یکی از پرسشهای قدیمی در علم نجوم این بوده است که چگونه مواد معدنیای که برای شکلگیری به دمای بسیار بالا نیاز دارند، در اجرامی یافت میشوند که در سردترین مناطق منظومههای ستارهای قرار دارند. ستارهشناسان سالهاست که در ترکیب شیمیایی بسیاری از دنبالهدارها ذراتی به نام سیلیکاتهای بلوری را شناسایی کردهاند. این مواد معدنی برای تشکیل شدن به دماهای بسیار بالا، گاهی تا صدها یا هزاران درجه سانتیگراد، نیاز دارند. با این حال، دنبالهدارها معمولاً در مناطقی مانند کمربند کویپر و ابر اورت شکل میگیرند؛ نواحی بسیار سردی که در فاصله زیادی از ستاره مرکزی قرار دارند و دمای آنها به اندازهای پایین است که آب و بسیاری از مواد فرار به صورت یخزده باقی میمانند. این تناقض برای دههها ذهن پژوهشگران را به خود مشغول کرده بود و آنها به دنبال توضیحی بودند که نشان دهد این مواد داغ چگونه به چنین مناطق سردی راه پیدا کردهاند.
اکنون گروهی از پژوهشگران با استفاده از تواناییهای پیشرفته تلسکوپ فضایی جیمز وب توانستهاند شواهد مهمی برای حل این معما ارائه کنند. در این پژوهش، دانشمندان از ابزار فروسرخ میانی تلسکوپ جیمز وب که با نام MIRI شناخته میشود، برای مطالعه یک پیشستاره یا ستاره در حال شکلگیری به نام EC ۵۳ استفاده کردند. پیشستارهها اجرامی هستند که هنوز به مرحله کامل ستاره شدن نرسیدهاند و درون ابرهای عظیم گاز و غبار متولد میشوند. در اطراف این اجرام جوان، دیسکی از گاز و غبار وجود دارد که به آن دیسک پیشسیارهای گفته میشود. این دیسکها محل شکلگیری سیارهها، سیارکها، دنبالهدارها و سایر اجرام منظومههای ستارهای هستند. مشاهده دقیق این محیطها میتواند اطلاعات ارزشمندی درباره نحوه شکلگیری منظومههای سیارهای در اختیار دانشمندان قرار دهد.
نتایج این مطالعه نشان داد که سیلیکاتهای بلوری در بخشهای داخلی و بسیار داغ دیسک پیشسیارهای اطراف EC ۵۳ شکل میگیرند. این ناحیه نزدیک به ستاره جوان قرار دارد و دمای آن به اندازهای بالاست که مواد معدنی آمورف یا غیربلوری میتوانند ساختار بلوری پیدا کنند. فرآیند بلوری شدن در چنین شرایطی رخ میدهد و باعث ایجاد سیلیکاتهایی میشود که ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی متفاوتی نسبت به نمونههای غیربلوری دارند. پیش از این دانشمندان حدس میزدند که چنین فرآیندی در نزدیکی ستارهها رخ میدهد، اما مشخص نبود این مواد چگونه از محیطهای بسیار داغ به مناطق سرد و دوردست منتقل میشوند. مشاهده مستقیم توسط تلسکوپ جیمز وب اکنون این حلقه گمشده را آشکار کرده و توضیحی منطقی برای این انتقال ارائه داده است.
بر اساس دادههای جمعآوریشده، ستاره EC ۵۳ دورههای بسیار فعالی را تجربه میکند که حدود ۱۰۰ روز طول میکشند. در این بازههای زمانی، ستاره جوان مقدار زیادی از گاز و غبار اطراف خود را جذب میکند. این فرآیند باعث آزاد شدن انرژی عظیمی میشود و در نتیجه فورانهای قدرتمند و جریانهای شدیدی از ماده به فضا پرتاب میشوند. این فورانها که به شکل جتها و خروجیهای پرانرژی مشاهده شدهاند، نقش کلیدی در جابهجایی مواد درون دیسک پیشسیارهای دارند. دانشمندان دریافتند که این جریانهای نیرومند میتوانند سیلیکاتهای بلوری تازهتشکیلشده را از نواحی داخلی و داغ دیسک به سمت بخشهای خارجی و بسیار سرد آن منتقل کنند. در واقع، همان انرژیای که از فعالیت شدید ستاره جوان ناشی میشود، مانند یک سیستم انتقال طبیعی عمل کرده و مواد معدنی را به نقاط دوردست منظومه در حال شکلگیری میرساند.
این یافته اهمیت ویژهای دارد زیرا لبههای خارجی دیسک پیشسیارهای همان مناطقی هستند که دنبالهدارها معمولاً در آنها شکل میگیرند. اگر بخواهیم این پدیده را با منظومه شمسی خود مقایسه کنیم، میتوان گفت این نواحی مشابه کمربند کویپر هستند؛ منطقهای که تعداد زیادی از دنبالهدارهای کوتاهدوره در آن قرار دارند. همچنین اجرام یخی موجود در ابر اورت، که بسیار دورتر از خورشید هستند، احتمالاً از فرآیندهای مشابهی تأثیر پذیرفتهاند. بنابراین زمانی که دنبالهدارها در این محیطهای سرد شکل میگیرند، میتوانند سیلیکاتهای بلوری منتقلشده از بخشهای داخلی منظومه را نیز در ترکیب خود داشته باشند. این توضیح به خوبی روشن میکند که چرا ستارهشناسان هنگام بررسی نمونههای دنبالهدارها یا تحلیل طیف نور آنها، نشانههایی از مواد معدنی شکلگرفته در دماهای بالا را مشاهده میکنند.
اهمیت این کشف فراتر از حل یک معمای قدیمی درباره دنبالهدارهاست. این پژوهش دیدگاه جدیدی درباره نحوه انتقال مواد در مراحل اولیه شکلگیری منظومههای سیارهای ارائه میدهد و نشان میدهد که محیط اطراف ستارگان جوان بسیار پویاتر و فعالتر از آن چیزی است که پیشتر تصور میشد. درک این فرآیندها به دانشمندان کمک میکند تا تاریخچه شکلگیری منظومه شمسی و همچنین منظومههای فراخورشیدی دیگر را بهتر بازسازی کنند. علاوه بر این، شناخت نحوه جابهجایی مواد معدنی و ترکیبات مختلف در دیسکهای پیشسیارهای میتواند سرنخهای مهمی درباره منشأ سیارهها، قمرها و حتی مواد اولیه لازم برای پیدایش حیات فراهم کند. نتایج این تحقیق که در تاریخ ۲۱ ژانویه در نشریه معتبر Nature منتشر شده است، نمونهای دیگر از توانایی فوقالعاده تلسکوپ فضایی جیمز وب در آشکار کردن اسرار پنهان جهان به شمار میرود و نشان میدهد که این رصدخانه پیشرفته هنوز دستاوردهای علمی فراوانی برای ارائه خواهد داشت.
