شکار لحظه تولد سیاره نوزاد ، اولین مشاهده مستقیم از رشد یک سیاره در اعماق فضا

دانشمندان تولد یک سیاره نوزاد را در لحظه رصد کردند.

ستاره‌شناسان نشانه‌های واضحی از یک سیاره جدید را کشف کرده‌اند که به طور فعال در حال رشد از میان مه غلیظی از گاز و غبار است که آن را احاطه کرده.

توضیح تصویر اول: تصویر تلسکوپ آلما (ALMA) از حلقه غباری (به رنگ قرمز) و مارپیچ‌های گازی (به رنگ آبی) در دیسک اطراف ستاره AB Aurigae. این تصویر بازوهای مارپیچی گازی را در داخل یک شکاف بزرگ غباری نشان می‌دهد که سرنخی از فرآیند تشکیل سیاره است.

پیش‌سیاره‌ها (Protoplanets) اجرامی آسمانی هستند که در حال تبدیل شدن به سیارات کامل در دیسک‌های گاز و غبار اطراف ستاره‌های جوان و داغ هستند. این اجرام که اغلب چندین برابر سیاره مشتری جرم دارند، هنوز در محیط تولد خود غوطه‌ورند و به طور فعال از طریق دیسک‌های کوچکتر اطراف خودشان (که به آنها قرص پیراسیاره‌ای یا circumplanetary disk می‌گویند) از مواد پیرامون خود تغذیه می‌کنند. برخلاف سیارات بالغ، پیش‌سیاره‌ها نگاهی نادر به فرآیندهای خشن و پرآشوب شکل‌گیری سیاره‌ای به ما می‌دهند و نشان می‌دهند که دنیاهایی که امروز می‌بینیم چگونه به وجود آمده‌اند.

حالا، تیمی از ستاره‌شناسان موفق شده‌اند یکی از این اجرام را دقیقاً در حین شکل‌گیری مشاهده کنند. جرم مورد نظر AB Aurigae b نام دارد، یک پیش‌سیاره غول‌پیکر با جرمی حدود چهار برابر مشتری که در فاصله ۹۳ واحد نجومی از ستاره جوان خود قرار دارد (واحد نجومی یا AU، معادل فاصله زمین تا خورشید است.

این فاصله تقریباً سه برابر فاصله نپتون تا خورشید ماست و نشان می‌دهد که این سیاره چقدر از ستاره مادر خود دور است). چیزی که این کشف را به خصوص هیجان‌انگیز می‌کند این است که ستاره‌شناسان این سیاره را در حال جذب فعالانه مواد شناسایی کرده‌اند؛ به عبارت دیگر، آنها عملاً در حال تماشای رشد آن در لحظه هستند.

یک تیم بین‌المللی به رهبری محققان مرکز اخترزیست‌شناسی ژاپن، با استفاده از طیف‌نگار MUSE در تلسکوپ بسیار بزرگ (VLT) در شیلی، خطوط گسیل هیدروژن آلفا را از این پیش‌سیاره شناسایی کردند. این نور هیدروژنی از گاز داغی ساطع می‌شود که در حین تغذیه سیاره از قرص پیش‌سیاره‌ای اطراف، به صورت مارپیچی به درون آن کشیده می‌شود.

نور هیدروژن شناسایی‌شده از AB Aurigae b یک الگوی متمایز را نشان می‌دهد که بیانگر فروریختن گاز به سمت داخل سیاره است، نه پرتاب شدن آن به بیرون. این پدیده به عنوان "پروفایل پی سیگنی معکوس" (inverse P Cygni profile) شناخته می‌شود. این الگو پیش از این در ستاره‌های جوانی که در حال جذب سریع مواد هستند دیده شده بود، اما AB Aurigae b اولین پیش‌سیاره‌ای است که چنین شواهد واضحی از فرآیند جذب جرم فعال را نشان می‌دهد.

این گسیل نور در طول موج‌هایی ظاهر می‌شود که کمی به سمت آبی طیف متمایل شده‌اند (انتقال به آبی یا blueshift)، که نشان می‌دهد گاز با سرعت حدود ۱۰۰ کیلومتر بر ثانیه به سمت ما (ناظر) در حال حرکت است. همزمان، ویژگی‌های جذبی در طول موج‌های متمایل به قرمز (انتقال به سرخ یا redshift) دیده می‌شود که نشان‌دهنده حرکت مواد با سرعت تقریبی ۷۵ کیلومتر بر ثانیه به دور از ماست. ترکیب این دو، پروفایل "معکوس" مشخصی را ایجاد می‌کند که نشان‌دهنده فروریختن مواد به سمت داخل است. (به زبان ساده، وقتی چیزی به سمت ما می‌آید نورش آبی‌تر و وقتی دور می‌شود قرمزتر دیده می‌شود. این الگو ثابت می‌کند که گاز در حال سقوط روی سیاره است).

Detection of the protoplanet AB Auriga b from the Subaru Telescope. (Image credit: 2632cgn, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons)

چیزی که AB Aurigae b را به طور خاص جالب می‌کند این است که برخلاف سایر سیارات جوان که مستقیماً تصویربرداری شده‌اند و در شکاف‌های خالی دیسک خود می‌چرخند، این سیاره هنوز در دیسک تولد خود مدفون است. این به ما امکان می‌دهد تا فرآیند تغذیه واقعی را همزمان با انباشت جرم سیاره از محیط اطرافش مشاهده کنیم. سن کم این منظومه (تقریباً ۲ میلیون سال) به این معنی است که ما در حال مشاهده شکل‌گیری سیاره در اولین مراحل آن هستیم.

مشاهدات مربوط به AB Aurigae b مدل‌های استاندارد تشکیل سیاره را به چالش می‌کشد. این سیاره که در فاصله بسیار دوری از ستاره‌اش قرار دارد، احتمالاً از طریق فرآیندی شکل گرفته که در آن مناطق متراکم دیسک به سرعت تحت گرانش خود فرو می‌ریزند (این مدل به «ناپایداری دیسک» معروف است)، نه از طریق روش «برافزایش هسته» (core accretion) که سیاراتی مانند مشتری و زحل در منظومه شمسی ما از آن طریق شکل گرفته‌اند. (مدل برافزایش هسته می‌گوید سیارات غول‌پیکر با جمع شدن یک هسته جامد و سپس جذب گاز شکل می‌گیرند، فرآیندی که در فواصل دور بسیار کند است. اما کشف این سیاره غول‌پیکر در این فاصله زیاد، مدل ناپایداری دیسک را محتمل‌تر می‌کند).

live science