یافته جدید تلسکوپ جیمز وب: غولهای گازی عظیم نیز همانند دیگر سیارهها شکل میگیرند
اخترشناسان با بهرهگیری از اطلاعات جدید حاصل از تلسکوپ فضایی جیمز وب، موفق به دستیابی به فهم تازهای از فرآیند شکلگیری بزرگترین سیارههای گازی شدهاند؛ کشفی که میتواند مفهوم مرز میان «سیاره» و «کوتوله قهوهای» را به چالش بکشد.
بر اساس گزارش اسپیسداتکام، این نتایج ناشی از یک بررسی جامع درباره منظومهی ستارهای HR 8799 است؛ ستارهای جوان و مشابه خورشید که تعدادی نزدیک به ۱۳۳ سال نوری از کره زمین فاصله دارد و میزبان چهار سیاره گازی بسیار بزرگ در مدارهای دوردست میباشد. جرم هر یک از این سیارهها بین پنج تا ده برابر مشتری است. این خاصیت باعث شده بود که دانشمندان آنها را در مرز نامشخص بین سیارهها و کوتولههای قهوهای قرار دهند.
کوتولههای قهوهای اجرامی هستند که در نقطهای میان سیاره و ستاره قرار دارند. آنها به حدی جرمی ندارند که بتوانند همجوشی هیدروژن همانند ستارهها را آغاز کنند، اما میتوانند نوعی خاص از همجوشی مرتبط با دوتریوم را انجام دهند. به همین سبب، گاهی از آنها به عنوان «ستارههای ناکام» یاد میشود. بنابراین، تشخیص اینکه آیا یک جرم آسمانی یک سیاره است یا کوتوله قهوهای به سادگی امکانپذیر نیست.
سالهاست که اخترشناسان در خصوص روش شکلگیری چنین دنیای عظیمی به بحث و تبادل نظر پرداختهاند. نظریه غالب در زمینه تولد سیارهها، «برافزایش هستهای» نام دارد. در این فرآیند، ذرات جامد در حلقه گاز و غبار اطراف یک ستاره جوان به تدریج به هم متصل شده و هستهای سنگین و متراکم را تشکیل میدهند. پس از آنکه این هسته به اندازه کافی بزرگ شد، به نحو وسیعی گاز را حول خود جذب کرده و تبدیل به سیاره گازی میشود.
اما چالش این است که سیارههای موجود در منظومه HR 8799 در فاصلهای بسیار دور از ستاره مرکزی خود قرار دارند. در این فاصله، مواد اولیه کمیابتر هستند و حلقههای پیشسیارهای به سرعت ناپدید میشوند. به همین دلیل، بسیاری از محققان بر این باور بودند که این سیارهها گزینش کردهاند از راهی سریعتر و شباهت به فرآیند تولد ستارهها (فروپاشی مستقیم توده گاز) شکل گرفتهاند و نه از طریق روند تدریجی برافزایش هستهای.
به منظور بررسی این موضوع، تیم تحقیقاتی از طیفسنجهای فروسرخ بسیار پیشرفته جیمز وب بهره برد تا ترکیب شیمیایی جو سیارهها را مورد بررسی قرار دهد. به عبارت ساده، طیفسنجی به معنای تجزیه نور به اجزای مختلف و تحلیل «اثر انگشت شیمیایی» عناصر و مولکولهاست. هر ماده خاص در نور دارای نشانهای منحصر به فرد است و دانشمندان با مطالعه این نشانهها قادر به شناسایی ترکیب جو سیارهها میشوند.
اینبار پژوهشگران بجای تمرکز بر گازهای متداول مانند بخار آب یا مونوکسید کربن، به دنبال مولکولهای حاوی گوگرد بودند. دلیل این انتخاب اهمیت خاصی دارد: عناصر داری گوگرد در مراحل اولیه شکلگیری منظومهها به صورت دانههای جامد وجود دارند. بنابراین در صورتی که چنین مولکولهایی در اتمسفر سیاره مشاهده شود، این یک نشانه قوی به شمار میآید که نشان میدهد آن سیاره در ابتدا هستهای جامد را شکل داده و سپس بهسرعت گاز را جذب کرده است؛ چیزی که با نظریه برافزایش هستهای مطابقت دارد.
یافتههای حاصل از جیمز وب وجود «سولفید هیدروژن» را در جو یکی از سیارههای این منظومه به نام HR 8799 c فاش کرد. این دستاورد شواهد قابل توجهی را ارائه میدهد که حاکی از آن است که این سیاره ابتدا با شکلگیری یک هسته جامد به وجود آمده و سپس بهسرعت گاز جمعآوری نموده است. توضیح این نوع ترکیب شیمیایی در صورتی که سیاره از طریق فروپاشی سریع گاز به مانند ستارهها شکل گرفته باشد دشوار خواهد بود.
علاوه بر این، محققان متوجه شدند که سیارهها نسبت به ستاره میزبان خود، غنیتر از عناصر سنگین مانند کربن و اکسیژن هستند. این نکته نیز یک نشانه کلیدی است، زیرا در سناریوی برافزایش هستهای به طور معمول انتظار داریم سیارهها مقدار بیشتری از مواد سنگین موجود در حلقه پیشسیارهای را جذب کنند.
ژان-باپتیست روفیو، نویسنده اصلی این پژوهش، ابراز میکند که کشف گوگرد نشاندهنده این است که سیارههای HR 8799 با وجود اینکه چندین برابر نسبت به مشتری جرم دارند، احتمالاً به شیوهای مشابه این غول گازی در منظومه خودمان شکل گرفتهاند؛ نتیجهای که برای محققان غیرقابل پیشبینی بوده است.
نتایج بهدستآمده نشاندهنده آن است که فرآیند برافزایش هستهای میتواند در جرمها و فاصلههای بزرگ نیز بهخوبی عمل کند و محدودیتهای شناختهشده در خصوص شکلگیری سیارهها را بهگستردگی بکشاند. اگر این نتایج در دیگر منظومهها نیز تأیید شوند، اخترشناسان ممکن است ناچار باشند تعاریف خود از مرز بین سیارههای گاز غولپیکر و کوتولههای قهوهای را تجدید نظر کنند.
یافتههای این پژوهش در نشریه Nature Astronomy منتشر گردیده است.
