تحلیل داده های سیارات فراخورشیدی به روش گذر

یکی از موضوع‌های مطالعاتی میان رشته‌ای Astrostatistic، بررسی احتمال وجود حیات در سیارات فرازمینی است. به این منظور، داده‌های سیارات فرازمینی از مأموریت‌های گوناگون فضایی را درکل به دو روش سرعت شعاعی و روش گذر تجزیه و تحلیل و شناسایی می‌کنند.

روش گذر

سری زمانی شار دریافتی از ستاره، هنگام گذر سیاره دچار افت می‌شود. به‌عبارت‌دیگر، هنگامی که سیاره‌ای فراخورشیدی به دور ستاره‌ای می‌چرخد و از جلو آن عبور می‌کند باعث کاهش نور آن ستاره می‌شود. (شبیه آنچه در گذر عطارد و یا زهره رخ می‌دهد.) این افت شدت نور سبب می‌شود دانشمندان آن جرم را نامزد برای سیارۀ فراخورشیدی به شمار آورند.

سری زمانی شار ستارۀ کپلر ۴۵۲

تعداد داده‌های دریافتی سیارات فراخورشیدی شناسایی شده بسیار بالاست؛ ازاین‌رو، برای بررسی دقیق با خطای کمتر، داده‌ها را محدود می‌کنند و سیارات مداری ستارگان رشتۀ اصلی (دمای 4100-6000 کلوین) و تقریباً هم وزن با سیارۀ مشتری و دوبرابر شعاع زمین را استاندارد در نظر می‌گیرند. بعد از شناسایی سیاره، در مرحلۀ بعد می‌توان با به دست آوردن فاصلۀ سیاره از ستارۀ میزبان، میزان انحراف مداری، دورۀ تناوب حرکت و مدت زمان گذر احتمال حیات‌پذیری یک نامزد سیارۀ‌ فراخورشیدی‌ را محاسبه کرد. اگر سیاره در ناحیۀ حیات‌پذیر و استاندارد قرار داشته باشد، به‌عنوان سیاره‌ای محتمل به داشتن حیات تأیید می‌گردد.

تاکنون، حدود 5000 نامزد سیارۀ فراخورشیدی پیدا شده است که بیش از 3200 عدد از آ‌ن‌ها تأیید شده‌اند. مهم‌ترین انگیزه برای جست‌وجوی این سیارات، کشف فراوانی و توزیع سیاراتی است که بسیار شبیه زمین‌اند. تلسکوپ فضایی کپلر که در سال 1387/2009 به فضا پرتاب شد و نخستین مأموریت طراحی شدۀ ناسا برای کشف سیارات زمین‌مانند به شمار می‌رود، در این میان نقش به سزایی داشته است.

فاکتور مهم دیگر در محاسبه به روش گذر، که در اینجا مختصراً به آن اشاره می‌شود، لکه‌های ستاره‌ای فعال روی سطح ستاره است. لکه به نواحی‌ای روی سطح ستاره می‌گویند که دمای کمتری نسبت به نواحی اطرافش دارد و به همین دلیل تاریک‌تر است. علّت تشکیل آن‌ها فعالیت‌های مغناطیسی و ساختار ترمودینامیکی ستاره است. همان‌طورکه در تصویر زیر مشاهده می‌کنید، زمانی‌ که گذر سیاره‌ای از مقابل ستاره‌ای که در آن لکه‌های ستاره‌ای وجود دارد بررسی می‌شود، در نمودار مرتبط با تابش ستاره افت ثابتی دیده نمی‌شود که این امر حاکی از وجود لکه است.

یکی از چالش‌های آماری، اثبات این ادعاست که بتوان به طور عام داشتن همبستگی میان دمای ستارگان و تعداد سیارات اطراف آن را مطرح کرد؛ به‌عبارت‌دیگر، بتوان این ادعا را کرد که ستارگان سردتر سیارات بیشتری دارند. از دیگر چالش‌ها، می‌توان به یافتن توزیع سیارات مشاهده شده اشاره کرد؛ با اندازه‌گیری دقیق‌تری از توزیع سیارات می‌توان مشخص کرد که چه مدلی را می‌توان بر داده‌ها برازش کرد. با توجه به حجم انبوه داده‌ها حوزۀ multivariate clustering methods نیاز به گسترش دارد.

یکی از اهداف مهم نسل آیندۀ تلسکوپ‌های جهان، یافتن حیات فرازمینی و پتانسیل زیست‌پذیری در دیگر نقاط کیهان است. انتظار می‌رود که با نسل پیشرفته‌تر تلسکوپ‌ها داده‌های انبوه‌تر و دقیق‌تری به دست آید و بی‌شک این‌گونه، گسترۀ کشفیات و پیشرفت این حوزه بسیار بالا خواهد رفت. در حال حاضر، مؤسسات اندکی در این حوزه فعالیت می‌کنند که از جملۀ آن‌ها می‌توان به PSU:Penn State's Center for Astrostatistics اشاره کرد.

از دیگر مباحث مورد بررسی در Astrostatistic می‌توان به مباحث مطرح در رشتۀ کیهان‌شناسی (که در تصویر زیر آمده است) اشاره کرد.

شایان ذکر است که برای تحلیل داده‌ها در این رشته به طورکلی از نرم افزار R استفاده می‌شود. برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به منبع پیشنهادی ذکر شده در زیر مراجعه کنید.

نویسنده: سارا مطلبی / مجله نجوم

ویرایش: منا رجبیه فرد