تلسکوپ فضایی جیمز وب: شش سیاره سرکش بدون ستاره میزبان را شناسایی کرد

ما سیارات را فرزندان ذاتاً محدود ستارگان میزبان می‌دانیم.

اما فضا چیز عجیب و غریبی است. اشیا همیشه از قوانینی که ما فکر می کنیم باید پیروی نمی کنند.

با استفاده از JWST، اخترشناسان شش جرم «سرکش» به اندازه یک سیاره را که به هیچ ستاره‌ای زوم نمی‌کنند، وحشی و آزاد در فضای بین‌ستاره‌ای، در محیط شگفت‌انگیز یک سحابی ستاره‌ساز در صورت فلکی پرسئوس، شکار کرده‌اند.

آدام لانگولد، اخترفیزیکدان از دانشگاه جان هاپکینز، می گوید: ما در حال بررسی محدودیت های فرآیند تشکیل ستاره هستیم.

‘اگر جسمی دارید که شبیه مشتری جوان است، آیا ممکن است در شرایط مناسب به ستاره تبدیل شود؟ این زمینه مهمی برای درک شکل گیری ستاره و سیاره است.’

چند راه برای ساختن یک شی کیهانی وجود دارد. تصور می‌شود ستاره‌ها از بالا به پایین تشکیل می‌شوند: توده‌ای در یک ابر متراکم غبار و گاز تحت تأثیر گرانش فرو می‌ریزد و جرم بیشتر و بیشتری از قرصی از مواد جمع می‌کند که در اطراف آن می‌چرخد تا زمانی که فشار و گرما در مرکز آن به اندازه‌ای زیاد شود که مشتعل کردن همجوشی هیدروژنی

حداقل برخی از سیارات تصور می شود که از یک فرآیند از پایین به بالا، از مواد باقی مانده در دیسک پس از پایان شکل گیری ستاره تشکیل می شوند. در این سناریو، توده‌های مواد شروع به چسبیدن به یکدیگر به صورت الکترواستاتیکی می‌کنند، سپس به صورت گرانشی، در نهایت مواد کافی برای تشکیل یک هسته و گوشته متمایز ایجاد می‌کنند.

مشخص نیست که مرز بین این مکانیسم های شکل گیری کجاست. و همین سوال بود که محققان را وادار کرد تا JWST را به سمت سحابی به نام NGC 1333 در پرسئوس، منطقه‌ای مملو از خوشه‌هایی از ستاره‌های جوان که به تازگی از گاز درون تشکیل شده‌اند، نشان دهند.

ما از حساسیت بی‌سابقه وب در طول موج‌های فروسرخ برای جست‌وجوی ضعیف‌ترین اعضای یک خوشه ستاره‌ای جوان استفاده کردیم، و به دنبال پاسخگویی به یک سوال اساسی در نجوم بودیم: یک جسم چگونه می‌تواند مانند ستاره شکل بگیرد؟ اخترفیزیکدان ری جایاوردهانا از دانشگاه جان هاپکینز می گوید.

‘به نظر می رسد کوچکترین اجرام شناور آزاد که مانند ستاره ها تشکیل می شوند، با سیارات فراخورشیدی غول پیکری که دور ستاره های مجاور می چرخند، همپوشانی دارند.’

ستاره شناسان تخمین می زنند که ممکن است میلیاردها سیاره سرکش وجود داشته باشد که در کهکشان راه شیری حرکت می کنند. بخش بزرگی از این ها به روش معمول، در باقی مانده غذای خورده شده توسط یک ستاره بچه شکل می گیرد. فعل و انفعالات گرانشی گیج کننده می تواند این جهان ها را از لنگرگاه های ستاره ای خود رها کند و آنها را به ماجراجویی های بدون ستاره بفرستد (یا در دام جاذبه یک ستاره بیگانه گرفتار شوند).

اما این امکان وجود دارد که برخی از سیارات سرکش رشد خود را به همان روشی که ستارگان انجام می دهند آغاز کنند. ما جمعیتی از اجرام را می شناسیم که شبیه ستاره ها هستند، اما جرم کافی برای همجوشی هیدروژن ندارند. اینها کوتوله های قهوه ای هستند که جرمی بین ۱۳ تا ۸۵ برابر مشتری دارند. این اجسام به اندازه کافی عظیم هستند که از همجوشی دوتریوم – نوعی هیدروژن سنگین که همجوشی آن به فشار و دمای کمتری نیاز دارد – پشتیبانی کنند. می درخشند، اما کم نور.

مدل‌سازی نشان می‌دهد که حد بالایی جرم برای تشکیل سیاره از پایین به بالا، از طریق برافزایش هسته، کمتر از ۱۰ مشتری است. علاوه بر این، جمعیت NGC 1333 جوان است، و چنین برافزایی کمی زمان می برد – همانطور که فعل و انفعالات گرانشی که آنها را در کهکشان بزرگ و وسیع قرار می دهد، کمی زمان می برد.

بنابراین زمانی که JWST شش جرم بین پنج تا ده برابر مشتری را مشاهده کرد، لانگولد و تیمش فکر کردند که باید از فروپاشی گرانشی شکل گرفته باشند. این موضوع زمانی تایید شد که آنها دیسک هایی را در اطراف هر یک از اجرام نسبتا ریز پیدا کردند، درست مانند ستاره های کوچک در مینیاتور.

مشاهدات ما تأیید می کند که طبیعت اجسام جرم سیاره ای را حداقل به دو روش مختلف تولید می کند – از انقباض ابری از گاز و غبار، نحوه شکل گیری ستاره ها، و در قرص های گاز و غبار اطراف ستاره های جوان، مانند مشتری در خورشید خودمان. جایاوردهانا می‌گوید.

جالب توجه است، اگرچه JWST به اندازه کافی برای شناسایی اجرام کوچکتر حساس است، اما محققان هیچ جهان سرکشی کوچکتر از پنج مشتری پیدا نکردند. این نشان می دهد که این نقطه برش است. در زیر این جرم، احتمالاً سیارات باید از طریق برافزایش هسته تشکیل شوند.

یافته‌های این تیم نشان می‌دهد که این اشیاء فراوان هستند و ۱۰ درصد از کل اجرام خوشه‌ای را که مورد مطالعه قرار دادند، تشکیل می‌دهند. و کشف این دنیاها احتمالات شگفت انگیزی را نشان می دهد که مرز بین یک ستاره و سیاراتش و یک سیاره و قمرهایش را محو می کند.

الکس شولز، اخترفیزیکدان از دانشگاه سنت اندروز در بریتانیا، می‌گوید: آن اجرام کوچک با جرمی قابل مقایسه با سیارات غول‌پیکر ممکن است خودشان بتوانند سیاره‌های خود را تشکیل دهند. این ممکن است مهد کودک یک منظومه سیاره ای مینیاتوری باشد، در مقیاسی بسیار کوچکتر از منظومه شمسی ما.

این تحقیق در مجله Astronomical پذیرفته شده است و در arXiv موجود است.