کاوشگران فضا به دنبال نشانههایی از تولد سیارههای جدید در میان غبار هستند
این رصدخانهی قدرتمند، تاکنون تصاویر خیرهکنندهای از دیسکهای پیشسیارهای (protoplanetary disks) پیرامون ستارگان جوان ارائه داده است — دیسکهایی از گاز و غبار که در آنها شکافها و حلقههایی دیده میشود که بر اثر حضور و تأثیر گرانشی سیارههای تازهمتولدشده شکل گرفتهاند.
در پژوهشی تازه، گروهی از دانشمندان با استفاده از تلسکوپ ALMA، شانزده دیسک مربوط به ستارگان اولیه از نوع کلاس 0 و I را بررسی کردند و دریافتند که فرآیند شکلگیری سیارات ممکن است بسیار زودتر از آنچه تاکنون تصور میشد آغاز شود.
این نتایج قرار است در مجلهی Astronomy and Astrophysics منتشر شود با عنوان: «FAUST XXVIII: مشاهدات با وضوح بالای ALMA از دیسکهای کلاس 0/I — ساختار، عمق نوری و دماها». نویسندهی اصلی مقاله، دکتر ماریا خوزه مائورِیرا پینوشت، پژوهشگر پسادکتری در مؤسسهی ماکس پلانک برای فیزیک خارجزمینی است. برنامهی FAUST (Fifty AU Study)، پروژهای پژوهشی در حال اجراست که با بهرهگیری از ALMA به مطالعهی سامانههای دیسک و پوشش گازی (envelope/disk systems) در اطراف ستارگان جوان خورشیدمانند در مقیاس حدود ۵۰ واحد نجومی میپردازد.
آغاز شکلگیری سیارات زودتر از تصور پیشین
در گذشته، اخترشناسان معتقد بودند که تشکیل سیارهها پس از پایان شکلگیری ستارهها آغاز میشود. اما شواهد روزافزونی نشان میدهد که این فرایند از همان مراحل ابتدایی رشد ستاره، یعنی در دوران پیشستارهای (protostellar) آغاز میشود — زمانی که ستاره هنوز درون ابر ضخیمی از گاز و غبار فرو رفته و بهسرعت جرم خود را افزایش میدهد.
پژوهشگران در مقالهی خود مینویسند:
«شواهد فزاینده حاکی از آن است که فرآیند تشکیل سیاره در مراحل فروبستهی ستارههای پیشساز (کلاس 0/I) آغاز میشود؛ از اینرو توصیف ویژگیهای دیسکهای پیشستارهای برای درک فرآیند تجمع ماده توسط ستاره و مراحل اولیهی شکلگیری سیارات ضروری است.»
با این حال، مشاهدهی چنین دیسکهایی کاری دشوار است، زیرا گاز و غبار متراکم، دید مستقیم را تقریباً غیرممکن میکند. خوشبختانه ALMA با حساسیت فوقالعادهی خود، توانایی نفوذ به این نواحی را دارد.
مشاهدهی ۱۶ سامانهی جوان
در این پژوهش، ۱۶ سامانهی بسیار جوان با ستارگان کلاس 0/I مورد بررسی قرار گرفتند. به گفتهی پائولا کاسلی، مدیر مرکز شیمی اخترفیزیکی در مؤسسهی ماکس پلانک و از نویسندگان اصلی مقاله:
«این دیسکهای نوزاد، پلی هستند میان ابرهای در حال رمبش و مراحل بعدی شکلگیری سیارات. آنها حلقهی مفقودهای هستند که به ما کمک میکنند بفهمیم چگونه ستارگان و سیارات بهطور همزمان پدید میآیند.»
این تصویر ۱۴ عدد از دیسکهای ردهی ۰ و ۱ (Class 0/1) را که در این پژوهش بررسی شدهاند، نشان میدهد. دو ردیف بالایی مربوط به دیسکهای کلاس ۰ و کلاس ۱ هستند که نزدیکترین همسایهی پیشستارهای آنها در فاصلهای بیش از ۱۰۰ واحد نجومی (AU) قرار دارد. دو ردیف پایینی نیز همین نوع دیسکها را نشان میدهد، اما برای سامانههایی که همسایهی پیشستارهای در فاصلهای کمتر از ۱۰۰ AU دارند. پژوهشگران مینویسند: «بر خلاف گروه اول، در تمام منابع گروه دوم ساختارهای دیسکیشکل پیراموندوتایی (circumbinary) مشاهده میشود.» اعتبار تصویر: Maureira و همکاران، ۲۰۲۵ – Astronomy and Astrophysics
با وجود پیشرفت چشمگیر در کیفیت تصاویر این سامانههای جوان، همچنان نیاز به رصدهای بیشتر احساس میشود. هدف فعلی پژوهشگران، بررسی زمان ظهور زیرساختارهایی مانند حلقهها و شکافها است که در دیسکهای کلاس II به وضوح دیده میشوند. در دیسکهای کلاس II، ستاره هنوز جوان است، اما دیگر درون پوشش ضخیم غبار پنهان نیست.
نتایج کلیدی
تا کنون حدود ۶۰ دیسک کلاس 0/I مورد بررسی قرار گرفتهاند، اما تنها در پنج مورد زیرساختارهای واضح مشاهده شده است، و همهی آنها مربوط به دیسکهای کلاس I بودهاند. پژوهشگران در مقاله توضیح میدهند:
«این نتایج نشان میدهد که یا شکلگیری سیارات در مرحلهی کلاس I آغاز میشود، یا اینکه بسیاری از دیسکهای جوانتر در طولموجهای حدود ۱ میلیمتر، بیش از حد ضخیم هستند و مانع از آشکار شدن زیرساختارها میشوند.»
در این پژوهش تنها یک زیرساختار قطعی شناسایی شد (که پیشتر نیز گزارش شده بود)، و یک زیرساختار احتمالی دیگر نیز کشف شد. هرچند تعداد کم این موارد ممکن است در نگاه اول محدود به نظر برسد، اما نکتهی مهم آن است که احتمال میرود زیرساختارهای بیشتری در لایههای پنهان باقی مانده باشند که ALMA هنوز قادر به آشکارسازی آنها نیست.
پژوهشگران مینویسند:
«این نتایج از این دیدگاه پشتیبانی میکند که ساختارهای حلقوی میتوانند از همان مرحلهی کلاس 0 ظاهر شوند، اما معمولاً به دلیل انتشار ضخیم و پرچگال، از دید ما پنهان میمانند.»
دیسکهای جوانتر، پرنورتر و ضخیمتر
افزون بر این، نتایج نشان میدهد که دیسکهای بسیار جوان ده برابر درخشانتر از دیسکهای تکاملیافتهتر هستند. علت آن، ضخامت و جرم زیادشان است — بسیار بیشتر از آنچه تاکنون تصور میشد. همچنین دادهها بینش تازهای دربارهی نیروهایی ارائه میدهد که شکل این دیسکهای اولیه را تعیین میکنند.
به گفتهی هاویو بائوباب لیو از دانشگاه ملی سانیاتسن تایوان:
«نتایج ما نشان میدهد که گرانش خودی (self-gravity) و گرمایش ناشی از تجمع ماده (accretion heating) نقش اصلی را در شکلدهی اولیهی دیسکها ایفا میکنند. این دو عامل هم بر میزان جرم در دسترس برای تشکیل سیارات و هم بر شیمی منجر به مولکولهای پیچیده تأثیرگذارند.»
آیندهی رصدهای دقیقتر
درست همانطور که طبیعت اسرار خود را در دل غبار پنهان میکند، انسان نیز بیوقفه میکوشد درون این پرده را بنگرد. غبار ضخیم، اندازهگیری دقیق دانههای غبار را دشوار میکند، در حالی که اندازهی این دانهها شاخصی کلیدی از مراحل اولیهی شکلگیری سیارههاست.
این تصویر تلسکوپ آلما (ALMA) که از پژوهش دیگری گرفته شده است، دیسک پیشسیارهای اطراف ستارهی جوان HL Tauri را نشان میدهد. این ستاره تنها حدود ۱۰۰ هزار سال عمر دارد، و دیسک اطراف آن بهوضوح دارای حلقهها و شکافهایی است که اخترشناسان معتقدند در اثر شکلگیری سیارات درون دیسک ایجاد شدهاند. با این حال، برای آنکه فرآیند شکلگیری سیارات بهدرستی درک شود، اخترشناسان نیاز دارند جزئیات بیشتری از این ساختارها ببینند. اعتبار تصویر: ALMA، مجوز CC BY 4.0 منبع تصویر در ویکیمدیا
تلسکوپ ALMA در آینده نیز نقشی اساسی در آشکار کردن این مراحل خواهد داشت، همراه با آرایهی Very Large Array (VLA). علاوه بر آن، ابزارهای پیشرفتهتری مانند Square Kilometre Array (SKA) و Next Generation VLA (ngVLA) در راهاند، که با رصد در طولموجهای بلندتر، خواهند توانست به درون لایههای ضخیم غبار نفوذ کنند.
در پایان مقاله آمده است:
«مشاهدات در طولموجهای بلندتر برای غلبه بر این چالشها ضروری است. بنابراین، رصدهای آینده با SKA و ngVLA، همراه با دادههای حساستر ALMA از جمعیتهای گستردهتر و کمنورتر، برای پیشبرد درک ما از مراحل اولیهی تشکیل دیسکها و سیارات نقشی کلیدی خواهند داشت.»
خلاصهی ماجرا
این پژوهش نشان میدهد که شکلگیری سیارات ممکن است خیلی زودتر از آنچه پیشتر تصور میشد آغاز شود — درست زمانی که ستاره هنوز در حال شکلگیری است و درون غبار زادگاه خود نفس میکشد. دیسکهای پیشستارهای کلاس 0/I نهتنها زادگاه ستارگاناند، بلکه ممکن است گهوارهی نخستین سیارات جهان نیز باشند.
