آنها با هم متولد میشوند و این ستارهها هستند که سرنوشت نهایی سیارهها را رقم میزنند. ستارهها دیسکهای غبارآلود پیشسیارهای را بهوجود میآورند؛ دیسکهایی که زادگاه انواع گوناگون سیارهها هستند. و زمانی که یک ستاره به پایان عمر خود میرسد، سیارههایش یا در انفجارهای سهمگین از هم متلاشی میشوند، یا در دل ستاره فرو میروند، یا محکوم میشوند که برای ابد در سرمای مطلق و تاریکی سرگردان بمانند.
در پسِ این موضوع، یک پرسش بنیادین نهفته است: تولد، زندگی و مرگ یک ستاره دقیقاً چگونه بر سیارهها تأثیر میگذارد؟ اگر بتوانیم پاسخ این پرسش را بیابیم، خواهیم توانست بفهمیم زمین چگونه شکل گرفته و در نهایت چگونه به پایان راه خود خواهد رسید. و فراتر از آن، به درک عمیقتری از تولد، زندگی و مرگ سیارههای فراخورشیدی نیز دست خواهیم یافت.
در همین راستا، یک گزارش علمی جدید (White Paper) به بررسی این مسئله پرداخته و راهبردهای رصدی لازم برای دستیابی به فهمی عمیقتر را ترسیم کرده است. عنوان این گزارش «پیوند دادن تحول ستارهای و شکلگیری سیارهها: از تولد، تا بقای شایستهترینها، تا نسل دوم سیارهها» است. این مقاله به ابتکار «گسترش افقها»ی رصدخانه جنوبی اروپا (ESO) ارائه شده و نویسنده اصلی آن آکه کورپورال از رصدخانه جنوبی اروپا است.
نویسندگان مقاله مینویسند: «ستارهها و سیارهها با هم شکل میگیرند، زندگی میکنند و تکامل مییابند. در طول عمر یک ستاره، دیسکهای غبارآلود پیرامون آن و جریانهای خروجی ستارهای، بر تکامل خود ستاره و سیارههای در حال گردش به دور آن تأثیر میگذارند.»
در این میان، مکانیک و رفتار غبار نقش بسیار بزرگی در سرنوشت سیارهها ایفا میکند. این نقش از همان مراحل اولیه شکلگیری سیارهها آغاز میشود؛ زمانی که ذرات غبار در دیسک پیشسیارهای جابهجا میشوند و بهتدریج به هم میچسبند. اما اهمیت غبار تنها به این مرحله محدود نمیشود. هنگامی که ستارهها از مرحله رشته اصلی عبور میکنند و وارد دوران پیری خود میشوند، باز هم غبار حضوری تعیینکننده دارد. در این مراحل، ستارهها متورم میشوند و بادهای بسیار نیرومندی را به فضا میدمند؛ بادهایی که غبار اطراف را شکل میدهند و بازآرایی میکنند. این پدیده در ستارگان شاخه غول سرخ (RGB)، شاخه غول مجانبی (AGB)، و همچنین در دیسکهای پس از RGB و پس از AGB دیده میشود.
اعتبار تصویر: ALMA / کیم و همکاران، ۲۰۱۷، Nature Astronomy.
نویسندگان توضیح میدهند: «فرآیندهای فیزیکی که در هر یک از این مراحل رخ میدهند، تعیین میکنند که منظومه شمسی و سامانههای سیارهای فراخورشیدی چگونه شکل گرفتهاند، اکنون چگونه در حال تحول هستند، و در نهایت چگونه از میان خواهند رفت.»
چند دهه پیش، اخترشناسان تنها میتوانستند رؤیای تلسکوپهایی را در سر بپرورانند که امروز در اختیار داریم. امروزه ما درباره منظومههای ستارهای دوردست — و حتی درباره منظومه خودمان — دانشی داریم که اخترشناسان گذشته حتی تصور آن را هم نمیکردند.
علم اخترشناسی گامهای بزرگی در مسیر شناخت ستارهها، سیارهها و محیطهای غبارآلودی برداشته است که جزئیات رابطه میان آنها را پنهان میکنند. آرایه میلیمتری/زیرمیلیمتری آتاکاما (ALMA) تصاویر شگفتانگیزی از دهها دیسک پیشسیارهای در اختیار ما گذاشته است. تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) نیز با دید فروسرخ نافذ خود، ساختارهای تازهای مانند حلقهها و بازوهای مارپیچی را در اطراف برخی ستارهها آشکار کرده است.
اما با وجود تمام این پیشرفتها — و حتی با در نظر گرفتن رصدخانههای جدیدی که در آینده نزدیک وارد مدار خواهند شد — هنوز جزئیات مهمی از دید ما پنهان ماندهاند و احتمالاً برای مدتی طولانی نیز پنهان خواهند ماند. نویسندگان مقاله مینویسند: «با وجود این پیشرفتهای مورد انتظار، امکانات کنونی و برنامهریزیشده همچنان پنجرههای کلیدی به پردازش غبار، از جمله شکلگیری و تحول سیارهها در محیطهای غبارآلود در سراسر نمودار هرتسپرونگ–راسل، را دور از دسترس نگه میدارند.»
پدیدههایی مانند رشد دانههای غبار، خوشهبندی آنها و برهمکنش سیارهها با محیط غبارآلود اطرافشان، فراتر از توان تفکیک فضایی و دامنه رصدی ابزارهای فعلی و حتی برنامهریزیشده هستند.
رشد دانههای غبار اهمیت ویژهای دارد، زیرا حلقه اتصال میان ستارههای گازی و سیارههای سنگی است. دیسکهای غبارآلود محیطهایی متراکماند که در آنها دانههای غبار با یکدیگر برخورد میکنند و به هم میچسبند. این ذرات بهتدریج بزرگتر میشوند و به اندازه سنگریزه میرسند. اما اینجا یک مشکل اساسی پدید میآید: سنگریزهها دچار «رانش شعاعی» میشوند؛ یعنی بر اثر اصطکاک با گاز موجود در دیسک، بهسوی ستاره کشیده میشوند. با این حال، اگر این سنگریزهها در نواحی پرفشار دیسک به هم تجمع کنند، میتوانند بر این کشش غلبه کنند و از سقوط به درون ستاره نجات یابند. درک دقیق این فرآیند برای فهم رابطه میان ستارهها، غبار و سیارهها کاملاً ضروری است.
نویسندگان تأکید میکنند: «نقشهبرداری از حرکتها و شکلگیری غبار در مقیاسهایی که در حال حاضر در نزدیکی ستاره میزبان قابل تفکیک نیستند، برای درک فیزیک غبار — و در نتیجه برای فهم شکلگیری و تحول ستارهها و سیارهها — حیاتی است.»
غبار همچنین مانند یک ترموستات در دیسکهای غبارآلود عمل میکند. دانههای غبار نور فرابنفش و مرئی ستاره را جذب میکنند و سپس آن را بهصورت تابش فروسرخ بازگسیل میکنند؛ فرآیندی که دمای دیسک را تغییر میدهد. با بزرگتر شدن دانههای غبار، ویژگیهای فیزیکی آنها نیز تغییر میکند. این دانهها دیسک را به شکل متفاوتی سایه میاندازند یا گرم میکنند و در نتیجه، مکان «خط یخ» جابهجا میشود. این تغییر تأثیر بسیار بزرگی بر این دارد که چه نوع سیارههایی میتوانند شکل بگیرند و در کدام نواحی شکل میگیرند. افزون بر این، دانههای غبار بستر شکلگیری آب و مولکولهای آلی نیز هستند؛ موادی که در نهایت در ساخت سیارهها نقش اساسی دارند.
اعتبار تصویر: مؤسسه اخترشناسی دانشگاه هاوایی.
نقش غبار تنها به دوران تولد یک منظومه سیارهای محدود نمیشود. در مراحل بعدی تحول، زمانی که ستارهها وارد فازهای RGB و AGB میشوند، غبار بار دیگر نقشی تازه ایفا میکند. غولهای سرخ بادهای ستارهای بسیار شدیدی تولید میکنند که میتواند دیسکهای غبارآلود جدیدی را شکل دهد. حتی این احتمال وجود دارد که در چنین دیسکهایی، نسل جدیدی از سیارهها متولد شود.
برای نفوذ عمیقتر به رابطه میان ستارهها، غبار و سیارهها، نویسندگان پیشنهاد ساخت یک تداخلسنج فروسرخ نزدیک تا فروسرخ میانی را مطرح کردهاند. این ابزار وضوح زاویهای در حدود ۰٫۱ میلیثانیه قوسی خواهد داشت. برای مقایسه، وضوح تلسکوپ جیمز وب حدود ۰٫۰۷ ثانیه قوسی است. در واقع، این تداخلسنج پیشنهادی وضوحی حدود پنج برابر بهتر از آرایههای VLTI و CHARA خواهد داشت؛ ابزارهایی که نویسندگان از آنها بهعنوان «تیزترین چشمان ما برای دیدن آسمان» یاد میکنند.
آنها توضیح میدهند: «تصویربرداری از نواحی بسیار درونی (از ۰٫۰۱ تا ۱۰ واحد نجومی) دیسکهای سیارهساز و دیسکهای پس از RGB و AGB در مقیاس ۰٫۱ میلیثانیه قوسی، به ما امکان میدهد درک خود از شکلگیری ساختارهای بزرگمقیاس و برهمکنش سیاره–دیسک را آزمایش و اصلاح کنیم.» متأسفانه، ساختارهای کلیدی در بخشهای درونی این دیسکها در حال حاضر حتی برای نزدیکترین دیسکهای سیارهساز — در فاصلهای حدود ۵۰۰ سال نوری — نیز قابل تفکیک نیستند. هدف اصلی این تلاشهای رصدی آینده، آشکارسازی ساختارهای غبارآلود در مقیاسهای کمتر از یک واحد نجومی است؛ مقیاسهایی که فعلاً از دسترس ما خارجاند.
نویسندگان همچنین مسیر پیشرفت آینده را ترسیم کردهاند. در دهه ۲۰۳۰، ابزارهایی مانند تلسکوپ بسیار بزرگ (ELT) و VLT میتوانند برای کشف سیارههای فراخورشیدی نزدیک به ستارههایشان بهکار گرفته شوند. این محیطهای غبارآلود، کلید فهم رابطه میان ستارهها، غبار و سیارهها هستند. در دهه ۲۰۴۰، تداخلسنج فروسرخ پیشنهادی میتواند کاوشی بسیار عمیقتر در این قلمرو انجام دهد.
با این حال، پرسشهای بیپاسخ فراوانی همچنان باقی ماندهاند. نویسندگان در پایان مینویسند: «بهویژه روشن نیست که چگونه میتوان مراحل RGB، AGB و پس از RGB/AGB را از نظر فیزیک غبار، دیسک و جریانهای خروجی به یکدیگر پیوند داد، و اینکه سامانههای سیارهای در چنین محیطهای غبارآلودی چگونه شکل میگیرند و تکامل مییابند.»
