بهطوریکه دنبالهدارها و سیارکها، رطوبت را طی دورهای موسوم به «بمباران سنگین پایانی» (حدود ۴ میلیارد سال پیش) به زمین و سایر سیارات داخلی منتقل کردهاند.
وجود مقادیر فراوانی یخ در مناطقی مانند کمربند کویپر – حلقهای از «یخسیارکها» در بخش بیرونی منظومه شمسی – از این ایده پشتیبانی میکند. با این حال، این فرضیه تا زمانی که امکان مطالعه سامانههای فراخورشیدی در مراحل اولیه شکلگیریشان فراهم نشد، قابل آزمون نبود.
اما اکنون، به لطف تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST)، دانشمندان سرانجام به شواهد محکمی دست یافتهاند که درستی این نظریه را تأیید میکند. بر اساس مطالعهای جدید به رهبری پژوهشگران دانشگاه جانز هاپکینز، این تلسکوپ موفق به شناسایی یخ آب در دیسک بقایای ستارهای به نام HD 181327 شده است؛ ستارهای خورشیدمانند که در فاصله ۱۵۵ سال نوری از زمین قرار دارد.
این سامانه تنها ۲۳ میلیون سال سن دارد و در مقایسه با منظومه شمسی ما که ۴.۶ میلیارد سال از عمرش میگذرد، بسیار جوان است. به همین دلیل، این ستاره هنوز با دیسکی سیارهزاد (protoplanetary disk) احاطه شده که هنوز به سامانهای کامل از سیارات تبدیل نشده است. مطالعه چنین ستارههای جوانی به اخترشناسان امکان میدهد تا مراحل آغازین شکلگیری منظومهها را از نزدیک مشاهده کنند.
(ناسا، آژانس فضایی اروپا، آژانس فضایی کانادا، مؤسسه علوم تلسکوپ فضایی، رالف کرافورد [STScI])
چن شی، دانشمند پژوهشی در دانشگاه جانز هاپکینز و نویسنده اصلی این مطالعه، در اطلاعیهای مطبوعاتی از ناسا گفت:
«تلسکوپ وب نه تنها یخ آب را بهوضوح شناسایی کرد، بلکه یخ آبِ بلوری را نیز شناسایی نمود؛ نوعی که در مکانهایی مانند حلقههای زحل و اجرام یخی کمربند کویپر در منظومه شمسی ما هم یافت میشود. حضور یخ آب نقش مهمی در فرایند شکلگیری سیارات ایفا میکند. این مواد یخی همچنین ممکن است در نهایت به سیارات سنگی در حال شکلگیری در چنین سامانههایی منتقل شوند.»
پژوهشگران با استفاده از طیفسنج فروسرخ نزدیک (NIRSpec) تلسکوپ جیمز وب، سامانه HD 181327 را بررسی کردند. این ابزار توانست ردپای شیمیایی آب را در بخشهای بیرونی دیسک بقایای این سامانه شناسایی کند.
همانطور که پیشبینی میشد، بخش عمدهای از یخ آب این سامانه در حلقه بیرونی بقایا یافت شد، که بیش از ۲۰ درصد از جرم آن را تشکیل میدهد. مشابه با کمربند کویپر، این آب به صورت «گلولههای برفی کثیف» است – یخهایی که با ذرات ریز غبار ترکیب شدهاند.
هرچه پژوهشگران به ستاره نزدیکتر شدند، میزان آب کمتر شد. تنها ۸ درصد از مواد در بخش میانی دیسک یخی بودند و در نواحی نزدیک به ستاره، عملاً هیچ یخی شناسایی نشد. این امر احتمالاً ناشی از تبخیر شدن توسط تابش فرابنفش ستاره است، اگرچه ممکن است بخشی از آب در درون سنگها و سیارهوارهها محبوس شده باشد.
از آنجا که یخ آب نقش کلیدی در شکلگیری سیارات در اطراف ستارههای جوان ایفا میکند، این یافتهها فرصتهای تازهای را برای مطالعه روند شکلگیری منظومههای سیارهای فراهم میکنند. این نتایج همچنین فرضیاتی را که پیشتر تلسکوپ فضایی اسپیتزر ناسا در سال ۲۰۰۸ مطرح کرده بود، تأیید میکنند.
کریستین چن، اخترشناس مؤسسه علوم تلسکوپ فضایی (STScI) و یکی از نویسندگان این مقاله میگوید:
«وقتی ۲۵ سال پیش دانشجوی دکتری بودم، استاد راهنمایم به من گفت که باید در دیسکهای بقایایی یخ وجود داشته باشد، اما پیش از وب، ابزارهای ما به اندازه کافی حساس نبودند تا این رصدها را انجام دهند.
آنچه بیش از همه چشمگیر است، شباهت این دادهها با مشاهدات اخیر وب از اجرام کمربند کویپر در منظومه شمسی ماست.»
رصدهای وب همچنین شکاف وسیعی بدون غبار بین ستاره و دیسک بقایای آن را نشان دادند. در فاصله دورتری از ستاره، این دیسک شباهت زیادی به کمربند کویپر دارد؛ ناحیهای مملو از گلولههای برفی کثیف و سیارههای کوچک. افزون بر آن، در این منطقه همچنان برخوردهایی میان اجرام رخ میدهد – پدیدهای که در اطراف HD 181327 نیز مشاهده شد.
چن در ادامه میگوید:
«HD 181327 سامانهای بسیار فعال است. برخوردهای مکرر در دیسک بقایای آن در حال وقوع هستند. این برخوردها ذرات ریز یخیِ غباری آزاد میکنند که اندازهای دقیقاً مناسب برای شناسایی توسط تلسکوپ وب دارند.»
اکنون که این رصدها انجام شدهاند، اخترشناسان به جستجوی سامانههای جوان دیگر با یخ آب و دیسکهای بقایایی ادامه خواهند داد تا آنها را با وب و دیگر تلسکوپهای نسل بعدی – که برخی در آینده نزدیک پرتاب خواهند شد – مطالعه کنند.
مطالعه این سامانههای در حال شکلگیری، درک ما از مدلهای تشکیل سیارات را بهبود خواهد بخشید و نوری تازه بر چگونگی پیدایش منظومه شمسی خودمان خواهد افکند.
نتایج این تحقیق در مجله علمی Nature منتشر شده است.
