تأیید اولین جو در یک سیاره سنگی فراخورشیدی واقع در منطقه قابل سکونت

وقتی بشریت به آسمان شب نگاه می‌کند، عمیق‌ترین پرسش این است که آیا هیچ‌یک از آن نقاط نورانی دور، میزبان دنیایی شبیه به ما هستند یا خیر. برای سال‌ها، احتمال ریاضی این امر به شکل آزاردهنده‌ای نظری بود: ستاره‌شناسان می‌دانستند که سیارات سنگی در «مناطق قابل سکونت» ستارگان دیگر وجود دارند، اما نمی‌دانستند که آیا این دنیاها سنگ‌های مرده و بدون هوا هستند که توسط تابش ستاره‌ای از بین رفته‌اند. اکنون، داده‌ها از حالت نظری به حالت مشاهده‌ای تغییر کرده‌اند.[1][7]

در مقاله‌ای مهم که در مجله «ساینس» (Science) منتشر شد، ستاره‌شناسان اولین شناسایی جو در یک سیاره سنگی فراخورشیدی را که در منطقه قابل سکونت ستاره‌اش می‌چرخد، تأیید کردند. این سیاره، LHS 1140 b، در فاصله ۴۸ سال نوری در صورت فلکی قیطس (Cetus) قرار دارد. محققان با اندازه‌گیری نور ستاره‌ای که از لبه‌های سیاره عبور می‌کرد، یک امضای متمایز از هلیوم در حال فرار را شناسایی کردند که ثابت می‌کند این دنیا برای میلیاردها سال یک پوشش گازی را حفظ کرده است.[1][5]

این شواهد نه از فضا، بلکه از صحرای مرتفع آتاکاما در شیلی جمع‌آوری شد. این تیم با استفاده از تلسکوپ ۶.۵ متری ماژلان کلی (Magellan Clay) مجهز به طیف‌نگار WINERED، از تکنیکی به نام طیف‌سنجی عبوری (Transit Spectroscopy) استفاده کردند. هنگامی که LHS 1140 b از مقابل ستاره میزبان خود عبور کرد، بخش کوچکی از نور ستاره از جو بالایی سیاره گذشت. طیف‌نگار این نور را به طول موج‌های تشکیل‌دهنده‌اش تجزیه کرد و خطوط جذب تاریکی را دقیقاً در جایی که گاز هلیوم نور نزدیک به مادون قرمز را جذب می‌کند، آشکار ساخت.[1][2]

حضور هلیوم یک اثر انگشت خاص از تکامل جوی است. ستاره میزبان، LHS 1140، یک کوتوله سرخ است—ستاره‌ای کوچک، خنک، اما بسیار فعال که سیارات خود را با تابش شدید پرتو ایکس و فرابنفش بمباران می‌کند. یک مدل کامپیوتری که توسط نویسنده اصلی، کالین کروبیم (Collin Cherubim)، توسعه داده شد، پیش‌بینی می‌کرد که این تابش به مرور زمان گازهای سبک‌تر مانند هیدروژن را از بین می‌برد. با این حال، هلیوم سنگین‌تر باقی می‌ماند و یک «دنیای هلیومی» ایجاد می‌کند. مشاهدات ماژلان کاملاً با این مدل تفکیک جرمی (mass fractionation) مطابقت داشت.[2][8]

قدرت این شواهد با وجود یک سوژه کنترلی داخلی تقویت می‌شود. منظومه LHS 1140 شامل یک سیاره سنگی داخلی دوم، LHS 1140 c، است که بسیار نزدیک‌تر به ستاره می‌چرخد. طی یک هم‌ترازی نجومی نادر در سپتامبر ۲۰۲۴، هر دو سیاره در یک شب از مقابل ستاره عبور کردند، با فاصله تنها ۳۹ دقیقه. طیف‌نگار هیچ هلیومی را در اطراف سیاره داخلی و تحت تابش شدید شناسایی نکرد، که تأیید می‌کند نزدیکی شدید به ستاره جو را از بین می‌برد، در حالی که مدار منطقه قابل سکونت سیاره b به آن اجازه می‌دهد تا جو خود را حفظ کند.[2][7]

اگرچه شناسایی لایه بالایی هلیوم قوی است، ترکیب جو پایینی کاملاً ناشناخته باقی مانده است. داده‌های فعلی نمی‌توانند نشان دهند که آیا جو حاوی مولکول‌های سنگین‌تر و حیات‌بخش مانند دی‌اکسید کربن، اکسیژن یا نیتروژن است یا خیر. علاوه بر این، در حالی که چگالی LHS 1140 b نشان می‌دهد که می‌تواند یک دنیای اقیانوسی باشد که تا ۱۹ درصد از جرم آن از آب تشکیل شده است، تلسکوپ ماژلان نمی‌تواند از میان هلیوم عبور کند تا وجود آب مایع در سطح را تأیید کند.[1][4]

این یافته یک بحث عمده در اخترفیزیک را حل می‌کند. کوتوله‌های سرخ تقریباً ۷۰ درصد از ستارگان کهکشان ما را تشکیل می‌دهند، که آن‌ها را محتمل‌ترین مکان‌ها برای یافتن سیارات به اندازه زمین می‌سازد. با این حال، شراره‌های ستاره‌ای خشن آن‌ها باعث شده بود بسیاری از دانشمندان فرض کنند که سیارات آن‌ها از هوا محروم خواهند شد. بقای جو LHS 1140 b برای بیش از سه میلیارد سال نشان می‌دهد که منظومه‌های کوتوله سرخ واقعاً می‌توانند بسترهای مناسبی برای دنیاهای قابل سکونت باشند.[1][6]

تأیید لایه هلیوم، LHS 1140 b را به یک هدف اصلی برای تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) تبدیل می‌کند. تحت برنامه «دنیاهای سنگی»، ستاره‌شناسان اکنون از قابلیت‌های فروسرخ برتر JWST برای بررسی عمیق‌تر ستون جوی سیاره استفاده خواهند کرد و به دنبال عدم تعادل‌های شیمیایی خواهند گشت که ممکن است نشانه‌ای از فرآیندهای بیولوژیکی باشند. در حال حاضر، LHS 1140 b به عنوان قوی‌ترین نامزد در جستجوی یک دنیای قابل سکونت فراتر از منظومه شمسی ما ایستاده است.[1][3][4]