کشف یخ آب در اطراف یک ستاره جوان شبیه خورشید؛ گامی بزرگ در علم سیارات

شناسایی یخ آب در اطراف ستاره‌ای شبیه خورشید: تحولی در دانش سیاره‌ای

برای نخستین بار، ستاره‌شناسان موفق به تأیید وجود یخ آب در دیسک آوار اطراف یک ستاره جوان و شبیه به خورشید شدند؛ کشفی مهم که به درک عمیق‌تر ما از چگونگی شکل‌گیری و تحول منظومه‌های سیاره‌ای، از جمله منظومه شمسی خودمان، کمک می‌کند. پژوهشگران دانشگاه جانز هاپکینز و همکاران بین‌المللی، با کمک تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST)، موفق شدند یخ آب را در اطراف ستاره HD 181327 که تنها ۲۳ میلیون سال سن دارد و حدود ۱۵۵ سال نوری با زمین فاصله دارد، شناسایی کنند.

زمینه علمی: نقش آب در شکل‌گیری اولیه منظومه‌های خورشیدی

برای دهه‌ها، دانشمندان سیارات بر این باور بودند که بخش بیرونی منظومه خورشیدی مملو از آب به شکل یخ بوده و دنباله‌دارها و سیارک‌ها این عنصر حیاتی را طی دوره‌ای پرتلاطم به زمین و سیارات سنگی دیگر منتقل کرده‌اند. شواهد برگرفته از مناطقی مانند کمربند کویپر که مملو از اجرام یخی و بقایای کیهانی است، نشان داده بود که فرایندهای مشابهی می‌تواند در منظومه‌های در حال شکل‌گیری دیگر نیز رخ دهد. با آنکه شواهد غیرمستقیم وجود داشت، اما داده‌های مشاهده‌ای مستقیم درباره وجود یخ آب در منظومه‌هایی خارج از منظومه شمسی تا پیش از این دست‌نیافتنی بود.

ظهور تلسکوپ‌های فضایی پیشرفته همچون JWST، دیدگاه ما را درباره شکل‌گیری ستاره‌ها و سیارات متحول کرده است. کشف اخیر، شواهد محکمی ارائه می‌دهد که نقش کلیدی یخ آب را در ساختار دیسک‌های پیش‌سیاره‌ای اطراف ستاره‌های جوان شبیه خورشید در سراسر کهکشان تأیید می‌کند.

مشاهدات HD 181327 با JWST؛ روش پژوهش و یافته‌ها

ستاره HD 181327 در مقایسه با خورشید ۴.۶ میلیارد ساله ما در ابتدای عمر کیهانی قرار دارد. این ستاره توسط دیسکی پیش‌سیاره‌ای از گاز، غبار و یخ احاطه شده که در نهایت به سیارات و اجرام کوچک‌تر تبدیل می‌شود. پژوهشگران با استفاده از طیف‌سنج نزدیک-فروسرخ JWST (NIRSpec) امضاهای شیمیایی مشخص یخ آب بلوری در دیسک آوار این سامانه را شناسایی کردند.

بررسی‌ها نشان داد بخش عمده یخ آب در حلقه خارجی دیسک و بیش از ۲۰ درصد از جرم این حلقه را تشکیل می‌دهد؛ شرایطی مشابه با کمربند کویپر در منظومه شمسی که در آن اجرام یخی به عنوان «گلوله‌های برفی کثیف» نیز شناخته می‌شوند. همچنین، پژوهشگران دریافتند میزان یخ آب در نواحی نزدیک‌تر به ستاره کاهش می‌یابد؛ بطوری که حدود ۸ درصد مواد در فاصله نیمه دیسک از مرکز، یخی است و در مناطق داخلی تقریباً هیچ اثری از یخ مشاهده نمی‌شود. این الگو، نشانه‌ای از تاثیر پرتو فرابنفش قوی ستاره است که یخ را در فاصله‌های نزدیک‌تر تبخیر می‌کند. دانشمندان همچنین احتمال می‌دهند بخشی از آب در اجرام سنگی یا سیارک‌ها پنهان شده باشد که در حال حاضر با حساسیت کنونی وب قابل شناسایی نیستند.

دیدگاه متخصصان و اهمیت گسترده‌تر کشف

دکتر چن شی، پژوهشگر دانشگاه جانز هاپکینز و نویسنده اصلی این مطالعه، در اطلاعیه ناسا تأکید کرد: «تلسکوپ جیمز وب نه تنها یخ آب، بلکه یخ آب بلوری را بدون ابهام شناسایی کرد؛ یخ بلوری‌ای که در حلقه‌های زحل و اجرام یخی کمربند کویپر نیز وجود دارد. حضور یخ آب به شکل‌گیری سیارات کمک می‌کند و این مواد یخی ممکن است در طی صدها میلیون سال آینده به سیارات زمین‌مانند در سامانه‌هایی مشابه منتقل شود.»

کریستین چن، از موسسه علوم تلسکوپ فضایی نیز افزود: «آنچه جالب است، شباهت بسیار زیاد این داده‌ها به مشاهدات اخیر اجسام کمربند کویپر در منظومه شمسی ما است. پیش از ورود تلسکوپ جیمز وب، ابزارهای ما حساسیت کافی برای چنین اندازه‌گیری‌هایی نداشتند.»

ساختار دیسک و فرآیند شکل‌گیری سیارات

تصاویر JWST همچنین شکافی بزرگ و بدون غبار بین ستاره HD 181327 و دیسک آوار آن نشان داد؛ ساختاری که مشابهی در منظومه‌های بالغ‌تر هم مشاهده شده است. فراتر از این شکاف، ناحیه‌ای شبیه کمربند کویپر با تراکم بالایی از اجرام یخی و سیاره‌وارک‌ها دیده می‌شود. پژوهشگران برخوردهای مداومی میان این اجرام را مشاهده کردند که باعث شکل‌گیری ابرهای جدیدی از ذرات یخی و غبار می‌شود. این پدیده‌ها یادآور روندهایی هستند که در مراحل اولیه منظومه شمسی رخ داده‌اند و ارتباط این سامانه جوان با ریشه‌های ما را برجسته می‌سازد.

«HD 181327 سامانه‌ای بسیار فعال است» خانم چن یادآور شد، «برخوردهای مکرر در دیسک آوار آن جریان دارد؛ زمانی که این اجرام یخی به هم برخورد می‌کنند، ذرات ریز یخ‌آبی و غبار آزاد می‌شود که اندازه‌ای ایده‌آل برای شناسایی توسط تلسکوپ جیمز وب دارند.» این یافته‌ها با شواهد اولیه اما کم‌جزئیات‌تر تلسکوپ اسپیتزر ناسا در سال ۲۰۰۸ نیز تطابق دارد.

پیامدها برای شکل‌گیری سیارات و اکتشاف آینده

تأیید وجود یخ آب در سامانه‌ای جوان، این فرضیه را تقویت می‌کند که انتقال آب به سیارات، فرایندی فراگیر در شکل‌گیری منظومه‌های سیاره‌ای است. این کشف، درک ما از چگونگی پیدایش آب زندگی‌بخش زمین را افزایش می‌دهد و چشم‌انداز وجود شرایط قابل سکونت را در دیگر نقاط کیهان گسترش می‌دهد.

با افزایش توان علمی تلسکوپ‌هایی همچون JWST، انتظار می‌رود سامانه‌های جوان بیشتری با دیسک‌های غنی از یخ آب کشف شوند. مطالعات آینده روی دیسک‌های آوار و نواحی پیش‌سیاره‌ای، چشم‌انداز ما از سیر تحول سیارات — از اولین برخوردهای گرد و غبار و یخ تا شکل‌گیری دنیای قابل زیست — را شفاف‌تر خواهد کرد.

جمع‌بندی

شناسایی تاریخی یخ آب در سامانه HD 181327 توسط تلسکوپ جیمز وب، دهه‌ها تلاش نظری درباره منشأ آب سیارات را به واقعیت پیوند زد. این یافته که نخستین شواهد روشن از چنین شرایطی خارج از منظومه شمسی ارائه می‌دهد، مسیرهای مشترک تولد سیارات در کهکشان را نمایان ساخته است. مطالعه بیشتر سامانه‌های مشابه، نه تنها رازهای آغاز خود ما را آشکار می‌کند، بلکه به شناسایی سیارات شبه‌زمین و حتی احتمال وجود حیات در نقاط دیگر هستی نوید می‌دهد.