یک منظومه‌ی جوان و پرتلاطم راز شکل‌گیری سیارات را آشکار کرد
دانشمندان با استفاده از آرایه‌ی بزرگ میلی‌متری آتاکاما (ALMA) ضمن مطالعه‌ی قرص پیش‌سیاره‌ای عجیب ستاره‌ی جوان «الیاس ۲۷-۲» (Elias 2-27) اثر ناپایداری گرانشی در تشکیل سیاره‌ها را تأیید کردند.
دانشمندان برای نخستین بار جرم یک قرص پیش‌سیاره‌ای را به‌طور مستقیم با استفاده از داده‌های سرعت گاز آن اندازه‌گیری کرده‌اند که یکی از رازهای تشکیل سیارات را آشکار می‌سازد. نتایج این پژوهش در نشریه‌ی «استروفیزیکال ژورنال» (Astrophysical Journal) منتشر شده است.
اگرچه دانشمندان قرص پیش‌سیاره‌ای را که از گاز و گردوغبار تشکیل شده و پیرامون ستارگان جوان قرار دارد، به‌عنوان زادگاه سیارات می‌شناسند، اما هنوز روند دقیق تشکیل سیاره به‌صورت یک معما باقی مانده است. اکنون تحقیقات جدید به سرپرستی «ترزا پانکه-کارنو» (Teresa Paneque-Carreño) دانش‌آموخته‌ی دانشگاه شیلی و پژوهشگر رصدخانه‌ی جنوبی اروپا که بر روی رمزگشایی از روند شکل‌گیری سیارات تمرکز کرده است، نتایج تازه‌ای را آشکار می‌سازد.
پژوهشگران با رصدهای خود دریافتند که سامانه‌ی ستاره‌ای الیاس ۲۷-۲ که ستاره‌ای جوان در فاصله‌ی کمتر از ۴۰۰ سال نوری از زمین است و در صورت فلکی «مارافسای» (Ophiuchus) قرار دارد، شواهدی از ناپایداری گرانشی نشان می‌دهد. این پدیده زمانی روی می‌دهد که دیسک پیش‌سیاره‌ای بخش زیادی از جرم ستاره‌ای منظومه را با خود حمل کند.
پانکه-کارنو گفت: «روند دقیق شکل‌گیری سیارات یکی از اصلی‌ترین پرسش‌های ماست. با این وجود برخی سازوکارهای بنیادین می‌توانند روند شکل‌گیری سیارات را سرعت ببخشند. ما شواهد مستقیمی برای ناپایداری گرانشی در الیاس ۲۷-۲ پیدا کردیم که بسیار هیجان‌انگیز است؛ زیرا برای نخستین بار می‌توانیم تأیید جنبشی و چندطیفی ناپایدار شدن گرانشی یک منظومه را نشان دهیم و الیاس ۲۷-۲ نخستین سیستم ستاره‌ای است که همه‌ی جنبه‌ها را نشان می‌دهد.»
دانشمندان با اندازه‌گیری سرعت گاز، جرم قرص پیش‌سیاره‌ای ستاره‌ی جوان الیاس ۲۷-۲ را اندازه گرفتند.
Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/T. Paneque-Carreño (Universidad de Chile), B. Saxton (NRAO)
ویژگی‌های منحصربه‌فرد الیاس ۲۷-۲ بیش از نیم دهه باعث محبوبیت آن در میان دانشمندان آلما شده است. در سال ۲۰۱۶ تیمی از دانشمندان با استفاده از این آرایه یک دیسک گردوغبار را که در اطراف ستاره‌ی جوان در حال چرخش بود، کشف کردند.
در آن زمان اعتقاد بر این بود که این مارپیچ‌ها نتیجه‌ی امواج چگالی است که معمولا به‌عنوان دلیلی برای شکل‌گیری بازوهای کهکشان‌های مارپیچی شناخته می‌شوند اما پیش از آن هرگز در اطراف ستارگان منفرد دیده نشده بود.
«لورا پرز» (Laura Pérez) استادیار دانشگاه شیلی و پژوهشگر اصلی مطالعه‌ی قبلی گفت: «ما در سال ۲۰۱۶ کشف کردیم که قرص پیش‌سیاره‌ای الیاس ۲۷-۲ با دو بازوی مارپیچی در مقیاس بزرگ، ساختار متفاوتی نسبت به سیستم‌های مطالعه‌شده دارد؛ چیزی که قبلا در قرص‌های پیش‌سیاره‌ای دیده نشده بود. ناپایداری گرانشی یک احتمال شکل‌گیری این بازوها بود اما برای درک بهتر منشأ این ساختارها به مشاهدات بیشتری نیاز داشتیم.»
مشاهداتی که او و همکارانش با استفاده از آلما پیش گرفتند. علاوه بر ناپایداری گرانشی، دانشمندان آشفتگی‌هایی فراتر از حد تئوری در این سیستم ستاره‌ای یافتند. پانکه-کارنو گفت: «ممکن است هنوز مواد تازه‌ای از ابر مولکولی در حال فروریزش بر روی قرص باشند که باعث آشفتگی آن می‌شوند.»
او افزود: «این آشفتگی باعث پدیده‌هایی شده که قبلا هرگز مشاهده نشده‌اند و دانشمندان توضیح روشنی برای آن‌ها ندارند. سیستم ستاره‌ای الیاس ۲۷-۲ دارای ساختار گازی کاملا نامتقارن است و نخستین بار است که چنین عدم تقارن عمودی را در قرص پیش‌سیاره‌ای مشاهده می‌کنیم.»
به گفته‌ی «کاساندرا هال» (Cassandra Hall) استادیار اخترفیزیک محاسباتی دانشگاه جورجیا و یکی دیگر از نویسندگان این مقاله، تأیید نامتقارن بودن و اغتشاشات دیسک پیش‌سیاره‌ای در مقیاس بزرگ در ارتباط با ساختار مارپیچی آن می‌تواند پیامدهای قابل توجهی در نظریه‌ی شکل‌گیری سیاره‌ها داشته باشد.
او خاطرنشان کرد: «این می‌تواند نشانه‌ای از ناپایداری گرانشی باشد که ممکن است برخی از مراحل اولیه‌ی شکل‌گیری سیاره را سرعت ببخشد. ما نخستین بار در سال ۲۰۲۰ این امضا را پیش‌بینی کردیم و از دیدگاه اخترفیزیک محاسباتی، درست بودن آن طبق مشاهدات، هیجان‌انگیز است.»
الیاس ۲۷-۲ ستاره‌ای جوان با فاصله‌ی ۳۷۸ سال نوری از زمین است که قرص پیش‌سیاره‌ای عجیب آن توجه دانشمندان را به خود جلب کرده است.
Credit: B. Saxton NRAO/AUI/NSF
پانکه-کارنو هم افزود: «اگرچه تحقیقات جدید برخی نظریه‌ها را تأیید کرده اما پرسش‌هایی هم ایجاد کرده است. در حالی که اکنون می‌توان ناپایدار گرانشی را برای توضیح ساختارهای مارپیچی در گردوغبار پیوسته‌ی پیش‌سیاره‌ای تأیید کرد اما یک شکاف داخلی یا ماده‌ی از دست رفته در دیسک وجود دارد که توضیح روشنی برای آن نداریم.»
یکی از موانع درک روند شکل‌گیری سیاره، اندازه‌گیری غیرمستقیم جرم قرص‌های تشکیل‌دهنده‌ی سیاره بود، مشکلی که در تحقیقات جدید با کمک آلما به آن پرداخته شد. حساسیت بالای باند فرکانسی ۶ آلما به همراه باند ۳ و ۷ به تیم پژوهشی اجازه داد تا فرآیندهای دینامیکی چگالی و حتی جرم دیسک را با دقت بیشتری بررسی کند.
«بندیتا ورونسی» (Benedetta Veronesi) از دانشگاه میلان گفت: «اندازه‌گیری‌های قبلی جرم قرص پیش‌سیاره‌ای، غیرمستقیم و فقط بر اساس گردوغبار یا ایزوتوپولوژی‌های نادر انجام شده بود. اما اکنون دقت به کل جرم قرص گسترش یافته است.»
او خاطرنشان کرد: «این یافته، مبنایی برای توسعه‌ی یک روش تازه برای اندازه‌گیری جرم قرص است که به ما امکان می‌دهد یکی از بزرگ‌ترین و مهم‌ترین موانع در زمینه‌ی روند شکل‌گیری سیارات را از بین ببریم. دانستن مقدار جرم موجود در قرص‌های پیش‌سیاره‌ای امکان می‌دهد تا مقدار مواد موجود برای تشکیل سیستم‌های سیاره‌ای و روند تشکیل آن‌ها را بهتر شناسایی کنیم.»
هنوز کارهای دیگری هم برای انجام هست و پانکه-کارنو گفت: «مطالعه‌ی چگونگی شکل‌گیری سیارات با توجه به اینکه میلیون‌ها سال طول می‌کشد، دشوار است. این مقیاس برای ستاره‌ها که هزاران میلیون سال عمر می‌کنند، زمانی کوتاه اما برای ما زمانی بسیار طولانی است.»
او افزود: «کاری که ما می‌توانیم انجام دهیم رصد ستاره‌های جوان با دیسک‌هایی از گاز و گردوغبار در اطراف آن‌هاست تا بتوانیم شکل دیسک مواد را توضیح دهیم. مانند این است که یک صحنه‌ی جرم را ببینیم و سعی کنیم آنچه را روی داده حدس بزنیم. تجزیه‌وتحلیل رصدهای ما به همراه با بررسی‌های عمیق‌تر از الیاس ۲۷-۲ در آینده امکان می‌دهد تا دقیقا اثر ناپایداری‌های گرانشی بر قرص‌های تشکیل‌دهنده‌ی سیاره را تعیین و از چگونگی شکل‌گیری سیارات اطلاعات بیشتری کسب کنیم.»
عکس کاور: طرحی گرافیکی از ستاره‌ی الیاس ۲۷-۲ و قرص پیش‌سیاره‌ای پیرامون آن
Credit: Institute of Astronomy, University of Cambridge/Amanda Smith & Farzana Meru
منبع: Phys.Org
