اجرام مرموزی با جرم سیاره‌ای که تنها در کیهان سرگردانند، ممکن است زمانی شکل بگیرند که سامانه‌های ستاره‌ای جوان با یکدیگر برخورد کنند. آن‌ها نه سیاره‌اند و نه ستاره، بلکه در دسته‌ای کیهانی مخصوص به خود قرار دارند.
آیا آن‌ها ستاره‌اند؟ آیا سیاره‌اند؟ یا هیچ‌کدام؟ برخی از اجرام سرگردان با جرم سیاره‌ای که تنها در کیهان پرسه می‌زنند، ممکن است در نتیجه‌ی برخورد سامانه‌های ستاره‌ای جوان شکل گرفته باشند. این یعنی آن‌ها دسته‌ای کاملاً جدید و منحصربه‌فرد در کیهان را نمایندگی می‌کنند.
این اجرام که در فضا آزادانه شناورند، معمولاً جرمی در حدود ۱۳ برابر مشتری دارند و اغلب در خوشه‌های ستاره‌ای جوان، مانند خوشه‌ی ذوزنقه‌ای در سحابی شکارچی، یافت می‌شوند. منشاء این اجرام در سال ۱۴۰۲ به یک معمای خاص تبدیل شد، زمانی که اخترشناسان ۴۰ جفت از این اجرام موسوم به “اجرام دوتایی با جرم مشتری” یا JuMBOs را در سحابی شکارچی کشف کردند.
این اجرام جرمی کمتر از کوچک‌ترین ستاره‌ها اما بیشتر از بزرگ‌ترین سیارات دارند و پرسش بزرگ این است که آیا آن‌ها مانند ستاره‌ها شکل گرفته‌اند یا مانند سیارات؟ مشکل اینجاست که هیچ‌کدام از این دو منشأ نمی‌تواند ماهیت دوتایی بودن JuMBOs یا حتی تعداد بالای اجرام با جرم سیاره‌ای که آزادانه در فضا سرگردانند را توضیح دهد.
دنگ هونگ‌پینگ از رصدخانه‌ی اخترشناسی شانگهای در آکادمی علوم چین می‌گوید: “اجرام با جرم سیاره‌ای به‌راحتی در دسته‌های موجود ستاره‌ها یا سیارات جای نمی‌گیرند.”
او و همکارانش در شبیه‌سازی‌های خود نشان داده‌اند که این اجرام احتمالاً از فرایندی کاملاً متفاوت و مرتبط با پویایی آشوبناک خوشه‌های ستاره‌ای جوان شکل گرفته‌اند.
برخوردهای خشونت‌بار در دیسک‌های ستاره‌ای: نگاهی به پدیده‌ها و پیامدها
تحقیقات جدید نشان داده‌اند که این اجرام ممکن است زمانی شکل بگیرند که دیسک‌های چرخان گاز و غبار، موسوم به دیسک‌های پیراستاره‌ای، در اطراف ستاره‌های نوزاد دچار برخوردهای خشونت‌آمیز شوند. این برخوردها معمولاً در محیط‌های متراکم ستاره‌ای رخ می‌دهند.
سیاره‌های سرگردان، ستاره‌های شکست‌خورده، یا چیز دیگری؟
پیش از این، دانشمندان گمان می‌کردند که این اجرام تنها سیاره‌های سرگردانی هستند که از سامانه‌های ستاره‌ای خود در اثر تعاملات گرانشی با ستاره‌های دیگر یا برخوردهای شدید با سیارات همزادشان بیرون رانده شده‌اند. اما کشف جفت‌های JuMBOs این نظریه را به چالش کشیده است.
دلیل این امر آن است که دشوار بتوان توضیح داد که چگونه یک رویداد می‌تواند به‌قدری خشونت‌آمیز باشد که یک سیاره را با سرعت بالا از سامانه‌ی ستاره‌ای خود بیرون بیندازد، اما همچنان آن را در کنار همتای دوتایی‌اش نگه دارد.
احتمال دارد که یک رویداد نادر بتواند این پدیده را ایجاد کند، اما مشاهده‌ی ۴۰ جفت JuMBOs در یک سحابی نشان می‌دهد که آنچه آن‌ها را پدید آورده، باید فرآیندی رایج‌تر از یک رویداد تصادفی باشد.
کوتوله‌های قهوه‌ای یا گزینه‌های دیگر: بررسی و تحلیل
برخی دانشمندان حدس زده‌اند که این اجرام ممکن است کوتوله‌های قهوه‌ای باشند. این اجرام مانند ستاره‌ها در اثر فروپاشی توده‌های متراکم گاز و غبار شکل می‌گیرند. اما در حالی که ستاره‌ها با انباشت جرم کافی، دمای مرکزی‌شان آن‌قدر بالا می‌رود که همجوشی هسته‌ای را آغاز کنند، کوتوله‌های قهوه‌ای موفق به جمع‌آوری جرم کافی نمی‌شوند. به همین دلیل، این “ستاره‌های شکست‌خورده” جرمی بین ۱۳ تا ۷۵ برابر مشتری دارند.
اما مشکل این نظریه در آن است که احتمال یافتن ستاره‌ها در سیستم‌های دوتایی با کاهش جرم آن‌ها کاهش می‌یابد. در حالی که ۷۵٪ ستاره‌های پرجرم دارای همدم هستند، تنها حدود ۵۰٪ ستاره‌هایی با جرم خورشید در سامانه‌های دوتایی قرار دارند، و این نرخ برای ستاره‌های کم‌جرم به نزدیک صفر می‌رسد. بنابراین، اگر اجرام سرگردان با جرم سیاره‌ای واقعاً کوتوله‌های قهوه‌ای باشند، تعداد زیادی از آن‌ها که به‌صورت دوتایی دیده شده‌اند، توضیح‌پذیر نیست.
رازگشایی از این معما: کشف حقیقت‌های پنهان
برای بررسی این موضوع، دنگ و همکارانش یک شبیه‌سازی هیدرودینامیکی با وضوح بالا از برخوردهای نزدیک بین دیسک‌های پیراستاره‌ای انجام دادند. آن‌ها دریافتند که وقتی این دیسک‌ها با سرعتی بین ۷,۲۴۲ تا ۱۰,۷۸۳ کیلومتر بر ساعت و در فواصلی حدود ۳۰۰ تا ۴۰۰ برابر فاصله‌ی زمین تا خورشید با هم برخورد می‌کنند، یک پل کشندی از گاز و غبار شکل می‌گیرد.
این پل‌های کشندی سپس فروپاشیده شده و رشته‌های متراکم گازی ایجاد می‌کنند که به “بذرهایی” از اجرام با جرم سیاره‌ای تبدیل می‌شوند. این اجرام جرمی در حدود ۱۰ برابر مشتری دارند.
شبیه‌سازی‌ها نشان دادند که حدود ۱۴٪ از این اجرام به‌صورت جفت یا حتی سه‌تایی شکل می‌گیرند، با فواصل ۷ تا ۱۵ برابر فاصله‌ی زمین تا خورشید. این یافته‌ها می‌توانند توضیحی برای تعداد زیاد JuMBOs در سحابی شکارچی باشند.
نتایج این تیم با واقعیت‌های رصدی نیز سازگار است، چراکه برخوردهای دیسک‌ها در محیط‌های پرتراکم ستاره‌ای، مانند خوشه‌ی ذوزنقه‌ای، پدیده‌ای رایج هستند. این بدین معنی است که چنین مناطقی می‌توانند صدها جرم با جرم سیاره‌ای تولید کنند و به این ترتیب، جمعیت زیاد این اجرام در کیهان را توضیح دهند.
کشف دسته‌ای جدید از اجرام کیهانی: افق‌های تازه در علم نجوم
لوسیو مایر از دانشگاه زوریخ می‌گوید:
“این کشف تا حدی نحوه‌ی نگاه ما به تنوع کیهانی را تغییر می‌دهد. اجرام با جرم سیاره‌ای ممکن است یک دسته‌ی سوم از اجرام را نمایندگی کنند، که نه از مواد خام ابرهای مولکولی ستاره‌ساز شکل گرفته‌اند و نه از طریق فرآیندهای سنتی تشکیل سیاره، بلکه حاصل آشوب گرانشی برخورد دیسک‌های پیراستاره‌ای هستند.”
تحقیقات این تیم در تاریخ ۸ اسفند در مجله‌ی Science Advances منتشر شده است.
