این ابرها شامل گازهای سرد، غلیظ و عمدتاً مولکولهای هیدروژن هستند و بهنوعی زادگاه طبیعی ستارهها به شمار میروند. وقتی بخشی از این ابرها تحت تأثیر ناپایداریها، گرانش یا امواج ضربهای ناشی از ابرنواخترها فشرده میشود، فرو میریزد و یک ستارهٔ اولیه شکل میگیرد. در این فرایند، مادهٔ اطراف همچنان بر روی این هستهٔ نوزاد میریزد و باعث میشود ستاره جرم بیشتری بهدست آورد.
همزمان با چرخش ستارهٔ در حال تولد، گاز و غبار اطراف آن به دلیل پایستگی تکانهٔ زاویهای در یک صفحهٔ چرخان گسترده میشود. این صفحه را «قرص پیستارهای» یا دیسک پیشسیارهای مینامند. همانگونه که نامش نشان میدهد، این منطقهٔ چرخان محیطی است که در آن سیارات با جذب ماده از این دیسک شکل میگیرند.
این توضیح سادهای از فرایندی است که در واقعیت بهشدت پیچیده است و هنوز بخش زیادی از آن ناشناخته مانده و موضوع تحقیقات گستردهٔ نجومی است. دههها پژوهش نشان دادهاند که ستارهها بهتدریج از این دیسکها ماده جذب میکنند؛ بخشی از ماده توسط تابش ستاره به بیرون رانده میشود و بخش دیگر هستههای اولیهٔ سیارات را میسازد. با گذشت زمان، دیسک پیستارهای پراکنده میشود، ستاره فرایند جذب ماده را متوقف میکند و به جرم نهایی خود میرسد. همزمان، تشکیل سیارات نیز پایان مییابد.
با وجود این، مشاهدهٔ مستقیم این محیطها کار بسیار دشواری است. این محیطها توسط لایههای ضخیم گاز و غبار پوشانده شدهاند و غالباً آنچه میدانیم ترکیبی از دادههای مشاهدهای و مدلسازیهای نظری است. بنابراین، این الگو برای همهٔ انواع ستارهها به یک اندازه قابل اعمال نیست. برای مثال این الگو برای ستارههایی با جرم مشابه خورشید خوب عمل میکند، اما برای ستارههای میانجرم درست به نظر نمیرسد.
وقتی اخترشناسان ستارههایی با جرم بین ۱٫۵ تا ۴ برابر خورشید را بررسی میکنند، متوجه میشوند این ستارهها بسیار سریعتر از انتظار ماده جذب میکنند.
پژوهش جدید نشان میدهد که برخلاف انتظار، در این ستارهها میزان جذب ماده با افزایش سن کاهش نمییابد، بلکه برعکس: این ستارهها در اواخر مرحلهٔ رشد دچار «جهش رشدی» میشوند. نکتهٔ شگفتانگیز اینجاست که این جهش رشدی نهتنها مانع شکلگیری سیارات نمیشود، بلکه حتی به تشکیل غولهای گازی مانند مشتری کمک میکند.
این تحقیق با عنوان:
«تکامل نرخ جذب ماده در ستارههای جوان میانجرم: پیامدهای آن برای تکامل دیسک و تشکیل سیارهها»
در The Astronomical Journal منتشر شده است و نویسندهٔ اصلی آن شان بریتن (Sean Brittain)، استاد فیزیک و نجوم دانشگاه کلمسون در کارولینای جنوبی است.
بریتن در بیانیهٔ مطبوعاتی میگوید:
«مثل انسانها، ستارهها نیز مرحلهای نوجوانی دارند که در آن با ولع فراوان “غذا میخورند”. آنها دیرتر از آنچه انتظار داشتیم، سریعتر رشد میکنند.»
این پژوهش بر روی دو نوع ستاره تمرکز دارد:
- ستارههای تیتائوری میانجرم (IMTTS)
- ستارههای هربیگ (Herbig Ae/Be)
ستارههای تیتائوری، ستارههای جوان و در مرحلهٔ پیشتوالی اصلی هستند. ستارههای هربیگ نیز مرحلهٔ تکاملیافتهتر همین ستارهها محسوب میشوند؛ این ستارهها به توالی اصلی نزدیکترند، اما هنوز در حال رشد هستند و همچنان در دل دیسکشان قرار دارند. هربیگها از خورشید داغتر و پرجرمترند.
در بخش مقدمهٔ مقاله آمده است:
«ما نرخ جذب مادهٔ ستارههای پیشتوالی اصلی میانجرم را بررسی کردیم و نرخ جذب مادهٔ IMTTSها را با ستارههای هربیگ، که مرحلهٔ تکاملیافتهتر همانها هستند، مقایسه کردیم.»
ستارهها هنگام جذب ماده از خود انرژی تابش میکنند؛ این مسئله قلب پژوهش جدید است، زیرا با اندازهگیری انرژی تابشی میتوان نرخ رشد ستاره را اندازه گرفت.
بریتن میگوید:
«وقتی ماده روی یک ستاره سقوط میکند، مقدار زیادی انرژی آزاد میشود. همانطور که وقتی چیزی را از ارتفاع بیندازید صدایی تولید میشود یا حتی ممکن است جسم بشکند، در مقیاس ستارهای این ریزش ماده انرژی بسیار بیشتری آزاد میکند. ما این انرژی را به شکل تابش اضافی میبینیم و همین تابش به ما اجازه میدهد نرخ رشد ستاره را اندازه بگیریم.»
وقتی پژوهشگران ستارههای هربیگ را بررسی کردند، مشاهده کردند نرخ جذب ماده در این ستارهها با افزایش سن بیشتر میشود.
این یافته غیرمنتظره بود، زیرا یعنی دیسکهای اطراف این ستارهها باید بسیار پرجرم باشند. اما این موضوع مشکلساز است:
دیسکهایی که بیش از ۱۰٪ جرم ستاره را داشته باشند ناپایدار میشوند و قبل از شکلگیری سیارات، متلاشی میشوند.
اعتبار تصویر: بریتن و همکاران، ۲۰۲۵، The Astronomical Journal»
اویدمایر از رصدخانهٔ سلطنتی بلژیک میگوید:
«این یافته نشان میدهد دیسکها در آغاز بسیار پرجرماند و این مسئله مشکلساز است، زیرا چنین دیسکهایی پیش از آنکه سیارات شکل بگیرند، از هم میپاشند.»
شاید بهنظر برسد که دیسک پرجرم به تشکیل سیارات کمک میکند، اما حقیقت برعکس است: دیسکی که بیش از ۱۰٪ جرم ستاره باشد، دچار ناپایداری گرانشی میشود و با سرعت به تودههای بزرگی تقسیم میشود که مانع تشکیل تدریجی سیارات میشوند.
وقتی پژوهشگران به ستارههای تیتائوری میانجرم نگاه کردند، دیدند این ستارهها بیش از ۱۰ برابر کمتر از ستارههای هربیگ ماده جذب میکنند.
این یافته مشکل جرم دیسک را حل میکرد: دیسک میتوانست کوچکتر باشد و همچنان امکان تشکیل سیارات غولپیکر را بدهد.
اعتبار تصویر: بریتن و همکاران، ۲۰۲۵، The Astronomical Journal»
گوندولین موس از دانشگاه خودمختار مادرید میگوید:
«بهجای نرخ جذب مادهٔ بالا، ما نرخهایی دیدیم که تا ۳۰ برابر کمتر از ستارههای هربیگ بودند. از این نظر مشکل جرم دیسک حل میشود.»
با این حال، مشکل تازهای ایجاد میشود:
چرا ستارهٔ پیرتر بیشتر از ستارهٔ جوانتر ماده جذب میکند؟
طبق نظریه، درست برعکس این باید اتفاق بیفتد.
بریتن میگوید:
«طبق نظریه انتظار داریم که ستارهها با گذشت زمان کمتر ماده جذب کنند، نه بیشتر. این یافتهٔ جدید به یک توضیح بر پایهٔ فیزیک نیاز دارد وگرنه باید در نگاهمان بازنگری کنیم.»
پژوهشگران مدلی ارائه کردند که این رفتار عجیب را توضیح میدهد.
طبق مدل آنها، جذب ماده توسط ستاره به میزان تابش ستاره، بهویژه فرابنفش دور (FUV) بستگی دارد.
بهنقل از مقاله:
«به نظر میرسد با افزایش دمای مؤثر ستاره هنگام نزدیکشدن به توالی اصلی، تابش FUV رشد چشمگیر میکند. ما پیشنهاد میکنیم این افزایش تابش دلیل افزایش نرخ جذب ماده باشد.»
بهبیان ساده:
هرچه ستاره داغتر شود، تابش فرابنفش بیشتری منتشر میکند. این تابش گازهای دیسک را یونیزه میکند. گاز یونیزهشده بهتر به میدان مغناطیسی ستاره واکنش نشان میدهد و در نتیجه فرایند ناپایداری مغناطیسی-چرخشی (MRI) تشدید میشود. MRI عامل اصلی جذب ماده از دیسک به ستاره است.
گاز یونیزهشده دچار آشفتگی میشود و تکانهٔ زاویهای را به بیرون منتقل میکند. این باعث میشود بخشهای درونی دیسک تکانهٔ کمتری داشته باشند و در نتیجه ستاره بتواند ماده را سریعتر جذب کند.
به این ترتیب، پژوهش جدید مشکل تشکیل سیارات غولپیکر پیرامون ستارههای میانجرم را حل میکند:
ستارهٔ داغتر → تابش قویتر → یونش بیشتر → جذب سریعتر → امکان تشکیل مشتریهای فراوان.
بریتن میگوید:
«این موضوع که ستارههای داغتر تابش فرابنفش بیشتری منتشر میکنند بیش از ۱۰۰ سال است شناخته شده. همچنین نقش یونش گاز در فرایند جذب ماده نیز دهههاست پذیرفته شده. این کار نشان میدهد چگونه تکههای علم میتوانند در کنار هم قرار بگیرند و تصویر جدیدی بسازند.»
مشاهدات جدید با این مدل سازگار است. ابزار ALMA و SPHERE بازوهای مارپیچی زیادی را در دیسک ستارههای هربیگ نشان دادهاند که نشانهٔ وجود سیارات غولپیکر در حال تشکیل است. اما دیسک ستارههای تیتائوری چنین ساختارهایی ندارد.
در پایان مقاله آمده است:
«ساختارهای مارپیچی در ستارههای هربیگ بهاحتمال زیاد نشانهٔ شکلگیری سیارات غولپیکر است.»
در جمعبندی نیز مینویسند:
«مدل ما نشان میدهد دیسکها—even با وجود نرخ جذب مادهٔ بالا—میتوانند میلیونها سال پابرجا بمانند و این زمان کافی برای تشکیل سیارات غولپیکر در اطراف ستارههای هربیگ را فراهم میکند.»