DUNIA KUBWA AMBAZO HUENDA HAZIPO

Nadharia ya uundaji wa sayari inaweka kikomo cha juu kwa sayari za mwamba. Kiini kinachokua kinachopita takriban masi 10 za Dunia hakiwezi tena kuepuka ulimbikizaji wa gesi usiodhibitika (runaway gas accretion): huvuta gesi kutoka kwenye diski inayozunguka nyota yake changa na kuwa sayari yenye gesi nyingi. Uigaji wa migongano na mmomonyoko hutoa kikomo hicho hicho. Vipimo vya sayari halisi huweka mpito kutoka mwamba mtupu hadi sayari zilizofunikwa na gesi chini zaidi, karibu masi 4 hadi 5 za Dunia.

Na bado, katika miaka ya karibuni, sayari chache zimejitokeza zikiwa na msongamano wa mwamba na masi zilizozidi sana Dunia kumi. Baadhi ya wanaastronomia huziita “Dunia Kubwa”. Kuzieleza kungehitaji historia za ajabu: migongano ya kuchelewa baada ya diski ya gesi kutoweka, au viini vilivyovuliwa vya sayari kubwa za zamani.

Casey Brinkman na Nicolas Cowan, wa Taasisi ya Anga ya Trottier katika Chuo Kikuu cha McGill huko Montreal, waliuliza swali rahisi zaidi: je, sayari hizi kweli ni nzito hivyo?

Kupima sayari kwa kuyumba kwa nyota yake

Masi nyingi kati ya hizi zinatokana na kasi za kiradia (radial velocities): sayari inapozunguka, huivuta nyota yake mbele na nyuma, na rangi ya mwanga wa nyota hubadilika kidogo sana. Ukubwa wa kuyumba huko hutoa masi ya sayari.

Tatizo ni kwamba nyota hazitulii. Nyota hai kisumaku zina madoa meusi na mabaka angavu yanayozunguka pamoja na nyota. Huongeza kelele kwenye vipimo, na doa linalozungukia upande unaoonekana linaweza kuiga — au kupandisha — ishara ya sayari.

Washukiwa wanane, sifa moja ya pamoja

Wawili hao walianza na Hifadhi ya Sayari za Nje ya NASA na kubakiza sayari 333 ndogo kuliko nusu-vipenyo vinne vya Dunia zenye nusu-kipenyo cha kuaminika na masi iliyopimwa kwa kasi ya kiradia. Walipata:

• Sayari 4 zenye msongamano wa mwamba na zaidi ya masi 10 za Dunia: WASP-84 c, TOI-1347 b, TOI-2322 c na HD 63433 b.
• Nyingine 4 zilizo juu ya kikomo bila karibu ganda lolote la hidrojeni na heli: GJ 523 b, TOI-815 c, HD 18599 b na GJ 143 b.

Ili kupima uhai wa kila nyota mwenyeji, walitumia fahirisi inayotegemea mwanga wa kalsiamu unaotolewa na tabaka la nje la moto la nyota, ambalo hung’aa zaidi kwa joto la kisumaku. Thamani ikiwa juu ya −4.75, nyota huhesabiwa kuwa hai. Vipimo vya mng’ao vya misheni ya TESS pia vinaonyesha kila nyota ikififia na kung’aa madoa yake yanapozunguka.

Matokeo: zote nane huzunguka nyota hai. Kati ya nyota 37 zenye vipimo vya masi ya sayari na vya uhai, ni 13 tu zilizo hai.

Uwezekano wa sadfa

Ikiwa Dunia Kubwa zingesambaa kwa usawa, uwezekano kwamba zile nne za mwamba zote zingeangukia nyota hai ungekuwa:

p = 13/37 × 12/36 × 11/35 × 10/34 = 0.01

Takriban 1%. Ukiongeza zile nne nyingine, unashuka hadi 0.0003.

Je, nyota changa, hai zingeweza tu kuwa hodari zaidi katika kutengeneza Dunia Kubwa? Waandishi hawaoni sababu yoyote. Kujenga moja kungehitaji migongano ya ziada, uhamiaji kuelekea ndani hadi mizunguko ya siku 0.8 hadi 20, na labda kuvuliwa kwa angahewa nene — yote hayo huchukua muda. Kama kuna lolote, sayari hizi zingepaswa kupendelea nyota kongwe zaidi.

Masi zinakosea wapi

Kila kipimo cha awali kilitumia michakato ya Gauss (Gaussian processes), zana ya kitakwimu inayoiga kelele ya nyota ili ishara ya sayari iweze kutenganishwa. Lakini modeli inayonyumbulika kupita kiasi inaweza kufyonza ishara isiyo sahihi na kutoa masi kubwa mno. Visa hivi vinaonekana dhaifu:

• Kuzunguka WASP-84, mtikisiko wa nyota (takriban 13 m/s) ni mkubwa kuliko ishara ya sayari (7.7 m/s).
• TOI-2322 huzunguka kwenye mhimili wake kwa siku 21.28; sayari yake huizunguka kwa siku 20.23.
• HD 63433 b, nzito kuliko zote ikiwa na masi 37 za Dunia, haikugunduliwa kabisa na timu ya pili, iliyoweka kikomo cha juu cha masi 21 za Dunia.
• Sayari tatu ziko chini ya kizingiti kilichochapishwa cha uwiano wa ishara kwa kelele ambacho chini yake modeli kama hizo zinajulikana kuwa hazitegemewi.

Waandishi wanakumbusha mfano wa awali: sayari nyingine ambayo masi yake iligundulika kuwa ilipandishwa mara tatu na ishara ya kujirudia ambayo haikushughulikiwa.

Hakuna majitu ya mwamba — kwa sasa

Hitimisho lao: hakuna ushahidi wa kuridhisha wa sayari za mwamba zenye zaidi ya masi kumi za Dunia. Masi za kasi ya kiradia za sayari zinazozunguka nyota hai zinastahili mashaka, “hasa pale ambapo kuwepo kwa sayari kama hizo kungepinga mawazo yetu kuhusu uundaji wa sayari.” Wanapendekeza kupanga muda wa uchunguzi ili uhai wa nyota na sayari vyote vipate sampuli nzuri.

Hoja hii ni ya kitakwimu na inategemea sampuli ndogo: sayari nane na nyota 37. Waandishi hawakurudia ulinganishaji wa awali wa masi.