مشاهدات تلسکوپ فضایی جیمز وب روی ۷۲ ستارهٔ جوانِ خورشیدمانند نشان میدهد شکلگیری سیارات یک مسابقهٔ محدود به زمان است. مواد خامِ سازندهٔ سیارات پیوسته از دیسکهای پیشسیارهای بیرون رانده میشوند و پنجرهٔ زمانی شکلگیری انواع مختلف سیارات کوتاهتر از آن است که پیشتر تصور میشد.
نکات کلیدی
- شکلگیری سیارات تحت تأثیر نرخ خروج گاز از دیسک قرار دارد؛ این نرخ با زمان تغییر میکند.
- دو فرایند اصلی — بادهای مغناطیسی/جتها و فوتواواپوراسیون توسط تابش پرانرژی — به ترتیب در مراحل مختلف دیسک غالب میشوند.
- سیارات غولپیکر گازی تنها در صورتی شکل میگیرند که دیسک پیش از جمعآوری جوِ گسترده، گاز کافی داشته باشد.
روش مشاهده و تحلیل با JWST
گروهی از پژوهشگران با ابزار مادونقرمز میانی جیمز وب (MIRI) حرکت هیدروژن مولکولی را در اطراف ۷۲ ستارهٔ جوان ردیابی کردند تا مقدار و نحوهٔ فرار گاز از دیسکهای پیشسیارهای را بسنجند. هر ستاره نمایندهٔ مرحلهای از تکامل دیسک محسوب شد و امکان پیجویی تغییرات زمانی مکانیزمهای از دست رفتن جرم را فراهم آورد.
برای مرجع فنی دربارهٔ تلسکوپ و ابزارها: James Webb Space Telescope و MIRI
مکانیزمهای خروج ماده
دو گروه فرایند اصلی در خروج گاز از دیسک شناسایی شدهاند:
- بادها و جتهای مغناطیسی (مراحل اولیه): در دیسکهای جوان و پرجرم، میدانهای مغناطیسی بقایای جرم را به صورت جریانهای سریع بیرون میبرند.
- فوتواواپوراسیون توسط تابش ستاره (مراحل بعدی): وقتی دیسک نازکتر میشود، تابش فرابنفش و ایکس ستاره گاز را یونیزه و از لایهٔ بالایی دیسک میکَند.
تأثیر بر انواع سیارات
سیارات غولپیکر گازی مانند مشتری و زحل برای تشکیل اتمسفرهای حجیم نیازمند ذخایر گستردهٔ گاز هستند. اگر دیسک پیش از جمعآوری چنین جوی تخلیه شود، فرصت شکلگیری این سیارات از میان میرود. برعکس، سیارات سنگی کوچکتر با مقادیر کمتر مواد قابلساختن هستند و پنجرهٔ زمانی متفاوتی برای شکلگیری دارند.
پیامدهای اخترفیزیکی
- تکامل دینامیکی دیسک: نرخ و نوع از دست رفتن گاز با سن سیستم تغییر میکند؛ بنابراین نباید یک سناریوی یکنواخت برای همهٔ منظومهها در نظر گرفت.
- ساعتِ شکلگیری سیارات گازی: پراکندگی گاز معیاری برای تعیین مدت زمان ممکنِ شکلگیری سیارات غنی از گاز است.
- برتری JWST در مشاهدهٔ گازهای گرم: دادههای MIRI نشان میدهد جیمز وب توان پیجویی فرایندهای پراکندگی گاز و غبار در مراحل حساس تکامل دیسک را دارد.
گامهای بعدی پژوهشگران
تیم پژوهشی قصد دارد میزان جرمی که هر مکانیزم منتقل میکند را کمّیسازی کرده و نواحی مشخص دیسک را که هر فرایند در آنها فعال است نقشهبرداری کند. ترکیب این نتایج به توسعهٔ مدلهایی میانجامد که سرعت خاموش شدن شکلگیری سیاره را بازسازی کرده و نشان میدهد کدام نوع سیاره در کدام بخش دیسک بیشتر احتمال شکلگیری دارد.
نتایج مربوطه در تاریخ 25 اوت در The Astronomical Journal منتشر شده و تیمهایی از دانشگاه آریزونا و مؤسسهٔ SETI از همکاران اصلی بودهاند.
اهمیت برای جستجوی منظومههای فراخورشیدی
درک زمانبندی خروج مواد از دیسکهای پیشسیارهای علاوه بر روشن کردن تاریخچهٔ منظومهٔ شمسی، راهنمایی عملی برای هدفگذاری رصدها و طراحی مأموریتهای آینده است. این دانش به انتخاب سامانههایی کمک میکند که بیشترین احتمال میزبانی سیارات غنی از گاز یا سیارات سنگی شبیه زمین را دارند.
نگاهی دقیقتر به آمار و نقشهٔ نواحی فعال دیسکها تصویر زمانبندی شکلگیری سیارات را شفافتر میکند و امکان بازسازی چگونگی تحول منظومهٔ ما در طول حدود ۴.۶ میلیارد سال گذشته را فراهم میآورد.
