10 دقیقه
تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا برای نخستین بار تصویری مستقیم از یک دیسک پیرسیارهای غنی از کربن را گرفته است — ساختاری که ممکن است در حال ساخت قمرهای تازه باشد. این سامانه در حدود 625 سال نوری فاصله دارد و محیطی نادر برای اخترفیزیکدانان فراهم میکند تا چگونگی شکلگیری قمرها و سیاره‌ها را در ابتدایی‌ترین مراحل تشکیل یک سامانه خورشیدی مطالعه کنند.
کارگاه پنهان برای قمرها: وب چه چیزی را دید
ابزار طیفسنجی فروسرخ میانی (MIRI) روی جیمز وب مشاهدات طیفی با رزولوشن متوسط از CT Cha b و اطراف آن انجام داد و یک دیسک پیرسیارهای را آشکار کرد که شیمی غنی از کربن در آن غیرمنتظره به‌نظر می‌رسد. هرچند قمرها به‌طور مستقیم تصویربرداری نشدند، ترکیب شیمیایی و شرایط فیزیکی داخل دیسک با پیش‌بینی‌های نظری از محیط‌های شکلگیری قمر همخوانی دارد — نسخه‌ای کوچک‌شده از دیسک‌های پروپلنتری که سیاره‌ها حول ستارگان تشکیل می‌دهند.
ستاره میزبان جوان تقریباً دو میلیون سال سن دارد و هنوز از دیسک پیرستاره‌ای خود مواد جذب میکند. سی‌تی-چا بی (CT Cha b) در فاصله‌ای دور از ستاره‌اش گردش میکند — چیزی در حدود 46 میلیارد مایل — و خود توسط دیسک بسیار کوچکتری احاطه شده که به‌نظر می‌رسد از نظر شیمیایی با دیسک بزرگ‌تر و دارای بخار آب ستاره متفاوت باشد. این تفاوت شیمیایی نشان‌دهنده پردازش سریع و محلی گاز و غبار در مراحل اولیه شکلگیری سیاره و قمر است که می‌تواند مسیرهای تکاملی متفاوتی را نسبت به مواد پیرامون ستاره پدید آورد.
یک تصویر هنری از یک دیسک غبار و گاز که سیاره فراخورشیدی جوان CT Cha b را در فاصلهٔ 625 سال نوری احاطه کرده است. داده‌های طیفسنجی از تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا نشان میدهد که این دیسک شامل مواد خام لازم برای تشکیل قمرهاست: دیاستیلن، هیدروژن سیانید، پروپاین، استیلن، اتان، دیاکسید کربن و بنزن. سیاره در پایین سمت راست دیده می‌شود و ستاره میزبان و دیسک پیرستاره‌ای بزرگ‌تر در پس‌زمینه قابل مشاهده‌اند. اعتبار تصویر: NASA, ESA, CSA, STScI, Gabriele Cugno (University of Zürich, NCCR PlanetS), Sierra Grant (Carnegie Institution for Science), Joseph Olmsted (STScI), Leah Hustak (STScI)
چگونه طیفسنجی شیمی دیسک را فاش کرد
طیفسنجی نور را به طول موج‌های تشکیل‌دهنده‌اش تفکیک میکند و به اخترشناسان اجازه میدهد تا اثر انگشت مولکولی منابع کم‌نور را شناسایی کنند. در این مطالعه، ابزار MIRI تابش فروسرخ میانی را در محل سیاره اندازه‌گیری کرد و پس از تفریق دقیق درخشندگی بسیار قوی ستاره میزبان، مجموعه‌ای از مولکولهای حامل کربن را در محیط پیرسیارهای آشکار ساخت.
خارج‌کردن سیگنال سیاره از داده‌ها کار فنی و پیچیده‌ای بود. CT Cha b کم‌نور است و در تابش خیره‌کنندهٔ ستاره جوان خود قرار دارد، بنابراین پژوهشگران از روش‌های پردازش داده با کنتراست بالا برای ایزوله‌کردن طیف دیسک استفاده کردند. داده‌های بایگانی‌شدهٔ جیمز وب نشانه‌های اولیه‌ای از مولکولها را نشان می‌داد که پژوهش‌ها را به بازتحلیل اختصاصی و تلاش یک‌ساله برای استخراج ویژگیهای ضعیف‌تر سوق داد. این پافشاری نتیجه داد: تیم پژوهشی گزارش کشف هفت گونهٔ مبتنی بر کربن شامل استیلن (C2H2)، بنزن (C6H6)، اتان، دیاستیلن، پروپاین، هیدروژن سیانید و دیاکسید کربن را اعلام کرد.
اهمیت این مولکولها از این نظر است که شیمی غنی از کربن پایه‌های جامد سازندهٔ قمرها و اجرام کوچک سیستم را تشکیل میدهد. در مقابل، دیسک پیرستاره‌ای بزرگ‌تر که ستاره را تغذیه میکند، تحت تسلط بخار آب است و نشانگرهای شیمیایی مبتنی بر کربن در آن به مراتب کمتر از دیسک پیرسیارهای است. این واگرایی حاکی از آن است که دیسک‌های پیرسیارهای می‌توانند در بازه‌های زمانی بسیار کوتاه و از طریق مسیرهای شیمیایی متفاوت نسبت به مواد پیرامون ستاره تکامل یابند — نکته‌ای کلیدی برای درک تنوع ترکیبات در منظومه‌های سیاره‌ای جوان.
چرا این کشف مهم است: شکلگیری قمرها و ساختار سامانه‌های سیاره‌ای
این کشف پل مشاهده‌ای مهمی به نظریه‌های دیرینه دربارهٔ چگونگی شکلگیری قمرهای بزرگ — مانند قمرهای گالیله‌ای مشتری — فراهم میکند. در دهه‌ها، دانشمندان سیاره‌ای پیشنهاد کرده‌اند که قمرهای بزرگ درون دیسک‌های تخت پیرسیارهای در حالی که سیارهٔ میزبان مواد جمع‌آوری می‌کرد، متراکم شدند. شواهد در منظومهٔ خودمان غیرمستقیم است: مدارهای هم‌صفحه و ترکیبات قمرهایی مانند گانیمد و کالیستو نشان میدهد که آنها احتمالاً در داخل یک دیسک میلیاردها سال پیش تشکیل شده‌اند.
دیسک CT Cha b نمونهٔ زنده‌ای از آن شرایط اولیه را ارائه میدهد. اگر قمرها در کهکشان رایج‌تر از سیاره‌ها باشند، همان‌طور که برخی مدل‌ها پیش‌بینی می‌کنند، دیسک‌های پیرسیارهای مشابه ممکن است گسترده باشند. این احتمال می‌تواند شانس وجود قمرهای دارای شرایط مناسب زیستپذیری یا حداقل غنی از فراریت‌ها را در پیرامون سیاره‌های فرابست افزایش دهد — به‌ویژه در مناطقی که یخ آب و ترکیبات آلی پیچیده همزیستی دارند. کشف مولکولهای حامل کربن در یک دیسک جوان شکل‌دهندهٔ قمر نشان میدهد که شیمی آلی لازم برای تولید جامدات پیچیده بسیار زود در دسترس است.
مقایسه با اوایل منظومه شمسی
مطالعهٔ CT Cha b به پژوهشگران امکان میدهد محیط فعال شکلگیری قمر را با مدل‌های مربوط به دوران نوزایی منظومه شمسی مقایسه کنند. در حالی که دیسک پروپلنتری خورشید پس از ۴.۵ میلیارد سال تنها شواهد دیرینهٔ ضعیفی بر جای گذاشته، جیمز وب می‌تواند سامانه‌های مشابهی را که هنوز در حال ساخت هستند، مشاهده کند. چنین مشاهداتی زمان‌بندی‌های روندهای جذب، ساختار دما و چگالی درون دیسک پیرسیارهای، و مسیرهای شیمیایی تبدیل گاز به یخ و سپس به سنگ را محدود می‌کنند.
مطالعات مقایسه‌ای بین دیسک‌های پیرسیارهای و دیسک‌های پیرستاره‌ای به روشن‌شدن این پرسش‌ها کمک میکند: چه فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی — مانند حرارت جذب، تابش ستاره، یا رشد دانه‌ها — مسیر تکامل شیمیایی را در سطح محلی تغییر می‌دهند و چه پارامترهای اولیه تعیین‌کنندهٔ ترکیب نهایی قمرها هستند.
دیدگاه کارشناسان
«دیدن مولکولهای غنی از کربن داخل یک دیسک پیرسیارهای مانند یافتن مواد خام روی پیشخوان آشپزخانه پیش از پخت یک کیک است»، دکتر ماریا آلوارز، اخترفیزیکدانی که تشکیل سیاره و قمر را مطالعه میکند، می‌گوید (این نظر برای ارائهٔ زمینهٔ تفسیر ارائه شده است). «جیمز وب هم شیمی و هم سرنخ‌های فیزیکی — دما، چگالی و نحوهٔ حرکت ماده — را به ما میدهد تا بررسی کنیم آیا دستورالعمل‌هایی که روی کاغذ داریم واقعاً می‌توانند قمرهایی شبیه آنچه در منظومهٔ خود می‌بینیم تولید کنند یا نه.»
دکتر آلوارز اضافه میکند که تفاوت بین دیسک سیاره‌ای و ستاره‌ای اهمیت شرایط محلی را برجسته می‌سازد: «حتی در یک سامانهٔ جوان منفرد، شیمی می‌تواند به سرعت از هم جدا شود. این موضوع در گوناگونی قمرها و اجرام کوچک احتمالی که ممکن است شکل بگیرند بسیار تعیین‌کننده است.»
جزئیات مأموریت و مسیر پیش رو
این نتیجه بر پایهٔ تحلیل دقیق داده‌های طیف‌نگار با رزولوشن متوسط MIRI جیمز وب به‌دست آمده و در یک نشریهٔ داوری‌شده گزارش شده است. تیم پژوهشی ترکیبی از استخراج طیفی، تکنیکهای تصویربرداری با کنتراست بالا و مدل‌سازی شیمیایی را به‌کار گرفت تا امضاهای مولکولی را شناسایی و شرایط فیزیکی موجود در دیسک را برآورد کند.
کارهای پیگیری در حال برنامه‌ریزی هستند. تیم تحقیق قصد دارد از جیمز وب برای بررسی تعداد بیشتری از سیاره‌های غول‌پیکر جوان و جستجوی دیسک‌های پیرسیارهای اضافی با اثر انگشت‌های شیمیایی متنوع استفاده کند. نمونه‌های گسترده‌تر به تعیین فراوانی دیسک‌های غنی از کربن، تغییر موجودی مولکولی آنها با زمان یا با محیط ستارهٔ میزبان، و نیز شناسایی فرآیندهای فیزیکی تعیین‌کنندهٔ تکامل شیمیایی در این دیسک‌های فشرده کمک خواهد کرد.
فراتر از طیفسنجی، مشاهدات آینده با ابزارهای تصویربرداری و تاسیسات مکمل زمینی — برای مثال آرایه‌های میلی‌متری زمینی — می‌توانند توزیع غبار را نگاشت کرده و به‌طور مستقیم به دنبال قمرهای در حال شکلگیری یا توده‌های جامد باشند. اگر پژوهشگران قادر باشند امضاهای گرانشی یا تمرکزهای محلی غبار را که با رویش جنین‌های قمر سازگار است تشخیص دهند، می‌توانند رشد اولیهٔ قمرها را به‌طور مستقیم رصد کنند؛ چیزی که چارچوب نظری ما از شکلگیری قمرها را به آزمایش خواهد گذاشت.
پیامدها برای زیستپذیری و دانش اگزومون
قمرها می‌توانند قلمرو زیستپذیری را در سامانه‌های سیاره‌ای گسترش دهند. قمرهای بزرگ ممکن است جوهایی را حفظ کنند، دارای اقیانوس‌های زیرسطحی باشند، یا از طریق تعاملات کشندی به تنظیم اقلیم کمک کنند. تعیین اینکه قمرها کجا و چگونه شکل می‌گیرند — و آیا ترکیبات فرار و باراندازهای آلی را به ارث می‌برند یا نه — برای ارزیابی پتانسیل آنها در پشتیبانی از حیات یا شیمی پیشزیستی اساسی است.
کشف مولکولهای پیچیدهٔ کربنی درون یک دیسک پیرسیارهای گامی اولیه اما حیاتی به سوی این هدف بلندمدت است. آشکار شدن اینکه ترکیبات آلی کلیدی بسیار زود در محیط شکلگیری قمر پدیدار می‌شوند، این احتمال را افزایش میدهد که برخی اگزومونها پیشنیازهای شیمیایی حیات را در اختیار داشته باشند، حتی اگر آن قمرها هرگز به‌طور مستقل دنیاهایی قابل سکونت نشوند.
با ادامهٔ کاوش‌های جیمز وب در سامانه‌های سیاره‌ای جوان، اخترشناسان مدل‌های شیمی و دینامیک دیسک را پالایش خواهند کرد، تنوع محیط‌های پیرسیارهای را رصد خواهند کرد و احتمالاً در همین دههٔ پیش رو نخستین اگزومون‌های در حال شکلگیری را به‌صورت مستقیم تشخیص خواهند داد. این خط پژوهشی می‌تواند دیدگاه ما را نسبت به فراوانی قمرهای پیچیدهٔ آلی در کهکشان و نقش آنها در فرآیندهای زیستی و شیمیایی کیهانی به‌طور بنیادین تغییر دهد.
منبع: scitechdaily
نظرات
فضا_x
تصور کن قمرهایی با مواد آلی دور یه سیاره جوان... اگه واقعن اینطوری باشه، اگزومونها خیلی جذاب میشن 😮 ولی صبر کنیم تا تایید بشن
کوینپایل
یکم شاخ و شونه میکشه ولی خب یافته مهمیه، البته تا وقتی تیمای دیگه مستقل بازتولید نکنن نباید خیلی بزرگش کنیم، صبر لازمه
آسمانباز
من تو کارگاه نوری کار کردم؛ پیچیدگی استخراج طیف رو می‌فهمم. یک سال تلاش یعنی جدی جدی دنبال ردپاش بودن... ولی مشتاق دیدن پیگیری‌ها هستم
مهدی
این تحلیل‌ها چقدر مطمئنن؟ جدا از پردازش سخت، احتمال خطا تو تفریق نور ستاره زیاده یا نه؟ کسی جز من نگران کالیبراسیون نیست؟
آستروست
مشکل ساز نیست، منطقیه تبیینش: دیسک‌های پیرسیارهای می‌تونن شیمی متفاوت داشته باشن. اما نمونه‌ی بیشتری لازمه تا نتیجه‌گیری عمومی بدیم
دیتاپال
وای، یعنی واقعاً توی یه دیسک کوچیک این همه مولکول ارگانیک؟ فکر نمیکردم اینقدر زود... هیجان‌انگیزه اما دلم می‌خواد داده‌ها بازهم تایید شن
ارسال نظر