9 دقیقه
وقتی سیارهای از هم پاشیده میشود و توسط ستاره در حال مرگش جذب میگردد، ترکیبات آن ناپدید نمیشوند — بلکه بهنوعی مدرک جنایی کیهانی تبدیل میشوند. اخترشناسانی که یک کوتوله سفید نزدیک را بررسی کردهاند، آن اثر انگشتهای شیمیایی را خوانده و ترکیب یک جهان با شباهت به زمین را که مدتها پیش نابود شده، بازسازی کردهاند.
کشفی شگفتآور در ماونا کِئا: کوتوله سفیدی که سیارهای را میبلعد
با استفاده از تلسکوپهای رصدخانهٔ W. M. Keck در ماونا کِئا، پژوهشگران نشانههای طیفی 13 عنصر سنگین را در جو کوتوله سفیدی شناختهشده به نام LSPM J0207+3331 شناسایی کردند. این ستارهٔ مرده که شبیه خورشید بود، در فاصلهٔ حدود 145 سال نوری در صورت فلکی مثلث قرار دارد و به نظر میرسد مواد یک جسم سیارهای متلاشیشده را جذب میکند — و شواهد نشان میدهد این نابودی بیش از سه میلیارد سال پس از تبدیل ستاره به کوتوله سفید رخ داده است. این کشفِ ترکیب عناصر در جو یک کوتولهٔ سرد و پیر، چالشهای مهمی برای درک تکامل درازمدت منظومههای سیارهای ایجاد میکند و پنجرهای کمنظیر برای بررسی قسمتهای داخلی یک سیارهٔ بیرونی (exoplanet) فراهم میآورد.
تصویر هنری از کوتوله سفید LSPM J0207+3331 که گرانشی یک سیارک را نابود میکند. این کوتوله سفید پیرترین و سردترین نمونه شناختهشده است که توسط یک دیسک باقیمانده احاطه شده است
کشفِ انتقال فعال ماده (اکرِسیون) پیرامون یک کوتوله سفید که همزمان سرد و قدیمی است، غیرمنتظره است. اِریکا لو بوردِیس از دانشگاه مونترال، نویسندهٔ اصلی مطالعه، میگوید که این نابودی دیرهنگام «درک ما از تکامل منظومههای سیارهای را به چالش میکشد.» نکتهٔ مهمتر اینکه این رخداد به اخترشناسان امکان میدهد تا به صورت مستقیم به ترکیب داخلی یک سیارهٔ متلاشیشده پی ببرند؛ چیزی که در حالت عادی با تصویربرداری مستقیم یا طیفسنجی گذر (transit spectroscopy) قابل دسترسی نیست. این یافته اهمیت مطالعات طیفی و بررسی بقایای سیارهای را در فهم تاریخچهٔ تشکیل و تکامل سیارات سنگی نشان میدهد.
ردپای شیمیایی: جو ستاره چه چیزهایی را نشان داد
جو کوتولههای سفید معمولاً ساده و نسبتاً پاک است. اما زمانی که یک سیارهٔ شکسته به درون نزدیک شده و بخار میشود، عناصر سنگینی مانند منیزیم، آهن، سیلیسیوم و نیکل جو بیرونی ستاره را آلوده میکنند. در LSPM J0207+3331، دانشمندان توانستند 13 عنصر سنگین متمایز را در فوتوسفر غنی از هیدروژن شناسایی کنند — رکوردی از لحاظ تعداد عناصر در یک کوتوله سفید تحتِ تسلط هیدروژن. این نوع داده طیفی، امکان تحلیل مقادیر نسبی عناصر و استنتاج ساختار داخلی جسم نابودشده را فراهم میآورد.
اهمیت این کشف از آنجا ناشی میشود که کوتولههای سفید هیدروژنی نسبتاً شایعاند و برای نمونههای سردتر، جوِ آنها شفاف نیست؛ عناصر سنگین به سرعت به داخل ستاره تهنشین میشوند — گاهی در مقیاس زمانی روزها — که تشخیصشان را دشوار میسازد. در مقابل، کوتولههای سفید غنی از هلیوم آلایندهها را برای میلیونها سال قابل رؤیت نگه میدارند. یافتن این تعداد عنصر در یک کوتولهٔ سرد و هیدروژنی نشاندهندهٔ آن است که یک تحویل قابلتوجه و نسبتاً جدیدِ مواد سیارهای رخ داده است. این امر اطلاعات ارزشمندی دربارهٔ جرم و ساختار جسمِ والد فراهم میکند و به ما اجازه میدهد تا فرضهایی در مورد فراوانی عناصر سنگین، کسر جرم هستهای و ترکیب اولیهٔ سیاره مطرح کنیم.
از مقدارهای اندازهگیریشده، پژوهشگران نتیجه گرفتهاند که جسم نابودشده دارای کسر جرم هستهای بالایی در حدود 55 درصد بوده است. به عبارت دیگر، بیش از نیمی از جرم سیاره در یک هستهٔ فلزی متمرکز بوده است. برای مقایسه، کسر هستهٔ عطارد در حدود 70 درصد و زمین حدود 32 درصد است. بدن والد دستکم در حدود 200 کیلومتر قطر (حدود 120 مایل) داشته و ساختاری متمایز پیدا کرده بود — یعنی پوششی سنگی (گَنَج یا مانتل) اطراف یک هستهٔ فلزی متراکم — ساختاری که شبیه سیارات خاکی در منظومهٔ خورشیدی ما است. چنین اطلاعاتی برای مدلسازی فرآیندهای تمایز (differentiation) و تشکیل هستههای فلزی در سیارات سنگی بسیار مهماند.
چطور ممکن است سیارهای میلیاردها سال پس از مرگ ستاره در هم پاشیده شود؟
یکی از بزرگترین معماها زمانبندی است. چرا یک جسم سیارهای باید میلیاردها سال بعد از مرگ ستاره به سوی کوتوله سفید رانده شود؟ چند سناریوی پیشرو مطرحاند: از دست رفتن جرم ستاره در مراحل نهایی تکامل آن میتواند رزونانسهای مداری را ناپایدار کند؛ سیارات عظیم بقا یافته میتوانند بهتدریج اجسام کوچکتر را بر هم زده و آنها را به مدارهایی هدایت کنند که با ستاره تماس پیدا میکنند؛ یا دینامیکهای بلندمدتِ آشوبناک در یک سامانهٔ چندسیارهای میتواند در گذر زمان یک بخش سیارهای را به سمت داخل بفرستد. هر یک از این مکانیسمها مستلزم زمانهای طولانی و شرایط خاصی از توزیع جرم و دینامیک مداری است.
«چیزی بهوضوح این سامانه را مدتها پس از مرگ ستاره مختل کرده است،» جان دبز از موسسهٔ علوم تلسکوپ فضایی و یکی از نویسندگان میگوید. مکانیزم دقیق هنوز روشن نیست. ردیابی سیارات غولآسای دوردست و سرد که ممکن است موجب چنین ناپایداری دیرهنگام شوند، دشوار است، اما آسترومتری آرشیوی از مأموریت گایا (ESA Gaia) همراه با مشاهدات فروسرخ از تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) میتواند مقصران پنهان را آشکار سازد. جستجو برای نوسانات ظریف در حرکتهای آسمانی ستاره و تصاویر/پیمایشهایی در طول موج فروسرخ بهخصوص برای یافتن سیارات غولآی دورکار مفید خواهد بود.
پیامدها برای منظومهٔ خورشیدی و علم سیارات فراخورشیدی
پیام نگرانکنندهای وجود دارد: خورشید خود ما در حدود ۵ میلیارد سال دیگر به کوتوله سفید تبدیل خواهد شد. سرنوشت نهایی زمین و سیارات دیگر به تکامل پیچیدهٔ مداری بستگی دارد؛ مطالعاتی مانند این نشان میدهند که سامانههای سیارهای میتوانند برای میلیاردها سال پس از مرگ ستارهها همچنان پویا و دینامیک باشند. بهطور کلی، هر کوتولهٔ سفید آلوده یک آزمایشگاه طبیعی است که در آن میتوان داخل سیارات را از سراسر کهکشان نمونهبرداری کرد و به پرسشهای بنیادی دربارهٔ تشکیل سیارات و تکامل درونی آنها پاسخ داد.
با فهرستبندی ترکیبات عنصر به عنصر اجسام متلاشیشده، اخترشناسان میتوانند مدلهای تشکیل سیاره، فرایند تمایز (differentiation)، و مهاجرت مداری را در مقیاس کهکشان آزمون کنند. کدام سیارات دارای بازماندههای فرّار (volatiles) هستند؟ کدامها هستههای فلزی بزرگ میسازند؟ ساختارهای سنگی شبیه زمین چه میزان فراوانی دارند؟ هر کوتولهٔ سفید دارای امضای بقایا (debris signature) پاسخی به این پرسشها ارائه میدهد و با افزایش نمونهها میتوان تصویر آماریِ بهتری از فراوانی و تنوع ساختارهای داخلی سیارات بدست آورد.
دیدگاه متخصص
دکتر مایا چن، اخترفیزیکدانی که در زمینهٔ بازماندههای ستارهای تخصص دارد، اظهار میکند: «آلودگی کوتولههای سفید مانند باستانشناسی کیهانی است. وقتی سیارهای نابود میشود، داستان شیمیایی خود را در جو ستاره مینویسد. یافتن این همه عنصر در یک کوتولهٔ سرد و غنی از هیدروژن نادر و هیجانانگیز است — این نشان میدهد که جسم والد تفکیک شده و به اندازهٔ کافی بزرگ بوده تا هستهٔ فلزی قابلتوجهی را حفظ کند.»
او میافزاید: «ترکیب طیفسنجی از تلسکوپهای زمینی با آسترومتری گایا و تصویربرداری فروسرخ JWST بهترین شانس ما را برای بازسازی تاریخ دینامیکی سامانه و شناسایی هر سیارهٔ غولآی باقیمانده که ممکن است باعث ناپایداری شده باشد، فراهم میکند.» این نگاه میانرشتهای (طیفسنجی، آسترومتری، و تصویربرداری فروسرخ) برای اثبات روابط علت و معلولی در تکامل دیرینهٔ منظومهها ضروری است.
گام بعدی پژوهشگران
کارهای پیگیری شامل جستجوی آرشیوی دادههای گایا برای نوسانات آسترومتریک ظریف و هدفگیری سامانه با کاوشهای فروسرخ عمیقتر خواهد بود. اگر غولهای دوردست و سرد یافت شوند، این شواهد را برای ناپایداریهای طولانیمدت ناشی از تأثیرات سیارات تقویت میکند. در عین حال، گسترش نمونهٔ کوتولههای سفید آلوده — بهویژه نمونههای غنی از هیدروژن — تصویر ما را در مورد فراوانی هستههای زمینمانند در سراسر راه شیری پالایش خواهد کرد. مقایسهٔ فراوانی نسبی عناصر مانند آهن، نیکل، سیلیسیوم و منیزیم بین نمونهها میتواند الگوهای تشکیل و تکامل سیارات سنگی را روشن کند.
در نهایت، گورستان ستارگان مرده ممکن است غنیترین فهرست برای مطالعهٔ چگونگی تشکیل، تفکیک و فروپاشی جهانهای سنگی باشد — و در این مسیر، دربارهٔ آیندهٔ دور زمین ما درسهای مهمی بیاموزد. این پژوهشها همچنین به توسعهٔ مدلهای نظری دربارهٔ تاثیرات طولانیمدت دینامیک سیارهای بر بقای اجسام در منظومهها کمک میکنند و میتوانند دیدگاههایی دربارهٔ احتمال وجود سیارات سنگی با هستههای فلزی بزرگ در کهکشان بدهند. از منظر ابزارشناختی، بهبود حساسیت طیفسنجی در طول موجهای مختلف و تحلیلهای ترکیبی با دادههای آسترومتریک برای پیشرفت این زمینه حیاتی است.
منبع: sciencealert
نظرات
اخترست
تو شبیهسازیهای مدار دیدم که پلوتو-مثل اجسام بعد از میلیاردها سال جابجا میشن، این نتایج جذابن، پیگیری کنن
کوینپ
خب منطقیه، اینکه هستهها بمونن و شیمیشون بگه چی بوده. دادهها ارزشمندن ولی نیاز نمونه بیشتره
ارسال نظر