اخترشناسان به تازگی از اولین لحظات قابل مشاهده‌ی شکل‌گیری سیاره در اطراف یک ستاره جوان به نام HOPS-315 گزارش داده‌اند. آن‌ها موفق شدند فرآیند تبدیل مواد معدنی داغ به جامد را در نزدیکی این ستاره به تصویر بکشند.
این تیم با بهره‌گیری از دو ابزار قدرتمند، تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) و آرایه میلی‌متری/زیرمیلی‌متری بزرگ آتاکاما (ALMA)، توانستند مکان دقیق ظهور این مواد جامد را مشخص کنند.
ستاره HOPS-315 در فاصله حدود ۱۳۰۰ سال نوری از ما قرار دارد و در میان ابری از گاز و غبار احاطه شده است؛ بستری که دنیاهای جدید می‌توانند در آن شکل بگیرند.
سیگنال‌های دریافتی، ردپای مواد معدنی ساده‌ای را نشان می‌دهند که در نزدیکی ستاره شروع به سخت شدن کرده‌اند. این لحظه، اولین گام‌ها به سوی ساخت سیارات را نشانه‌گذاری می‌کند.
چرا HOPS-315 اهمیت دارد؟
اخترشناسان اغلب دیسک‌های سیاره‌ساز را مشاهده می‌کنند، اما معمولاً زمانی به سراغشان می‌روند که سیارات بزرگ قبلاً شکاف‌هایی را در این دیسک‌ها ایجاد کرده‌اند.
اما این یافته جدید، خط شروع ساخت قطعات سنگی را به تصویر می‌کشد؛ مرحله‌ای که ده‌ها سال در حد نظریه باقی مانده بود اما هرگز به طور مستقیم در این فاصله نزدیک به ستاره مشاهده نشده بود.
این مشاهدات، مکان ظهور مواد جامد را در فاصله‌ای حدود ۲.۲ واحد نجومی از ستاره تعیین می‌کنند؛ منطقه‌ای که مقیاس آن شبیه به بخش داخلی منظومه شمسی خودمان است.
این همان فاصله‌ای است که دما به اندازه‌ای کاهش می‌یابد که مواد معدنی خاصی بتوانند چگالیده (متراکم و جامد) شوند، بنابراین اینجا یک مکان طبیعی برای مشاهده اولین ظهور مواد جامد است.
ثبت این مرحله به ما می‌گوید که ساعتِ شکل‌گیری سیارات، واقعاً از چه زمانی شروع به کار می‌کند. این کشف همچنین یک آزمایشگاه زنده در اختیار پژوهشگران قرار می‌دهد تا ایده‌های خود را در مورد چگونگی تبدیل غبار به سنگ و در نهایت به سیاره، بیازمایند.
این یافته، شکافی دیرینه میان مدل‌های نظری و اندازه‌گیری‌های واقعی را پر می‌کند و نقاط را از گاز داغ سحابی به اولین ذرات ملموسی که می‌توانند به هم بچسبند، متصل می‌سازد.
تلسکوپ‌ها چه چیزی دیدند؟
طیف‌سنجی فروسرخ تلسکوپ وب، نشانه‌هایی از گاز داغ سیلیکون مونوکسید و بلورهای سیلیکات را در نزدیکی ستاره آشکار کرد.
سپس، تلسکوپ آلما این تابش‌ها را تا یک منطقه فشرده در دیسک داخلی ردیابی کرد و آن را از فعالیت‌های دیگری مانند فوران‌ها و جت‌های ستاره‌ای که می‌توانستند تصویر را مخدوش کنند، جدا ساخت.
ملیسا مک‌کلور، استاد دانشگاه لیدن و نویسنده اصلی این پژوهش، می‌گوید: برای اولین بار، ما توانستیم اولین لحظه‌ای را که شکل‌گیری سیاره در اطراف ستاره‌ای غیر از خورشید ما آغاز می‌شود، شناسایی کنیم.
مواد معدنی مشاهده شده در اطراف این ستاره جوان، تقریباً در همان منطقه‌ای ظاهر می‌شوند که مواد مشابهی در سیارک‌های منظومه شمسی خودمان یافت شده‌اند. این الگو نشان می‌دهد که احتمالاً گام‌های اولیه یکسان برای ساخت سیارات، در بسیاری از منظومه‌های جوان دیگر نیز رخ می‌دهد.
داده‌ها نشان می‌دهند که گاز و بلورها به طور همزمان وجود دارند، که به این معناست فرآیند چگالش همین حالا در حال وقوع است. این زمان‌بندی دقیق، یک معیار کلیدی برای مدل‌هایی فراهم می‌کند که سرعت رشد ذرات غبار در دیسک‌های داغ داخلی را پیش‌بینی می‌کنند.
مواد معدنی در HOPS-315
در نزدیکی یک ستاره جوان، دما آنقدر بالا می‌رود که سنگ را به گاز تبدیل می‌کند. با سرد شدن تدریجی، مقاوم‌ترین مواد اولین‌هایی هستند که جامد می‌شوند و بلورهای ریزی را تشکیل می‌دهند که حاوی سیلیکون مونوکسید (ترکیبی ساده از سیلیکون و اکسیژن) هستند.
این ذرات اولیه با هم برخورد کرده و به هم می‌چسبند و توده‌هایی را می‌سازند که می‌توانند به خرده‌سیاره‌ها (Planetesimals) تبدیل شوند؛ اجرامی که آنقدر بزرگ هستند که گرانش کنترل را به دست بگیرد.
هنگامی که گرانش غالب می‌شود، سرعت رشد افزایش می‌یابد و جنین‌های سیارات سنگی می‌توانند در مقیاس‌های زمانی زمین‌شناسی شکل بگیرند.
ترکیب دقیق مواد چگالیده اولیه به دما و فشار بستگی دارد. همچنین به این بستگی دارد که مواد با چه سرعتی در دیسک به سمت داخل یا خارج حرکت می‌کنند. مشاهداتی مانند این به ما می‌گویند که کدام مواد معدنی اول و در کجا ظاهر می‌شوند. این اطلاعات، شیمی موجود برای تشکیل هسته‌های سنگی و اتمسفرهای آینده را محدود می‌کند.
سرنخ‌هایی از شهاب‌سنگ‌ها
شهاب‌سنگ‌های باستانی در منظومه شمسی ما، تاریخچه این مواد چگالیده اولیه را حفظ کرده‌اند. آخال‌های ریزی در داخل آن‌ها به نام آخال‌های غنی از کلسیم و آلومینیومl (CAIs)، از قدیمی‌ترین جامدات تاریخ‌گذاری شده از سحابی خورشیدی هستند.
تاریخ‌گذاری‌های بسیار دقیق با استفاده از اورانیوم-سرب نشان می‌دهد که این جامدات اولیه در همان ابتدای تاریخ منظومه شمسی شکل گرفته‌اند و پس از آن‌ها نسل‌های بعدی از قطرات مذابی به نام کندرول‌ها (Chondrules) به وجود آمده‌اند.
این خط زمانی نشان می‌دهد که مناطق داغ داخلی سحابی، اولین جامدات را ساخته‌اند که سپس در سراسر دیسک منتقل و مخلوط شده‌اند.
کشف جدید در اطراف HOPS-315، نمایی مستقیم از فرآیندی مشابه را در اطراف ستاره‌ای دیگر به ما نشان می‌دهد.
کنار هم قرار دادن این شواهد، یک داستان منسجم را می‌سازد: چگالش در دیسک داخلی اولین بلورها را تولید می‌کند، فرآیند اختلاط آن‌ها را پخش می‌کند و برخوردها قطعات سنگی بزرگ‌تر را می‌سازند.
گام‌های بعدی برای HOPS-315
این منظومه یک هدف شفاف در اختیار اخترشناسان قرار می‌دهد تا سرعت رشد مواد جامد در دیسک داخلی را اندازه‌گیری کنند.
مشاهدات مکرر می‌تواند تغییرات در نسبت گاز به جامد را ردیابی کرده و نشان دهد که ذرات با چه سرعتی از غبار به سنگ‌ریزه و سپس به سنگ تبدیل می‌شوند.
داده‌های آینده می‌توانند بیازمایند که آیا این فرآوری حرارتی در کهکشان رایج است یا یک مسیر نادر. همچنین می‌توانند نشان دهند که آیا چگالش در دیسک داخلی همیشه در فاصله‌ای مشابه از ستاره رخ می‌دهد یا خیر.
تلسکوپ‌های آلما و وب با هم می‌توانند هم ترکیب شیمیایی و هم مکان را نقشه‌برداری کنند. این ترکیب به دانشمندان اجازه می‌دهد تا تابش جت‌ها را از تابش دیسک جدا کرده و بر منطقه‌ای تمرکز کنند که جامدات واقعاً در آن رشد می‌کنند.
هدف فوری، گسترش این جستجو به ستاره‌های بسیار جوانِ بیشتر است. اگر منظومه‌های متعددی همین نشانه‌های اولیه را از خود بروز دهند، پس می‌توان نتیجه گرفت که اولین گام‌ها به سوی سیارات سنگی، یک فرآیند عادی و رایج در کیهان است.
این اولین کشف، دری را به روی زمان‌بندی اولین مراحل تشکیل سیارات باز می‌کند. همچنین معیاری را تعیین می‌کند که مدل‌های نظری اگر می‌خواهند چگونگی پیدایش سیاراتی شبیه به زمین را توضیح دهند، باید با آن مطابقت داشته باشند.
این پژوهش در مجله Nature منتشر شده است.
0 نظرات