10 دقیقه
یک نقطهٔ نوری ناگهانی و غیرمنتظره در حلقهٔ بقایای غباری پیرامون فومالهاوت ظاهر شده است؛ ستارهای نزدیک و جوان که تنها حدود 25 سال نوری از زمین فاصله دارد. مشاهدات تازهٔ تلسکوپ فضایی هابل نشان میدهد احتمالاً شاهد پیامد برخورد فاجعهباری بین دو جسم به اندازهٔ خردهسیارک هستیم — رخدادی که فرایندهای خام و بنیادینی را که میتوانند به تشکیل سیاره منجر شوند، روشن میسازد. این کشف برای مطالعات تشکیل سیاره و دینامیک قرصهای باقیمانده (debris disk) اهمیت بالایی دارد و اطلاعات جدیدی دربارهٔ ساز و کارهای برخوردی و توزیع مادهٔ جامد در محیط پیرامون ستارگان نزدیک فراهم میکند.
یک برخورد نادر ثبتشده در سامانهای همسایه
فومالهاوت که سن آن در حدود 440 میلیون سال تخمین زده میشود، با یک دیسک وسیع از بقایای شکلگیری خود احاطه شده است. این قرص باقیمانده که از آوارهای سیارکها و دانههای غبار تشکیل شده، سالهاست که مورد توجه اخترشناسانی قرار دارد که نحوهٔ شکلگیری و تکامل سیارکها و پلانتیسمالها (planetesimals) — بلوکهای سازندهٔ سیارات — را مطالعه میکنند. در سال 2023، هابل یک منبع نوری درخشان تازه را در حلقهٔ خارجی این دیسک ثبت کرد. این ویژگی در نور بازتابی ستاره شبیه یک سیاره به نظر میرسید، اما مقایسهٔ دقیق با تصاویر آرشیوی نشان داد که در قابهای قدیمی حضور نداشته است؛ نشانهای قوی از ماهیت گذرا و تازهپدید این پدیده.
پژوهشگرانی به سرپرستی پاول کالاس (Paul Kalas) از دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، این منبع جدید را Fomalhaut cs2 (منبع پیرامونستارهای 2) نامگذاری کردند. این منبع تازه به یک گذرأ مشاهدهشدهٔ پیشین میپیوندد که پیشتر با برچسب Fomalhaut b یا بهصورت غیررسمی «دِیگون» (Dagon) شناخته میشد؛ آن گذرا نیز در بررسیهای قبلی روشن شد که در واقع ابر غباری درخشان و کمدوام بوده، نه یک سیارهٔ پایدار. تحلیل تیم نشان میدهد که هم cs1 (دِیگون) و هم cs2 ناشی از برخوردهای خشنی بین اجسامی با اندازهٔ مشابه بودهاند که قطر هر یک حدود 60 کیلومتر (تقریباً 37 مایل) برآورد شده است. این اندازهگیریها از مدلهای پراکندگی نور و نرخ تغییرات روشنایی و شکل ابر غباری استخراج شدهاند.
کالاس در توضیح این کشف گفت: «برای نخستین بار است که میبینیم یک نقطهٔ نوری بهصورت ناگهانی در یک سامانهٔ فراخورشیدی چنین ظاهر شده است.» او اشاره کرد که منبع نوری در فریمهای قدیمیتر هابل غایب است؛ نتیجهگیری این است که cs2 بهجای یک سیارهٔ پایدار، احتمالاً یک ابر آوار در حال تحول است که زمانی شکل گرفته که دو پلانتیسمال بزرگ با هم برخورد کرده و مقدار قابلتوجهی از سنگ و غبار را تبخیر و متلاشی کردهاند. این یافته نشان میدهد که تشخیص مستقیم سیارات با نور بازتابی به دقت و بررسیهای چنددورهای نیاز دارد تا پدیدههای گذرا مانند ابرهای غباری از اجرام باثبات تفکیک شوند.
مکانهای تلسکوپ فضایی هابل برای cs1 در سال 2012 و cs2 در سال 2023.
چرا ثبت دو برخورد اهمیت دارد: آمار، نه فقط نمایش
برخوردهای فاجعهبار در یک دیسک باقیمانده امری غیرمنتظره نیست؛ مدلهای پیشین پیشبینی کرده بودند که برخوردهایی در این مقیاس در یک نقطهٔ مشخص میتوانند بسیار نادر باشند — شاید هر 100,000 سال یکبار. مشاهدهٔ دو رویداد از این دست در بازهٔ زمانی مشاهدهای حدود 20 سال و در موقعیتهای مشابه در حلقهٔ بیرونی فومالهاوت این برآورد را به چالش میکشد. داشتن یک نمونهٔ دوم اجازه میدهد تا اخترشناسان از مقام روایت و نمونهٔ تکشبه به استنباطهای آماری محکمتری دست پیدا کنند؛ یعنی بتوانند نرخ برخورد و توزیع اندازهٔ اجسامی که چنین رویدادهایی تولید میکنند را کمّیسازی کنند.
مارک ویات (Mark Wyatt) از دانشگاه کمبریج اشاره میکند که برخوردهای پیاپی امکان برآورد مستقیم از اندازهٔ اجرام درگیر و چگالی جمعیتی آنها را فراهم میآورد. بر اساس روشنایی و نحوهٔ تکامل ابرهای غباری، تیم پژوهشی نتیجه گرفت که پلانتیسمالهای نابودشده هر کدام حدود 60 کیلومتر قطر داشتهاند. با استفاده از نرخ برخورد و روشنایی قطعات باقیمانده، آنها برآورد کردند که حدود سهصد میلیون (3×10^8) جسم مشابه ممکن است درون دیسک فومالهاوت در مدار باشند — مخزنی غنی از بلوکهای سازنده برای جهانهای بزرگتر. چنین جمعیت بزرگی از اجرام کوچک میتواند احتمال برخوردهای مرگبار را نسبت به تخمینهای قبلی افزایش دهد.
تمرکز وقوع چند برخورد در یک ناحیهٔ مشخص همچنین نشانهای از دینامیک داخلی دیسک است. وجود شکافهای هممرکز و عدم تقارنها در حلقهٔ بیرونی قرص نشان میدهد که عوامل نامرئی — احتمالاً سیارات در حال شکلگیری — با نیروی گرانشی خود ماده را رهبری و جابهجا میکنند و بدینگونه سرعتهای نسبی را افزایش میدهند که به نوبت نرخ برخوردها را بالا میبرد. تصاویر تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) در سال 2023 یک گرهٔ بزرگ غباری در همان حلقهٔ بیرونی نشان داد که آن نیز بهعنوان یک نتیجهٔ بالقوهٔ برخوردی تفسیر شد. ترکیب دادههای هابل، JWST، و نیز مشاهدات رادیویی و زیرمیلیمتری (مانند آتاکاما/ALMA) میتواند دیدی چندموجی از ساختار و جرم دیسک بدهد و به تفکیک میان سناریوهای دینامیکی مختلف کمک کند.
آنچه بقایا دربارهٔ ترکیب و تکامل میگویند
هنگامی که دو پلانتیسمال با سرعت بالا برخورد میکنند، انرژی آزادشده سنگ را خرد و تا حدی تبخیر میکند. ابر غباری حاصل نور ستاره را منعکس میکند و میتواند به مدت سالها مانند یک سیارهٔ کوچک ظاهر شود، در حالی که بهآهستگی پراکنده میشود چون فشار تابشی ستاره و دینامیک مداری ذرات را جابهجا میکنند. ردیابی تغییرات در شکل، روشنایی و حرکت ابر در مشاهدات پیدرپی به اخترشناسان امکان میدهد اندازهٔ ذرات، سرعتها، و حتی نشانههایی از ترکیب ماده را استنتاج کنند. این روشها از فتونومتری دقیق، تصویربرداری تفکیکی و تحلیل طیفهای بازتابی بهره میبرند.
برای مثال، ابر غباری که با گذر زمان قرمزتر میشود ممکن است نشاندهندهٔ فراوانی ذرات ریزتر یا مینرولوژی متفاوت باشد؛ ابرهایی که گستردهتر میشوند یا دنبالهای شبیه دنبالهدار پیدا میکنند نقش فشار تابشی و نیروی پادگردشی (Poynting–Robertson drag) را در شکلدهی بقایا نشان میدهند. اندازهٔ ذرات تعیین میکند که تا چه حد تحت تأثیر فشار تابشی قرار میگیرند — ذرات کوچکتر سریعتر دور میریزند در حالی که ذرات بزرگتر ممکن است برای دورههای طولانیتر باقی بمانند و در مشاهدات مادونقرمز و زیرمیلیمتری برجستهتر شوند. تیم هابل برنامهریزی کرده تا cs2 را هم با هابل و هم با JWST دنبال کند تا این تغییرات ظریف را ثبت کند و بررسی کند آیا cs2 همان مسیر تکاملی cs1 را پیش میگیرد یا خیر.
علاوه بر اطلاعات اندازه و توزیع ذرات، ترکیب طیفی میتواند سرنخهایی دربارهٔ حضور سیلیکاتها، کربنیتها یا یخها ارائه دهد. اگر بخشهایی از بقایا در باندهای مادونقرمز روشن شوند، میتوان جرم گرمایی و دمای غبار را برآورد کرد که برای مدلسازی انرژی برخورد و نسبت مواد تبخیرشده حیاتی است. چنین ترکیبی از مشاهدات طیفنگارانه و تصویری، مبدأ و پیامدهای برخورد را بهتر بازسازی میکند و بینشهایی دربارهٔ مراحل اولیهٔ تشکیل سیارهها میدهد.
راهبرد رصدی و مأموریتهای آینده
این آشکارسازی اهمیت تصویربرداری طولانیمدت و چنددورهای (multi-epoch imaging) را برای درک سامانههای سیارهای پویا برجسته میسازد. مأموریتهای تصویربرداری مستقیم که هدفشان یافتن فراسیارات از طریق نور بازتابی است، باید پدیدههای غباری گذرا را که میتوانند بهعنوان سیاره اشتباه شوند در نظر بگیرند. بنابراین «زمانبندی» یا cadence — زمانبندی و تکرار مشاهدات — به اندازهٔ حساسیت خام تلسکوپ اهمیت دارد؛ مشاهدهٔ مکرر امکان تفکیک رویدادهای گذرا از اجرام باثبات را میدهد و نرخ حقیقی برخوردها را کاهش یا افزایش میدهد.
عمق آرشیوی هابل به اخترشناسان اجازه داد تا غیبت cs2 در دورههای پیشین را تأیید کنند، در حالی که قابلیتهای مادونقرمز JWST اطلاعات مکملی دربارهٔ غبار سردتر و نشر گرمایی ارائه میدهد. رصدخانههای زمینی و فضایی آینده با تصویربرداری با کنتراست بالا و ابزارهایی مانند کرونوگرافها (coronagraphs) یا سایهستارهای (starshades) توانایی ما را در تمایز میان سیارات واقعی و بقایای برخوردی بهبود خواهند داد. همچنین رصد در طولموجهای رادیویی و زیرمیلیمتری میتواند جرم کلی دیسک و توزیع اندازهٔ ذرات بزرگتر را محدود کند؛ این اطلاعات برای مدلسازی تاریخچهٔ برخوردهای سیستم ضروری است.
از منظر مأموریت، دادههای همزمان هابل، JWST، ALMA و دوربینهای پیشرفتهٔ زمینی مانند VLT و Keck میتوانند یک شبکهٔ رصدی فراهم کنند که همافزایی میان طولموجها را امکانپذیر میسازد. چنین شبکهای نه تنها برای فومالهاوت بلکه برای مطالعهٔ کلیتر دیسکهای باقیمانده و تشکیل سیاره در سایر سامانههای نزدیک سودمند خواهد بود. افزایش دورهٔ زمانی مشاهدات و بهبود رزولوشن فضایی و حساسیت طیفی کلید کاهش ابهامات دربارهٔ طبیعت پدیدههای گذرا است.
دیدگاه کارشناسان
«فومالهاوت آزمایشگاهی زنده و نادر است»، دکتر لیلا مورنو، اخترفیزیکدانی که در تشکیل سیاره تخصص دارد، میگوید. «تکرار برخوردها در همان شعاع نشان میدهد که ما پیامدهای آشفتگی دینامیکی را میبینیم — شاید به دلیل سیارات نامرئی که دیسک را شکل میدهند. دنبال کردن نحوهٔ تحول این ابرهای غباری به ما پنجرهای بر ویژگیهای مادهٔ پلانتیسمالها و جدول زمانی تجمیع سیارهها میدهد.»
مورنو اضافه میکند که پیگیری چندطولیموجی ضروری است: «تصویربرداری اپتیکی نور بازتابی را نشان میدهد، در حالی که مشاهدهٔ مادونقرمز و زیرمیلیمتری رفتار گرمایی و جرم بقایا را آشکار میسازد. ترکیب این دادهها به ما امکان میدهد برخورد را بازسازی کنیم — انرژی آزادشده، جرم دخیل و نتایج محتمل برای رشد سیارهای در آن سامانه.» این توصیهٔ کارشناسی تأکید میکند که مطالعات تشکیل سیاره باید از رویکردهای یکبعدی فراتر روند و از ابزارها و طولموجهای مختلف بهره بگیرند تا تصویر کاملتری از فرایندها بهدست آید.
نتیجهگیری
کشف جدید هابل از Fomalhaut cs2 — همراه با رویداد پیشین cs1/دِیگون — یک کنجکاوی منفرد را به پدیدهای قابلاندازهگیری تبدیل میکند. ثبت دو برخورد در تقریباً یک موقعیت قرصی امکان برآورد بهتر اندازهها و تعداد پلانتیسمالها را فراهم میآورد و نشان میدهد که محیط دینامیکی و فعالی وجود دارد که احتمالاً هنوز هم در آن تشکیل سیاره ادامه دارد. پایش مداوم با هابل، JWST و رصدخانههای آینده چگونگی پراکندگی این ابرهای غباری را ترسیم خواهد کرد و به تفکیک بقایای گذرا از سیارات واقعی کمک خواهد نمود و تصویر ما را از ساز و کارهای تجمع و تکامل سامانههای سیارهای تیزتر میسازد. از منظر اخترفیزیکی، مطالعهٔ چنین برخوردهایی اطلاعاتی دربارهٔ نرخهای برخورد، ترکیب و ساختار داخلی پلانتیسمالها، و شرایط آغازین تشکیل سیارهها فراهم میآورد که برای مدلسازی تاریخچهٔ منظومههای سیارهای حیاتی است.
منبع: sciencealert
نظرات
نووا_x
اوه، یعنی ممکنه کلی سیارهی فرضی در حقیقت ابر غبار باشن؟ پس پروژههای آینده باید پروتکل زمانبندیشون رو بازطراحی کنن، عجله نکنیم.
پاولو
این تحلیل یه ذره اغراق داره، دو برخورد تو ۲۰ سال معنیش لزوما ۳۰۰ میلیون جسم نیست، مدلها خیلی نامعینن، صبر کنن بهتره.
ماکس_
رصد چندموجی لازمه؛ هابل و JWST و ALMA باید با هم کار کنن. زمانبندی مهمه، نه فقط حساسیت، تکرار تصویر برداری!
کوینهاب
تو یه پروژه شبیهسازی دیدم که دینامیک دیسک چطور ماده رو خوشهای میکنه — اگه سیارات نامرئی باشن، همهچی منطقیتر میشه، جذابه
رضا
واقعاً چطور مطمئن شدن که اینها ابر غباری هستن نه سیاره؟ مقایسه با آرشیو خوبه، ولی شک دارم به قاطعیتِ نتیجه.
آستروست
معقول به نظر میاد، اما هنوز باید آمار بیشتری ببینیم تا از اون رقم ۳۰۰ میلیون مطمئن شیم، نمونهی بیشتر لازمه.
دیتاپالس
وای، چی؟ برخورد ۲تا پلانتیسمال توی همسایگی مون! حس میکنم دارم یه مستند علمیتخیلی میبینم… ولی عکسای بیشتر لطفا
ارسال نظر