این کشفیات درس‌های مهمی درباره‌ی چگونگی شکل‌گیری سیارات و ساختار منظومه‌های شمسی به ما می‌دهند. اما در کنار آن‌ها، تعداد فزاینده‌ای از سیارات سرگردان یا سیارات آزاد شناور نیز کشف شده‌اند. این سیارات برخلاف اغلب سیارات دیگر، به هیچ ستاره‌ای وابستگی گرانشی ندارند. اما این جهان‌های تنها چه چیزی می‌توانند به ما بیاموزند؟
در دهه ۱۹۹۰، دانشمندان متوجه شدند که تعاملات گرانشی می‌توانند باعث شوند سیارات از منظومه‌های خود بیرون رانده شوند و به سیارات سرگردان تبدیل شوند. شبیه‌سازی‌ها نشان دادند که این فرآیند می‌تواند بسیار رایج باشد و میلیاردها سیاره‌ی سرگردان در سراسر کهکشان راه شیری پرسه بزنند. در سال ۲۰۱۱، گروهی از ستاره‌شناسان با استفاده از تلسکوپ کانادا-فرانسه-هاوایی یکی از این سیارات تنها را در فاصله حدود ۱۰۰ سال نوری از زمین کشف کردند. امروزه تعداد بیشتری از این سیارات شناسایی شده‌اند و برخی تخمین‌های اخیر نشان می‌دهند که تعدادشان حتی ممکن است از تعداد ستارگان در کهکشان راه شیری بیشتر باشد—تا تریلیون‌ها سیاره سرگردان.
در پژوهشی جدید، گروهی از اخترشناسان از دانشگاه سنت اندروز اسکاتلند و دیگر مؤسسات، هشت سیاره سرگردان با جرم‌هایی بین ۵ تا ۱۰ برابر جرم مشتری را بررسی کردند. نکته‌ی جالب این است که شش مورد از این هشت سیاره، دارای دیسک‌های غبارآلود در اطراف خود هستند—پدیده‌ای که می‌تواند نشانگر توانایی این سیارات در شکل‌دادن منظومه‌های کوچک سیاره‌ای باشد.
این تحقیق با عنوان “طیف‌سنجی سیارات آزاد با جرم سیاره‌ای و دیسک‌های اطراف آن‌ها با استفاده از تلسکوپ جیمز وب” در نشریه The Astronomical Journal منتشر شده است. نویسنده اصلی، بلیندا دامیان، پژوهشگر دانشگاه سنت اندروز در اسکاتلند است.
به گفته‌ی پژوهشگران:
«اجرام آزاد با جرم سیاره‌ای (FFPMOها) در سنین جوانی دارای دیسک‌هایی هستند.»
در این پژوهش، طیف‌هایی از ۱ تا ۱۳ میکرومتر برای هشت FFPMO جوان با جرم‌های ۵ تا ۱۰ برابر مشتری (و سن تقریبی ۱ تا ۵ میلیون سال) با استفاده از ابزارهای NIRSpec و MIRI تلسکوپ فضایی جیمز وب ثبت شده است. این اجرام بسیار کم‌نور هستند و تنها در فروسرخ می‌درخشند، بنابراین JWST بهترین ابزار برای مشاهده‌ی آن‌هاست.
دو مسیر احتمالی برای ایجاد سیارات سرگردان وجود دارد:
- آن‌ها ممکن است ابتدا در دیسک‌های پیش‌سیاره‌ای اطراف ستارگان شکل گرفته و سپس در اثر تداخل‌های گرانشی از منظومه‌ها بیرون انداخته شده باشند.
- یا به‌طور مستقل، مانند ستارگان، از فروپاشی مستقیم ابرهای گازی به وجود آمده باشند.
در هر دو حالت، جرم این اجرام آن‌قدر زیاد نیست که بتوانند همجوشی هیدروژنی را تجربه کنند (مشخصه اصلی ستارگان). برخی از آن‌ها ممکن است کوتوله قهوه‌ای باشند که در آغاز شکل‌گیری دچار همجوشی ضعیف دوتریوم شده‌اند.
شش مورد از این هشت سیاره، نشانه‌هایی از دیسک‌های غبارآلود و گرم در اطراف خود دارند—محیطی مشابه با جایی که سیارات در منظومه‌های جوان شکل می‌گیرند. مشاهدات تلسکوپ جیمز وب، انتشارهایی از دانه‌های سیلیکاتی در دیسک‌ها، رشد ذرات گرد و غبار و حتی بلورین شدن آن‌ها را نشان می‌دهد.
این فرآیند گامی کلیدی در شکل‌گیری سیارات است، زیرا دانه‌های گرد و غبار، پل ارتباطی میان گرد و غبار بین‌ستاره‌ای میکروسکوپی و اجرام سنگی بزرگ‌تر (سیاره‌جنین‌ها) هستند. سیلیکات‌های بلورین اهمیت ویژه‌ای دارند، چون مقاوم‌اند و در محیط پرآشوب دیسک‌ها دوام می‌آورند. پیش از این، چنین انتشارهایی در اطراف ستارگان و کوتوله‌های قهوه‌ای دیده شده بود، اما این نخستین بار است که چنین پدیده‌ای در اطراف یک سیاره سرگردان دیده می‌شود.
«تغییرات مشاهده‌شده در این نمودار را می‌توان با تفاوت در اندازه‌ی دانه‌ها و درجه‌ی بلورین شدن آن‌ها توضیح داد.»
سیلیکات‌های بی‌شکل از نوع میان‌ستاره‌ای (ISM) معمولاً ویژگی طیفی قوی و مشخصی ایجاد می‌کنند که یک قله‌ی منفرد در حدود ۹ تا ۱۰ میکرومتر دارد—مانند آنچه در سه جرم بالای نمودار دیده می‌شود.
در مقابل، سیلیکات‌هایی که سرشار از بلور هستند، معمولاً دو قله نشان می‌دهند: یکی در ۹.۳ میکرومتر (مرتبط با انستاتیت) و دیگری در ۱۱.۳ میکرومتر (مرتبط با فورستریت)، که در مجموع باعث می‌شود ویژگی طیفی آن‌ها شکل پهن‌تر و تخت‌تری به خود بگیرد—همان‌طور که در جرم UGC0422+2655 در پایین نمودار دیده می‌شود.
در مورد دو جرم باقی‌مانده، ویژگی طیفی در ۱۰ میکرومتر نشان‌دهنده‌ی حالت گذار میان دانه‌های سیلیکاتی بی‌شکل زیرمیکرونی و سیلیکات‌های بلوریِ فرآوری‌شده است.
اعتبار تصویر: دامیان و همکاران، ۲۰۲۵، نشریه The Astronomical Journal (AnJ)
پژوهش‌های قبلی نشان داده‌اند که این دیسک‌ها می‌توانند چند میلیون سال پایدار بمانند—مدت‌زمانی که برای شکل‌گیری سیارات کافی است. یکی از مطالعات گذشته روی ۱۳ جرم با جرم سیاره‌ای نشان داد:
«تقریباً یک‌سوم تا نیمی از آن‌ها دیسک‌های خود را برای چند میلیون سال حفظ می‌کنند.»
و نتیجه‌گیری کرد: «این دیسک‌های پایدار می‌توانند نشانه‌ای باشند که سیاراتی در حال شکل‌گیری به دور اجرامی با جرم مشابه سیارات غول‌پیکر هستند.»
دکتر الکس شولز، پژوهشگر اصلی از دانشگاه سنت اندروز نیز گفت:
«این مطالعات نشان می‌دهند که اجرامی با جرم‌هایی در حد سیارات غول‌پیکر، پتانسیل ساخت منظومه‌های سیاره‌ای کوچک خودشان را دارند.
این منظومه‌ها می‌توانند شبیه منظومه شمسی باشند، اما در ابعاد بسیار کوچک‌تر؛ شاید تا ۱۰۰ برابر کوچک‌تر از نظر جرم و اندازه.
این‌که چنین منظومه‌هایی واقعاً وجود داشته باشند یا نه، هنوز باید ثابت شود.»
همچنین، پژوهشگران نشانه‌های جذب آب را در همه‌ی اهداف و جذب دی‌اکسیدکربن (CO₂) را در پنج مورد از آن‌ها یافتند. نشانه‌هایی از تفاوت در پراکندگی ابرها در جو و ترکیب شیمیایی آن‌ها نیز مشاهده شد. شکل و شدت متفاوت ویژگی‌های سیلیکاتی میان این جهان‌ها، نشان‌دهنده تفاوت در رشد دانه‌ها و درجه‌ی بلورین شدن آن‌هاست. در مجموع، شش مورد از این هشت جرم به نظر می‌رسد در نخستین مراحل شکل‌گیری سیارات سنگی کوچک باشند.
در واقع، فرآیند شکل‌گیری سیاره‌ها ممکن است در اطراف این اجرام کم‌جرم، سریع‌تر از کوتوله‌های قهوه‌ای انجام شود. پژوهشگران می‌نویسند:
«فرآیندهایی مانند رانش شعاعی که بر رشد ذرات گرد و غبار تأثیر می‌گذارند، در اطراف اجرام بسیار کم‌جرم کارایی بیشتری دارند تا در اطراف کوتوله‌های قهوه‌ای.»
چه این سیارات سرگردان در اثر پرتاب از منظومه‌های دیگر شکل گرفته باشند، چه از فروپاشی مستقیم ابرهای گازی، پیام واضح است:
اگر دیسک‌هایی از گرد و غبار سیلیکاتی دارند که در حال بلورین شدن است، پس احتمال زیادی وجود دارد که سیاراتی در اطراف آن‌ها شکل بگیرد. هیچ مانع فیزیکی شناخته‌شده‌ای برای جلوگیری از این فرآیند وجود ندارد، اگرچه شواهد رصدی قطعی هنوز در دست نیست. دیسک‌هایی که در حال بلورین شدن هستند، بهترین شواهد موجود به شمار می‌روند.
نویسندگان مقاله می‌نویسند:
«این‌ها کم‌جرم‌ترین اجرام ایزوله‌ای هستند که تاکنون با ویژگی‌های انتشار سیلیکات و هیدروکربن در دیسک‌هایشان مشاهده شده‌اند.
وجود دیسک‌ها و ویژگی‌های آن‌ها، نشان‌دهنده پتانسیل شکل‌گیری سیارات سنگی در اطراف سیارات آزاد با جرم سیاره‌ای است.
بلیندا دامیان، نویسنده اصلی در بیانیه‌ای مطبوعاتی گفت:
«این کشفیات نشان می‌دهند که اجزای سازنده‌ی سیارات حتی در اطراف اجرامی که اندکی از مشتری بزرگ‌ترند و تنها در فضا سرگردان هستند نیز وجود دارد.
این یعنی شکل‌گیری منظومه‌های سیاره‌ای فقط به ستارگان محدود نمی‌شود و ممکن است در جهان‌های تنها و بی‌ستاره هم رخ دهد.»
از آنجا که مانعی برای شکل‌گیری سیارات کوچک در اطراف سیارات سرگردان پرجرم وجود ندارد، پرسش اصلی اکنون رصدی است. انتظار می‌رود که تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن حدود ۴۰۰ جرم سرگردان با جرم سیاره‌ای را کشف کند—و این می‌تواند درک ما از این جهان‌های اسرارآمیز را متحول کند.
اگر این تلسکوپ بتواند شواهد قطعی از شکل‌گیری همراهان کوچک‌تر در دیسک‌های این سیارات سرگردان ارائه کند، آن‌گاه عصر اکتشاف سیارات فراخورشیدی وارد فصل جدیدی خواهد شد.
