین فاصله دارد. این سیاره در فاصله بسیار نزدیکی به دور یک ستاره کوتوله سرخ سرد می‌چرخد و یک چرخش کامل را هر ۲.۶ روز به پایان می‌رساند.[7]

تشخیص میدان مغناطیسی در فضای بین ستاره‌ای یک چالش فنی عظیم است زیرا خود میدان‌ها نور مرئی ساطع نمی‌کنند. تحقیقات قبلی، مانند مشاهدات سیاره فراخورشیدی HAT-P-11b در سال ۲۰۲۱، با ردیابی یون‌های کربن فرار، نشانه‌های غیرمستقیمی از مغناطیس پیدا کردند. با این حال، اثبات قطعی و قابل اندازه‌گیری از مَگنِتوسفِر فراخورشیدی همچنان دست‌نیافتنی بود.[6][8]

برای حل این مشکل، تیم تحقیقاتی روش جدیدی را پیشگام کردند: تعامل ستاره-سیاره. ستاره‌شناسان به جای تلاش برای مشاهده مستقیم میدان مغناطیسی سیاره، به دنبال اثرات انگشت پرانرژی بودند که سیاره بر روی ستاره میزبان خود بر جای می‌گذاشت.[1][3]

این مکانیسم به همان اندازه که زیباست، خشن نیز هست. از آنجا که GJ 436 b در مدار بسیار نزدیکی می‌چرخد، به طور فیزیکی از محیط مغناطیسی بیرونی ستاره خود عبور می‌کند. در این حین، خطوط میدان مغناطیسی خود سیاره با میدان مغناطیسی ستاره‌ای متصل می‌شوند و به عنوان مجرایی عمل می‌کنند که مقادیر عظیمی از انرژی را مستقیماً به کروموسفر ستاره—جو فوقانی آن—تزریق می‌کند.[2][8]

این تزریق ناگهانی انرژی سیاره‌ای، یک اوج موضعی و ریتمیک در فعالیت ستاره‌ای ایجاد می‌کند. در واقع، سیاره در حال تولید یک شفق قطبی در مقیاس ستاره‌ای بر روی سطح خورشید خود است، شفق قطبی‌ای که دقیقاً با دوره مداری ۲.۶ روزه سیاره هماهنگ است.[3]

اثبات این تعامل نیازمند یک مجموعه داده فوق‌العاده بود. ستاره‌شناسان از شانزده سال مشاهدات طیف‌سنجی پیوسته و با وضوح بالا استفاده کردند که توسط ابزار CARMENES در رصدخانه کالار آلتو اسپانیا و ابزار HARPS که توسط رصدخانه جنوبی اروپا اداره می‌شود، جمع‌آوری شده بود.[4][5]

محققان با ردیابی دقیق خطوط انتشار هیدروژن و کلسیم در جو ستاره، توانستند نوسانات ریتمیک ناشی از «شخم مغناطیسی» سیاره را جدا کرده و آنها را از شراره‌های تصادفی پس‌زمینه ستاره متمایز کنند.[2][4]

داده‌ها یک تناوب چندلایه و جذاب را نشان دادند. تعامل ستاره-سیاره ثابت نبود؛ بلکه در طول سه دوره متمایز که در سال‌های ۲۰۰۸، ۲۰۱۶ و ۲۰۲۴ ثبت شده بود، شدت آن افزایش یافت.[1]

این فواصل هشت ساله کاملاً با چرخه فعالیت مغناطیسی طبیعی ستاره میزبان، GJ 436، مطابقت دارد. تعامل سیاره‌ای تنها زمانی بسیار قابل مشاهده می‌شود که میدان مغناطیسی خود ستاره وارد یک فاز خاص و پذیرا شود و یک رقص مغناطیسی پیچیده و جفت شده بین دو جرم ایجاد کند.[2][5]

با تأیید و اندازه‌گیری این تعامل، مدل‌های نظری به تیم اجازه دادند تا قدرت واقعی سپر نامرئی سیاره فراخورشیدی را برای اولین بار محاسبه کنند.[1][8]

نتایج حیرت‌آور بود. با وجود اینکه GJ 436 b به طور قابل توجهی کوچک‌تر و کم‌جرم‌تر از مشتری است، دارای میدان مغناطیسی است که تخمین زده می‌شود بین ۲.۳۳ تا ۲۷ برابر قوی‌تر از میدان مغناطیسی این غول گازی باشد.[2][3]

این کشف یک فرض دیرینه ستاره‌شناسی را زیر و رو می‌کند. از لحاظ تاریخی، ستاره‌ها به عنوان دیکتاتورهای بلامنازع منظومه‌های خود دیده می‌شدند که با گرانش و تابش غالب خود بر سیارات منفعل خود تسلط داشتند.[3][8]

منظومه GJ 436 ثابت می‌کند که این رابطه می‌تواند یک جاده دوطرفه باشد. یک سیاره با مغناطیس کافی در یک مدار تنگ می‌تواند به طور فعال رفتار پرانرژی ستاره میزبان خود را تغییر دهد و یک اثر قابل اندازه‌گیری بر روی جرمی که آن را ایجاد کرده است، بر جای بگذارد.[1][3]

برای زیست‌شناسان فضایی، این یک لحظه تعیین‌کننده است. ستاره‌های کوتوله سرخ رایج‌ترین نوع ستاره در کهکشان هستند، اما به طرز بدنامی ناپایدارند و اغلب سیارات نزدیک به مدار خود را با شراره‌های استریل‌کننده و بادهای ستاره‌ای بمباران می‌کنند.[8]

اگر سیاراتی که به دور کوتوله‌های سرخ می‌چرخند بتوانند میدان‌های مغناطیسی به محکمی آنچه در GJ 436 b یافت شد، تولید کنند، ممکن است بتوانند جو خود را علی‌رغم حملات ستاره‌ای حفظ کنند و پنجره زیست‌پذیری را در پرجمعیت‌ترین محله‌های کهکشان راه شیری باز نگه دارند.[1][6]

مرز بعدی، مقیاس‌بندی این روش تشخیص است. در حالی که GJ 436 b یک دنیای گازی سوزان و غیرقابل سکونت است، تکنیک‌های پیشگامانه در اینجا به زودی به سمت سیارات کوچک‌تر، سنگی و شبیه به زمین هدایت خواهند شد و بشریت را یک قدم به یافتن یک دوقلوی واقعی در میان ستارگان نزدیک‌تر می‌کنند.[3][8]