ستاره شناسان با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب، غنی ترین ‘منو’ از هیدروکربن ها را که تا به حال در یک قرص تشکیل دهنده سیاره دیده شده است، کشف کرده اند. این مشاهدات، که شامل قرص پیش سیاره ای اطراف یک ستاره کوچک بود، همچنین اولین کشف اتان را در خارج از منظومه شمسی نشان داد.
این کشف زمانی انجام شد که ابزار فروسرخ میانی (MIRI) در تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) جسم ‘ISO-ChaI 147’ را به عنوان بخشی از بررسی دیسک فروسرخ میانی (MINDS) بررسی کرد. ISO-ChaI 147 یک ستاره جوان است که در منطقه ستاره‌ساز آفتاب‌پرست I با حدود ۲۳۷ ستاره واقع شده است. این منطقه در فاصله ۶۰۰ سال نوری از ما قرار دارد.
این مشاهدات JWST ISO-ChaI 147 نشان می‌دهد که قرص‌های پیش سیاره‌ای ستارگان کوچک در تشکیل سیارات کوچکتر و شبیه زمین کارآمدتر از آنها در تولد غول‌های گازی بسیار بزرگتر و مشتری‌مانند هستند. بنابراین، از آنجایی که ستارگان کم جرم بیشتر از ستاره های بزرگتر در کهکشان راه شیری رایج هستند، ممکن است تعداد سیارات زمینی در کهکشان ما بیشتر از آنچه قبلاً تصور می شد وجود داشته باشد.
این یافته‌ها همچنین نشان می‌دهد که ابرهای سیاره‌ای متشکل از گاز و غبار اطراف ستاره‌های کوچک، متفاوت از ابرهای اطراف ستاره‌ها به اندازه خورشید و بزرگتر ساخته شده‌اند – حداقل از نظر شیمیایی. منوی شیمیایی متفاوت اطراف این ستارگان نسبتا کوچک ممکن است به این معنی باشد که سیارات صخره ای آنها دارای جو بسیار متفاوتی با جو زمین هستند.
جرم ISO-ChaI 147 کمی بیش از ۱۰ درصد جرم خورشید است و توسط یک دیسک پیش سیاره ای با شیمی غنی از کربن که دارای ۱۳ مولکول حاوی کربن، از جمله اتان و بنزین است، احاطه شده است. با این حال، فراوانی مولکول های حامل اکسیژن در این دیسک بسیار کم است.
اینگا کمپ، عضو تیم و محقق دانشگاه گرونینگن در بیانیه‌ای گفت: «این کاملاً با ترکیبی که در دیسک‌های اطراف ستاره‌های خورشیدی می‌بینیم، که در آن مولکول‌های حامل اکسیژن مانند آب و دی‌اکسید کربن غالب هستند، متفاوت است.
تیم MINDS فکر می‌کند که این نشان می‌دهد که مواد به صورت شعاعی از طریق قرص پیش سیاره‌ای ISO-ChaI 147 منتقل می‌شوند، بنابراین بر ترکیب عمده سیاره‌هایی که درون دیسک شکل می‌گیرند تأثیر می‌گذارد.
این برای شکار سیارات فراخورشیدی چه معنایی دارد؟
ستارگان زمانی متولد می شوند که ابرهای عظیم گاز و غبار تکه های بسیار متراکم ایجاد می کنند که در نهایت تحت گرانش خود فرو می ریزند. با این حال، این فرآیند از همه آن مواد استفاده نمی کند، که منجر به احاطه شدن ستاره های شیرخوار توسط ابرهای چرخان و صاف شده از گاز و غبار به نام دیسک های پیش سیاره ای می شود. وقتی تکه‌هایی از ماده در این دیسک متراکم می‌شوند، سیارات پدیدار می‌شوند – این چیزی است که در حدود ۴.۶ میلیارد سال پیش در اطراف خورشید نوزاد ما اتفاق افتاد.
مقدار مواد موجود در یک دیسک پیش سیاره‌ای و نحوه توزیع آن گاز و غبار، محدودیتی بر تعداد سیاره‌هایی که یک ستاره می‌تواند میزبان باشد، و همچنین بلوک‌های سازنده آن سیارات را محدود می‌کند. نتایج JWST ISO-ChaI 147 نشان می دهد که این دیسک پیش سیاره ای برای تولد سیارات سنگی کوچکتر به جای غول های گازی بزرگتر مناسب است.
از آنجایی که محیط‌های موجود در دیسک‌های پیش سیاره‌ای شرایط تشکیل سیارات جدید را تعیین می‌کنند، این یافته که دیسک‌های احاطه کننده ستارگان بسیار کم جرم متفاوت از محیط‌های اطراف ستارگان پرجرم‌تر تکامل می‌یابند، پیامدهای بالقوه‌ای برای یافتن سیارات سنگی با ویژگی‌های مشابه زمین دارد. با این حال، ستاره‌های کوچک می‌توانند میزبان سیاراتی باشند که از بسیاری جهات شبیه زمین هستند، اما در سایر موارد کاملاً متفاوت هستند.
توماس هنینگ، رهبر تیم MINDS و محقق در موسسه نجوم ماکس پلانک (MPIA) می‌گوید: «بسیاری از جوهای اولیه این سیارات احتمالاً تحت سلطه ترکیبات هیدروکربنی خواهند بود و نه چندان تحت تأثیر گازهای غنی از اکسیژن مانند آب و دی اکسید کربن». ، در بیانیه اشاره شده است. ما در یک مطالعه قبلی نشان دادیم که انتقال گاز غنی از کربن به منطقه‌ای که سیارات زمینی معمولاً در آن شکل می‌گیرند سریع‌تر اتفاق می‌افتد و در آن قرص‌ها نسبت به ستارگان پرجرم‌تر کارآمدتر است.»
دلیل عدم تعادل کربن و اکسیژن بین دیسک های پیش سیاره ای ستارگان با جرم های مختلف در حال حاضر مشخص نیست. به عنوان مثال، می‌تواند نتیجه غنای دیسک‌های اطراف ستاره‌های کوچکتر با کربن یا کمبود اکسیژن در آنها باشد.
اگر اولی درست باشد، به این معنی است که غنی‌سازی کربن می‌تواند اتفاق بیفتد، زیرا ذرات جامد در دیسک از محتوای کربن خود حذف می‌شوند. این محتوا به صورت گاز منتشر می شود. این ذرات جامد فاقد کربن سیاره‌هایی با اجسام سنگی تشکیل می‌دهند که از کربن فقیر هستند. با این حال، اتمسفر این دنیاها به دلیل وجود گاز کربن بیش از حد در محیطی که در آن متولد شده‌اند، تحت سلطه کربن است. بنابراین، این سیارات سنگی در اطراف ستارگان کوچک در نهایت غنی از کربن خواهند بود – و کاملاً متفاوت از زمین.
آدیتیا عربهاوی، رهبر این پژوهش، همچنین از دانشگاه گرونینگن، افزود که این یافته ها به دلیل موقعیت منحصر به فرد JWST در حدود یک میلیون مایل (۱.۶ میلیون کیلومتر) از زمین امکان پذیر شده است.
عربهاوی گفت: «این مشاهدات از زمین امکان پذیر نیست زیرا انتشار گازهای مربوطه توسط جو آن جذب می شود. ‘پیش از این، ما فقط می‌توانستیم انتشار استیلن را از این جسم شناسایی کنیم. با این حال، حساسیت بالاتر JWST و وضوح طیفی ابزارهای آن به ما اجازه می‌دهد گسیل ضعیف را از مولکول‌های کم‌تر تشخیص دهیم.’
خدمه MINDS اکنون قصد دارد دیسک های پیش سیاره ای بیشتری را در اطراف ستاره های کم جرم بررسی کند. این به ما کمک می‌کند تا مشخص کنیم که مناطق شکل‌گیرنده سیاره‌های زمینی مانند ISO-ChaI 147 چقدر رایج هستند.
هنینگ در پایان گفت: «گسترش مطالعه ما همچنین به ما این امکان را می دهد که درک بهتری از نحوه تشکیل این مولکول ها داشته باشیم. چندین ویژگی در داده‌ها نیز هنوز ناشناخته هستند، که طیف‌سنجی اضافی را برای تفسیر کامل مشاهدات ما تضمین می‌کند.»
تحقیقات این تیم روز پنجشنبه (۶ ژوئن) در مجله Science منتشر شد.
