تلسکوپ فضایی رومن ناسا از جاذبه به عنوان ذره‌بین برای یافتن سیارات دوردست استفاده خواهد کرد

تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن ناسا در ۳۰ آگوست ۲۰۲۶ پرتاب شد و سفری را آغاز کرد که آن را حدود یک میلیون مایل از زمین دور خواهد کرد. پس از رسیدن به مقصد، رومن برخی از بزرگ‌ترین معماهای نجوم، از انرژی تاریک تا تشکیل کهکشان‌ها را مطالعه خواهد کرد. همچنین به دنبال سیارات اطراف ستارگان دیگر، موسوم به فراسیاره‌ها، خواهد بود؛ اما به شیوه‌ای بسیار غیرمعمول.

رومن قادر خواهد بود بسیاری از این جهان‌های عجیب را بدون دیدن خود سیارات پیدا کند. در عوض، این تلسکوپ ستارگان دوردستی را رصد می‌کند که به طور موقت روشن‌تر می‌شوند.

دلیل کارکرد این استراتژی یکی از پیامدهای عجیب نظریه گرانش اینشتین است: گرانش می‌تواند نور را خم کند. تحت شرایط مناسب، یک ستاره – یا حتی یک سیاره – می‌تواند مانند یک ذره‌بین طبیعی رفتار کند. این پدیده هم‌رویدادی گرانشی خرد (Gravitational Microlensing) نامیده می‌شود.

به عنوان دانشمند فراسیاره، من نحوه شناسایی و مطالعه جهان‌های بسیار دورتر از منظومه شمسی را بررسی می‌کنم. یکی از چالش‌های این حوزه این است که هیچ تکنیک مشاهده‌ای واحد نمی‌تواند تمام انواع سیارات را آشکار کند. هم‌رویدادی گرانشی خرد هیجان‌انگیز است زیرا ابزاری است که به ستاره‌شناسان کمک می‌کند سیاراتی را پیدا کنند که یافتن آن‌ها با روش‌های دیگر دشوار است.

تصور کنید به یک ستاره بسیار دوردست نگاه می‌کنید. جایی بین شما و آن ستاره، ستاره دیگری اتفاقاً تقریباً مستقیماً از خط دید شما عبور می‌کند. این دو ستاره ممکن است در واقع هزاران سال نوری از هم فاصله داشته باشند، اما از دیدگاه شما، به نظر می‌رسد در یک راستا قرار گرفته‌اند.

بر اساس نظریه نسبیت عام اینشتین، جرم یک جسم فضای اطراف آن را خم می‌کند. نوری که از طریق آن فضای خمیده حرکت می‌کند نیز مسیری خمیده را طی می‌کند. بنابراین، وقتی ستاره پیش‌زمینه تقریباً دقیقاً جلوی ستاره دورتر قرار می‌گیرد، گرانش آن مقداری از نور ستاره پس‌زمینه را به سمت شما خم می‌کند.

نتیجه شگفت‌انگیز است: به جای مخفی کردن ستاره دوردست، ستاره پیش‌زمینه می‌تواند آن را روشن‌تر نشان دهد.

این شبیه به نگاه کردن از طریق ذره‌بین است، با این تفاوت که شیشه‌ای وجود ندارد. عدسی، خودِ گرانش است.

از آنجا که ستارگان دائماً در کهکشان ما در حال حرکت هستند، این دو تنها به صورت موقت هم‌راستا خواهند شد. ستاره پس‌زمینه به تدریج روشن‌تر شده و سپس با خارج شدن دو ستاره از حالت هم‌راستایی، محو می‌شود.

حال، یک سیاره را اضافه کنید.

اگر ستاره پیش‌زمینه دارای سیاره‌ای باشد که در مدار آن می‌چرخد، گرانش آن سیاره نیز بر نور ستاره دوردست تأثیر می‌گذارد. این موضوع می‌تواند اختلال کوتاه‌مدت اضافی در الگوی روشن‌شدن یکنواخت ایجاد کند. ستاره‌شناسان این تغییرات در روشنایی را اندازه‌گیری می‌کنند و می‌توانند از این انحراف کوچک استنتاج کنند که سیاره‌ای در آنجا وجود دارد.

نکته حائز اهمیت این است که این تکنیک حتی اگر خود سیاره بسیار کم‌نور و دور باشد و نتوان آن را مستقیماً دید، کار می‌کند.

یک نکته ظریف در مورد هم‌رویدادی گرانشی خرد وجود دارد: ستاره‌شناسان نمی‌توانند صرفاً یک ستاره را انتخاب کنند و منتظر بمانند تا آن ستاره، ستاره دیگری را عدسی کند.

هم‌راستایی لازم تصادفی رخ می‌دهد و پس از پایان یک رویداد، معمولاً همان هم‌راستایی دقیق هرگز دوباره تکرار نخواهد شد.

بنابراین راه حل، رصد تعداد زیادی از ستارگان، بارها و بارها است. این دقیقاً کاری است که رومن انجام خواهد داد.

به عنوان بخشی از «پیمایش دامنه زمانی برآمدگی کهکشانی»، رومن شش میدان دید را به سمت مرکز پرجمعیت راه شیری بارها و بارها مشاهده خواهد کرد. این تلسکوپ صدها میلیون ستاره را رصد می‌کند و میدان‌های اصلی پیمایش خود را در طول شش فصل پُرشدت رصد، تقریباً هر ۱۲ دقیقه یک‌بار مشاهده خواهد کرد.

رومن نمی‌داند کدام دو ستاره اتفاقاً هم‌راستا خواهند شد. در عوض، آنقدر زیاد و آنقدر مکرر ستارگان را رصد می‌کند که تعداد زیادی از این هم‌راستایی‌های نادر باید در میدان دید آن رخ دهند.

ناسا انتظار دارد این پیمایش از طریق هم‌رویدادی گرانشی خرد، بیش از ۱۰۰۰ سیاره را در مدارهای نسبتاً وسیع کشف کند. این دسته به ویژه ارزشمند است زیرا اکثر فراسیاره‌های شناخته شده امروزه نزدیک به ستارگان خود می‌چرخند؛ رومن مناطق سردتر و دورتر سامانه‌های سیاره‌ای را که بسیار کمتر کاوش شده‌اند، بررسی خواهد کرد.

رومن به دلیل اینکه دید مادون قرمز تیزبین یک تلسکوپ فضایی را با میدان دید غیرمعمولاً وسیع ترکیب می‌کند، برای این وظیفه بسیار مناسب است. این ترکیب به آن امکان می‌دهد تعداد زیادی از ستارگان را بارها تصویربرداری کند، حتی در مناطق بسیار شلوغ به سمت مرکز کهکشان ما.

رومن نمونه‌ای قوی از چگونگی تکمیل تکنیک‌های مختلف شکار سیارات توسط یکدیگر ارائه می‌دهد. در حالی که پیمایش برآمدگی کهکشانی تلسکوپ عمدتاً برای جستجوی رویدادهای هم‌رویدادی گرانشی خرد طراحی شده است، رومن همچنین در طول مسیر، روشنایی صدها میلیون ستاره را بارها اندازه‌گیری خواهد کرد. این مشاهدات باید حدود ۱۰۰،۰۰۰ سیاره ترانزیتی را آشکار سازد.

این روش کاملاً متفاوتی برای یافتن یک سیاره است: ترانزیت زمانی رخ می‌دهد که یک سیاره از دیدگاه ما از جلوی ستاره خود عبور کند، بخش کوچکی از نور ستاره را مسدود کرده و باعث شود ستاره کمی کم‌نورتر به نظر برسد.

این دو جمعیت – سیارات کشف‌شده از طریق هم‌رویدادی گرانشی خرد و سیارات ترانزیتی – باید بسیار متفاوت به نظر برسند. ترانزیت‌ها سیاراتی را که نزدیک به ستارگان خود می‌چرخند، به ویژه سیارات بزرگ‌تری که نور بیشتری از ستاره را مسدود می‌کنند و مدارهای خود را مکرراً طی می‌کنند، ترجیح می‌دهند. در مقابل، هم‌رویدادی گرانشی خرد به طور خاص نسبت به جهان‌های سردتر در مدارهای وسیع‌تر، از جمله سیارات مشابه سیارات منظومه شمسی خارجی، حساس است.

بنابراین رومن عملاً از همان مجموعه تصاویر به دو روش متضاد استفاده خواهد کرد. ستاره‌ای که به طور دوره‌ای کم‌نورتر می‌شود ممکن است یک سیاره ترانزیتی را آشکار کند، در حالی که ستاره‌ای که به طور موقت روشن‌تر می‌شود ممکن است یک عدسی گرانشی را نشان دهد.

اما بیشتر از این هم هست. هم‌رویدادی گرانشی خرد می‌تواند سیاراتی را آشکار کند که اصلاً در مدار ستاره‌ای نمی‌چرخند. این سیارات که اصطلاحاً شناور آزاد یا سرگردان (Rogue Planets) نامیده می‌شوند، ممکن است از سامانه‌های سیاره‌ای که در آن‌ها شکل گرفته بودند اخراج شده باشند و اکنون به تنهایی در کهکشان سفر می‌کنند. از آنجا که هم‌رویدادی گرانشی خرد به جای نور سیاره یا ستاره میزبان، به گرانش متکی است، حتی این جهان‌های تاریک و منزوی نیز می‌توانند هنگام عبور از جلوی یک ستاره پس‌زمینه دوردست، خود را آشکار کنند.

در نهایت، رومن نمونه‌ای از این است که چرا استفاده از چندین تکنیک شکار سیارات اهمیت دارد. هزاران فراسیاره‌ای که دانشمندان تاکنون کشف کرده‌اند، نمونه‌ای بدون سوگیری از تمام سیارات کهکشان ما نیستند. آنچه آن‌ها پیدا می‌کنند تا حدی بستگی به این دارد که تلسکوپ‌ها بهترین توانایی شناسایی چه چیزی را دارند.

پیمایش هم‌رویدادی گرانشی خرد رومن با اندازه‌گیری جمعیت سیارات در مدارهای وسیع‌تر که پیمایش‌های قبلی آن‌ها را بسیار ناقص‌تر کاوش کرده‌اند، بخش مهمی از این تصویر را تکمیل خواهد کرد. ترکیب این مشاهدات با نمونه عظیم سیارات ترانزیتی رومن و کشفیات سایر تلسکوپ‌ها، به ستاره‌شناسان کمک می‌کند تا به یکی از بنیادی‌ترین سؤالات در علم فراسیاره پاسخ دهند: طبیعت در واقع چه نوع سامانه‌های سیاره‌ای را می‌سازد؟

رومن این کار را با استفاده از یکی از تلسکوپ‌های خود طبیعت انجام خواهد داد: خودِ گرانش.