پس از اینکه یک ستاره شکل میگیرد، دیسک چرخان و متلاطمی از مواد باقیمانده از این فرآیند شروع به جمع شدن میکند و بذرهای سیارات شکل میگیرند. با این حال، محیط گرانشی پیچیدهای که در آن قرار دارند، محیطی مهربان نیست و این اجسام در حین رشد و مهاجرت در داخل سیستمهای خود، با یکدیگر برخورد و تکان میخورند.
حال، ستارهشناسان شواهدی از چنین برخوردی را در یک سیستم جوان، که ۹۵ سال نوری از زمین فاصله دارد، پیدا کردهاند. طبق تحلیل آنها، گرد و غبار غیرمعمول اطراف ستاره جوان HD 172555، که ۲۳ میلیون سال سن دارد، نتیجه برخورد یک سیاره است که به قدری شدید بوده که به طور جزئی جو یکی از اجسام را از بین برده است. «این اولین بار است که چنین پدیدهای، یعنی جو پروتوپلنتری که در اثر یک برخورد عظیم از بین رفته، را شناسایی کردهایم»، گفت تانیانا شنایدمن، ستارهشناس از دانشگاه MIT. «همه علاقهمند به مشاهده یک برخورد عظیم هستند چون انتظار داریم این برخوردها رایج باشند، اما شواهد زیادی در بسیاری از سیستمها برای آن نداریم. حالا ما بینش جدیدی در مورد این دینامیکها داریم.»
فرآیند تشکیل سیارهها فرآیندی پیچیده است و ما مجبور شدهایم آنچه را که از سیستم کاملاً تشکیل شده خودمان و دیگر سیستمها در کهکشان راه شیری در مراحل مختلف توسعه مشاهده کردهایم، با هم جمعآوری کنیم. زمانی که یک ستاره از تودهای از گرد و غبار و گاز در یک ابر مولکولی شکل میگیرد، دیسک وسیعی از مواد تشکیل میشود که به ستاره در حال رشد تغذیه میدهد. این دیسک دستخوش یک تحول میشود، که ممکن است قبل از تکمیل تشکیل ستاره آغاز شود، زیرا ذرات و قطعات درون آن شروع به چسبیدن به یکدیگر میکنند، ابتدا به صورت الکترواستاتیکی، و سپس با افزایش جرم، به صورت گرانشی.
این تودههای بزرگتر و بزرگتر با یکدیگر برخورد کرده و ادغام میشوند، تا در نهایت جرم کافی برای تشکیل هستهای متمایز در مرکز خود پیدا کنند و نهایتاً به سیاره تبدیل شوند. با این حال، هر سیاره نوزادی دوام نمیآورد. به عنوان مثال، فکر میکنیم یک سیاره به اندازه مریخ که در منظومه شمسی زنده نمانده بود، با زمین برخورد کرده و ماه را ایجاد کرده است.
ستارهشناسان معتقدند که بیشتر سیارات در جایی که در نهایت قرار دارند، تشکیل نمیشوند. در عوض، آنها در جای دیگری شکل میگیرند و به موقعیت نهایی خود مهاجرت میکنند. این حرکتها باعث ایجاد اختلالات اضافی میشود که ممکن است به برخوردها منجر شود. بنابراین، این برخوردها به طور معمول در فرآیند تشکیل یک سیستم سیارهای رخ میدهند. در واقع، به نظر میرسد که آنها نقش مهمی در نحوه رشد سیارات و معماری نهایی آن سیستم ایفا میکنند.
HD 172555 مدتهاست که کمی عجیب شناخته شده است. گرد و غبار چرخان اطراف آن ترکیب و اندازه دانههای غیرمعمولی دارد: مقدار غیرعادی از سیلیس و سیلیکون مونوکسید جامد، و دانههای گرد و غبار بسیار کوچکتر از حد معمول. پیش از این، این به عنوان نتیجه یک برخورد با سرعت بالا تفسیر شده بود، بنابراین شنایدمن و همکارانش تصمیم گرفتند نگاهی دقیقتر به مونوکسید کربن اطراف ستاره بیندازند.
«زمانی که مردم میخواهند گاز موجود در دیسکهای باقیمانده را مطالعه کنند، مونوکسید کربن معمولاً درخشانترین است و بنابراین پیدا کردن آن راحتتر است»، شنایدمن گفت. «بنابراین، ما دادههای مونوکسید کربن HD 172555 را دوباره بررسی کردیم زیرا این سیستم جالب بود.»
آنها متوجه شدند که مقدار زیادی مونوکسید کربن در حال گردش به دور ستاره است، در فاصلهای غیرمعمول نزدیک به ۱۰ واحد نجومی. در این فاصله، گاز باید توسط تابش ستارهای تجزیه میشد، که این یعنی توضیحی لازم است. بهترین تطابق با مشاهدات، طبق مدلسازی تیم، برخوردی عظیم بود. آنها حتی قادر بودند زمان و نحوه وقوع آن را دقیقتر مشخص کنند. حداقل ۲۰۰,۰۰۰ سال پیش – به اندازهای جدید که مونوکسید کربن فرصت تجزیه را نداشته است – یک سیاره سنگی به اندازه زمین با جسمی کوچکتر با سرعت ۱۰ کیلومتر بر ثانیه (بیش از ۲۲,۰۰۰ مایل در ساعت) برخورد کرده است.
این برخورد به قدری شدید بوده که حداقل قسمتی از جو سیاره سنگی را منفجر کرده است. این توضیحدهنده مونوکسید کربن و گرد و غبار غنی از سیلیکا است. «از میان تمام سناریوها، این تنها سناریویی است که میتواند تمام ویژگیهای دادهها را توضیح دهد»، شنایدمن گفت.
«در سیستمهایی با این سن، انتظار داریم که برخوردهای عظیم رخ دهند، و انتظار داریم این برخوردها واقعاً رایج باشند. مقیاسهای زمانی مناسب است، سن مناسب است و محدودیتهای مورفولوژیکی و ترکیبی مناسب است. تنها فرآیند معقولی که میتواند مونوکسید کربن را در این سیستم در این زمینه تولید کند، برخورد عظیم است.»
نتایج به ما ابزارهای جدیدی برای شناسایی زمانهایی که برخوردهای عظیم رخ داده است میدهد. اگر مقادیر زیادی مونوکسید کربن پیدا کنیم که نباید در اطراف یک ستاره وجود داشته باشد، این میتواند نشانهای باشد که امور در فرآیند تشکیل یک سیستم سیارهای آشفته شدهاند. سپس میتوانیم این گاز و دیگر بقایای برخورد را مطالعه کنیم، نه فقط برای یادگیری بیشتر درباره عواقب چنین برخوردهایی، بلکه برای درک اینکه سیارات در سیستمهای دیگر از چه چیزی ساخته شدهاند – نوعی پیشگویی کیهانی که میتواند به درک بهتر ما از نحوه تولد سیارات منجر شود. این تحقیق در نشریه Nature منتشر شده است.
