آیا یک سیاره تازه‌متولدشده قرص پیرامون فُمالهوت را دچار انحراف کرده است؟

فاصله‌ای که آن را به جرمی مناسب برای رصدهای دقیق تبدیل می‌کند. این ستاره، جوان نیز به شمار می‌آید؛ تنها حدود ۴۴۰ میلیون سال از عمر آن می‌گذرد. در چنین سنینی، ستاره‌هایی مانند فُمالهوت معمولاً در میان قرص‌های فعال بقایای کیهانی قرار دارند. این قرص‌ها از ذرات سنگی و غباری تشکیل شده‌اند که حاصل برخورد و خرد شدن سیاره‌واره‌ها (Planetesimals) هستند. درست در همین قرص‌هاست که سیاره‌های فراخورشیدی شکل می‌گیرند. یکی از موضوعات داغ در پژوهش‌های سیاره‌های فراخورشیدی، چگونگی شکل‌گیری این سیاره‌ها در قرص‌های پیرامون ستاره‌ها است.

اما یافتن سیاره‌های فراخورشیدی در چنین قرص‌هایی کار آسانی نیست. اخترشناسان با بررسی شکل و مورفولوژی قرص‌ها و تغییرات غیرعادی در ساختار آن‌ها تلاش می‌کنند حضور یک سیاره‌ی پنهان را استنباط کنند. قرص فُمالهوت نیز به طرز غیرمعمولی دچار پیچش و آشفتگی است و پژوهش‌های تازه نشان می‌دهد که احتمالاً دلیل این پیچیدگی، حضور یک سیاره‌ی پرجرم در حال گردش به دور ستاره است.

اخیراً دو مقاله‌ی مستقل به ارائه‌ی مشاهدات تازه از فُمالهوت و قرص پیرامون آن پرداخته‌اند. نخستین مقاله با عنوان «آلما گرادیان خروج از مرکز را در قرص بقایای فُمالهوت آشکار می‌کند» در نشریه Astrophysical Journal منتشر شده و نویسنده‌ی اصلی آن جاشوا لاوِل از مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونین است. مقاله‌ی دوم با عنوان «داده‌های با وضوح بالای آلما از قرص بقایای فُمالهوت تغییرات پهنای اَپسیدال را تأیید می‌کند» در Astrophysical Journal Letters چاپ شده و نویسنده‌ی اصلی آن جی چی‌تیدی از دپارتمان فیزیک و نجوم دانشگاه جان هاپکینز است.

چی‌تیدی و همکارانش در مقاله‌ی خود نوشتند:

«نزدیکی فُمالهوت به ما این امکان را می‌دهد که ساختار آن را با وضوحی بسیار بیشتر از سیستم‌های دیگر بررسی کنیم و همین موضوع سبب شده که این ستاره همچنان یکی از اهداف اصلی برای کاوش مراحل اولیه‌ی تحول سامانه‌های سیاره‌ای باشد.»

کشف اصلی این پژوهش‌ها نشان می‌دهد که قرص بقایای فُمالهوت بیضوی (دارای خروج از مرکز) است، اما این خروج از مرکز ثابت نیست. در عوض، بسته به فاصله از ستاره تغییر می‌کند. به بیان دیگر، پژوهشگران آن را «گرادیان منفی خروج از مرکز» می‌نامند. یعنی هر چه بخشی از قرص از ستاره دورتر باشد، بیضوی بودن آن کمتر می‌شود.

جاشوا لاوِل، نویسنده‌ی اصلی یکی از مقالات، می‌گوید:

«مشاهدات ما برای نخستین بار نشان می‌دهند که خروج از مرکز قرص ثابت نیست. این خروج از مرکز به‌طور پیوسته با افزایش فاصله کاهش می‌یابد، یافته‌ای که تاکنون هرگز به‌طور قطعی در هیچ قرص بقایایی نشان داده نشده بود.»

این شکل بخشی از مشاهدات آلما (ALMA) و همچنین داده‌های تلسکوپ جیمز وب (JWST) (پایین سمت راست) را که در پژوهش به‌کار رفته‌اند نشان می‌دهد. قرص بقایای فُمالهوت یک گرادیان منفی خروج از مرکز را به نمایش می‌گذارد؛ به این معنا که هرچه بخشی از قرص از ستاره دورتر باشد، بیضوی بودن آن کمتر است. سمت جنوب‌شرقی (SE) قرص ۴ واحد نجومی پهن‌تر از سمت شمال‌غربی (NW) آن است. منحنی‌های کم‌رنگ‌تری که در تصاویر پایین دیده می‌شوند، مرزهای کمربند درونی (IB) قرص را مشخص می‌کنند.
اعتبار تصویر: Chittidi و همکاران، ۲۰۲۵، ApJL

در مقاله‌ی دوم، نویسندگان نوشتند:

«ما از پروفیل‌های شعاعی برای اندازه‌گیری قرص در دو لبه‌ی مخالف استفاده کردیم و دریافتیم که سمت جنوب‌شرقی (SE) قرص، ۴ واحد نجومی (au) پهن‌تر از سمت شمال‌غربی (NW) آن است؛ همان‌طور که توسط آلما مشاهده شد.»

اما پرسش اصلی این است: چه چیزی این پدیده را ایجاد کرده است؟

بر پایه‌ی نظریه‌ها، سیاره‌ها می‌توانند چنین قرص‌هایی را شکل دهند، هرچند تاکنون سیاره‌ای به‌طور مستقیم در این بخش رصد نشده است. پژوهشگران مدلی را بر داده‌ها منطبق کردند و دریافتند که سیاره‌هایی پنهان در حلقه‌ها می‌توانند قرص‌ها را به‌گونه‌ای تغییر دهند که گرادیان منفی خروج از مرکز پدید آید.

لاوِل و همکارانش در مقاله‌ی خود توضیح می‌دهند:
«از آن‌جا که استنباط وجود یک گرادیان خروج از مرکز در قرص فُمالهوت پیامدهای مهمی برای حضور و ویژگی‌های مداری یک سیاره‌ی داخلیِ در حال برهم‌کنش با قرص دارد، در گام بعدی ویژگی‌های احتمالی این سیاره را بررسی کردیم.»

مشاهدات تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) محدودیت‌هایی بر جرم و مدار سیاره‌ی احتمالی اعمال می‌کند. لاوِل و همکارانش می‌نویسند:
«شاید مهم‌ترین داده‌ها برای محدودسازی ویژگی‌های سیاره، مشاهدات ابزار MIRI در جیمز وب باشند. در این داده‌ها نخستین شواهد از یک کمربند میانی ارائه شد که لبه‌ی درونی آن در فاصله‌ی ۸۳ واحد نجومی و لبه‌ی بیرونی آن در ۱۰۴ واحد نجومی قرار دارد.»

در مقاله‌ی لاوِل، نویسندگان دو سناریوی اصلی برای وجود سیاره مطرح می‌کنند:

در سناریوی نخست، سیاره‌ای در فاصله‌ی ۱۰۹ تا ۱۱۵ واحد نجومی قرار دارد که مستقیماً مواد را تا لبه‌ی داخلی کمربند اصلی فُمالهوت (همان‌طور که آلما نشان داده) پاکسازی کرده است.
در سناریوی دوم، سیاره‌ای نزدیک‌تر در فاصله‌ی ۷۰ تا ۷۵ واحد نجومی قرار دارد؛ یعنی درست درون کمربند میانی که جیمز وب آشکار کرده است.

مدل‌سازی‌ها همچنین نشان می‌دهند که قرص فُمالهوت احتمالاً از ابتدا بیضوی بوده و یک سیاره مسئول شکل‌دهی به مورفولوژی آن است. نویسندگان مقاله نتیجه می‌گیرند:
«این یافته‌ها می‌توانند نشان دهند که برهم‌کنش سیاره و قرص، عامل اصلی در شکل‌دهی به ساختار قرص (مانند لبه‌های داخلی و شکاف‌ها در قرص که توسط جیمز وب مشاهده شد) است، اما لزوماً مسئول ایجاد بیضوی بودن آن نیست. بنابراین، حلقه‌ی بیضوی فُمالهوت احتمالاً از آغاز با همین ویژگی زاده شده است.»

ویژگی جالب تنها خروج از مرکز قرص نیست. پژوهشگران همچنین به تفاوت در روشنایی بخش‌های مختلف قرص و وجود ساختارهای فرعی گوناگون در حلقه‌ها اشاره کرده‌اند.

جی چی‌تیدی، نویسنده‌ی اصلی مقاله‌ی دوم، در بیانیه‌ای مطبوعاتی گفت:
«به بیان ساده: ما نتوانستیم مدلی با خروج از مرکز ثابت پیدا کنیم که بتواند این ویژگی‌های عجیب در قرص فُمالهوت را توضیح دهد. با مقایسه‌ی مدل‌های قدیمی و جدید، اکنون قادر هستیم این قرص را بهتر تفسیر کنیم و تاریخچه و وضعیت کنونی این سامانه‌ی پویا را بازسازی کنیم.»

با این حال، اخترشناسان هنوز هیچ راهی برای آشکارسازی مستقیم سیاره، در صورت وجود آن، ندارند. مقاله‌ی لاوِل می‌نویسد:
«در هر دو سناریو، جرم و دامنه‌ی نیم‌قطر بزرگ سیاره‌ی فرضی کمتر از آستانه‌ی حساسیت روش‌های موجود برای کشف سیاره است.»

مدلی که لاوِل و همکارانش توسعه داده‌اند می‌تواند با مشاهدات آلما از قرص‌های بیضوی دیگر بیشتر آزموده شود. با پیشرفت ابزارها و روش‌های رصدی، این امیدواری وجود دارد که بار دیگر فُمالهوت بررسی شود و وجود سیاره و مدلی که آن را پیش‌بینی کرده بود، به تأیید برسد. لاوِل در پایان می‌گوید:
«و امیدواریم سرنخ‌های تازه‌ای پیدا کنیم که ما را به کشف آن سیاره‌ی پنهان برساند!»