گروهی از پژوهشگران «دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا»(Penn State) و «دانشگاه اوساکا»(Osaka University) قصد داشتند با «تلسکوپ فضایی جیمز وب» به مطالعه سیاره «کپلر-۵۱دی»(Kepler-51d) -سومین سیاره در منظومه «کپلر-۵۱»- بپردازند اما زمانی که سیاره به طور غیر منتظره دو ساعت زودتر از زمان پیش‌بینی مدلها گذر کرد، تقریبا شانس خود را از دست دادند.

به نقل از ساینس دیلی، پژوهشگران پس از بررسی دقیق داده‌های جدید و آرشیوی انواع تلسکوپ‌های فضایی و زمینی دریافتند بهترین توضیح، وجود سیاره چهارم است که کشش گرانشی آن بر مدار سیارات دیگر منظومه تأثیر می‌گذارد.

«جسیکا لیبی رابرتز»(Jessica Libby-Roberts) پژوهشگر «مرکز سیارات فراخورشیدی و جهان‌های قابل سکونت» در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا و از پژوهشگران این پروژه گفت: سیارات پف‌کرده از این نظر که جرم بسیار کم و چگالی کمی دارند، بسیار غیر عادی هستند. سه سیاره که پیشتر در حال گردش به دور ستاره کپلر-۵۱ مشاهده شده بودند، تقریبا به اندازه زحل هستند اما فقط چند برابر جرم زمین را دارند و در نتیجه، چگالی ایجادشده توسط آنها مانند آب‌نبات پنبه‌ای است. ما معتقدیم آنها هسته‌های کوچک و اتمسفر بزرگی از هیدروژن هلیوم دارند اما چگونگی تشکیل شدن این سیارات عجیب و منفجر نشدن اتمسفر آنها توسط تابش شدید ستاره جوانشان هنوز یک راز باقی مانده است. ما قصد داشتیم از جیمز وب برای مطالعه یکی از این سیارات و پاسخ دادن به این پرسش‌ها استفاده کنیم اما اکنون باید درباره چهارمین سیاره کم‌جرم این منظومه توضیح بدهیم.

هنگامی که یک سیاره از مقابل ستاره خود می‌گذرد، مقداری از نور ستاره را مسدود می‌کند و به کاهش جزئی در روشنایی ستاره منجر می‌شود. مدت و مقدار کاهش روشنایی، سرنخ‌هایی را درباره اندازه سیاره و سایر ویژگی‌های آن ارائه می‌دهد. هنگامی که سیارات یک مدار را به دور ستاره خود کامل می‌کنند، به حالت گذر وارد می‌شوند اما گاهی اوقات چند دقیقه زودتر یا دیرتر گذر می‌کنند زیرا گرانش سیارات دیگر منظومه، آنها را می‌کشد. این تفاوت‌های جزئی که به عنوان «تغییرات زمان‌بندی گذر» شناخته می‌شوند، در مدل‌های ستاره‌شناسان تعبیه شده‌اند تا امکان پیش‌بینی دقیق زمان عبور سیارات را به آنها بدهند.

پژوهشگران گفتند که دلیلی را مبنی بر نادرست بودن مدل سه‌سیاره‌ای منظومه کپلر-۵۱ ندارند. آنها با موفقیت از این مدل برای پیش‌بینی زمان گذر سیاره «کپلر-۵۱بی» در مه ۲۰۲۳ استفاده کردند و «رصدخانه آپاچی پوینت»(APO) توانست آن را طبق برنامه رصد کند.

هنگامی که پژوهشگران داده‌های جدید رصدخانه آپاچی پوینت و جیمز وب را مورد بررسی قرار دادند، تأیید کردند که گذر کپلر-۵۱دی را به ثبت رسانده‌اند. این گذر بسیار زودتر از حد انتظار بود. «کنتو ماسودا»(Kento Masuda) دانشیار علوم زمین و فضا در دانشگاه اوساکا و پژوهشگر ارشد این پروژه گفت: ما واقعا از ظهور اولیه کپلر-۵۱دی شگفت‌زده شدیم. فقط اضافه کردن سیاره چهارم می‌توانست چنین اختلاف بزرگی را توضیح دهد. این اولین سیاره‌ای است که به دلیل تغییرات زمان گذر با استفاده از جیمز وب کشف شد.

در نظر گرفتن سیاره چهارم و تنظیم مدل‌ها، جرم مورد انتظار سیارات دیگر منظومه را نیز تغییر می‌دهد. به گفته پژوهشگران، این امر بر سایر ویژگی‌های استنباط‌شده درباره سیارات منظومه تأثیر می‌گذارد و چگونگی شکل‌گیری آنها را نشان می‌دهد. اگرچه سه سیاره درونی کمی بزرگ‌تر از تصور پیشین هستند اما همچنان به عنوان سیارات پف‌دار طبقه‌بندی می‌شوند. با وجود این، مشخص نیست که آیا کپلر-۵۱ای نیز یک سیاره فوق‌العاده پف‌دار است یا خیر زیرا پژوهشگران، گذر این سیاره را مشاهده نکرده‌اند و به همین دلیل نمی‌توانند شعاع یا چگالی آن را محاسبه کنند.

رابرتز گفت: سیارات فوق‌العاده پف‌دار نسبتا کمیاب هستند و زمانی که شکل می‌گیرند، تنها سیاره در یک منظومه سیاره‌ای هستند. شاید تلاش برای توضیح دادن چگونگی تشکیل سه سیاره پف‌دار در یک منظومه به اندازه کافی چالش‌برانگیز نبود اما اکنون باید سیاره چهارم را توضیح دهیم؛ خواه یک سیاره پف‌دار باشد، خواه نباشد. ما نمی‌توانیم وجود سیارات بیشتر را در منظومه رد کنیم.

از آنجا که پژوهشگران بر این باورند سیاره کپلر-۵۱ای یک مدار ۲۶۴ روزه دارد، به زمان رصد بیشتری برای به دست آوردن یک تصویر بهتر از تأثیر گرانش آن یا سیارات بیشتر روی سه سیاره درونی منظومه نیاز خواهند داشت.

این پژوهش در «Astronomical Journal» به چاپ رسید.