بررسی بیش از 800 دیسک تشکیل دهنده سیاره یک شگفتی تکامل سیاره‌ای را نشان می‌دهد!!

 

 

آیا منظومه شمسی ما با منظومه‌های خورشیدی دیگر قابل مقایسه است؟ سایر سیستم ها چگونه به نظر می‌رسند؟ ما از مطالعات سیارات فراخورشیدی می‌دانیم که بسیاری از منظومه‌های دیگر مشتری‌های داغ دارند، غول‌های گازی پرجرمی که بسیار نزدیک به ستاره‌هایشان می‌چرخند. آیا این طبیعی است و منظومه شمسی ما دورافتاده است؟

یکی از راه‌های پرداختن به این پرسش‌ها، مطالعه دیسک‌های تشکیل‌دهنده سیاره در اطراف ستارگان جوان است تا ببینیم چگونه تکامل می‌یابند.

 

اما مطالعه نمونه بزرگی از این سیستم‌ها تنها راه رسیدن به پاسخ است.

 

بنابراین این همان کاری است که گروهی از ستاره‌شناسان هنگام بررسی 873 دیسک پیش‌سیاره‌ای انجام دادند.

 

در یک مطالعه جدید در مورد دیسکهای تشکیل دهنده سیاره است. جرم دیسک تعیین می‌کند که چه مقدار ماده برای تشکیل سیارات در دسترس است.

 

با اندازه‌گیری جرم قرص‌ها در اطراف ستاره‌های جوان، اخترشناسان می‌توانند مجموع جرم سیاراتی را محدود کنند که ممکن است در آنجا تشکیل شوند و یک قدم به درک معماری منظومه شمسی نزدیک‌تر شوند.

 

ون ترویسگا دانشمند موسسه نجوم ماکس پلانک در هایدلبرگ، آلمان در یک بیانیه مطبوعاتی گفت: «تاکنون، ما به طور قطع نمی‌دانستیم که کدام ویژگی‌ها بر تکامل دیسک‌های تشکیل‌دهنده سیاره‌ها در اطراف ستاره‌های جوان تسلط دارند».

 

نتایج جدید ما اکنون نشان می‌دهد که در محیط‌هایی بدون تأثیر خارجی مرتبط، جرم دیسک مشاهده‌شده موجود برای تشکیل سیارات جدید تنها به سن سیستم ستاره-دیسک بستگی دارد.»

 

توده غبار نه تنها جرم سیاراتی را که ممکن است از یک دیسک تشکیل شوند، بسته به سن دیسک، همچنین می‌تواند به ستاره‌شناسان بگوید که چه سیاراتی قبلاً تشکیل شده‌اند.

اما عوامل دیگری نیز بر حجم دیسک تأثیر می‌گذارند و این عوامل از دیسکی به دیسک دیگر متفاوت است. چیزهایی مانند باد ستاره‌ای و تابش ستارگان مجاور خارج از دیسک نیز می‌توانند بر جرم تأثیر بگذارند.

 

پس چگونه محققان توانستند این اثرات را در چنین نمونه بزرگی جدا کنند؟

 

آنها بر روی یک منطقه شناخته شده از دیسک‌های پیش‌سیاره‌ای به نام ابر شکارچی تمرکز کردند که بخشی از مجتمع ابر مولکولی جبار (OMCC) است.

 

OMCC حدود 1350 سال نوری از ما فاصله دارد و محل سحابی شکارچی است که به خوبی مطالعه شده است، ویژگی که حتی ستاره‌شناسان آماتور نیز می‌توانند آن را ببینند.

 

(S.E. van Terwisga et al./MPIA)

تصویر بالا: این تصویر ابر ستاره‌ساز غول پیکر شکارچی A را نشان می‌دهد که توسط ابزار SPIRE (گیرنده تصویربرداری طیفی و فتومتریک) روی تلسکوپ فضایی هرشل مشاهده شده است. این توزیع در مقیاس بزرگ گرد و غبار سرد را ردیابی می‌کند. شکارچی A حدود 1350 سال نوری از ما فاصله دارد و از نواحی ستاره‌زایی منفرد تشکیل شده است که در برچسبهای آنها مشخص شده است. مکان‌های دیسک‌های تشکیل‌دهنده سیاره (+) مشاهده‌شده با آلما نشان‌داده شده‌اند، در حالی که دیسک‌هایی با جرم غبار بالای معادل 100 جرم زمین به‌صورت نقطه‌های آبی ظاهر می‌شوند.

 

آلوارو هاکار یکی از نویسندگان این مطالعه و دانشمند دانشگاه وین اتریش است. هاکار گفت: «اوریون A حجم نمونه بی‌سابقه‌ای از بیش از 870 دیسک اطراف ستاره‌های جوان را در اختیار ما قرار داد. بسیار مهم بود که بتوانیم به دنبال تغییرات کوچک در جرم دیسک بسته به سن و حتی محیطهای محلی داخل ابر باشیم.

 

این نمونه خوبی است زیرا همه دیسکها متعلق به یک ابر هستند. این بدان معناست که شیمی آنها یکنواخت است و همه آنها سابقه یکسانی دارند.

 

خوشه سحابی شکارچی (ONC) در نزدیکی خود میزبان ستارگان پرجرمی است که می‌توانند بر روی دیسکهای دیگر تأثیر بگذارند، بنابراین تیم هر قرصی را در شکارچی A را رد کرد که فاصله‌ای نزدیک‌تر از 13 سال نوری به ONC دارد.

 

اندازه‌گیری جرم همه این دیسکها مشکل بود. این تیم از آرایه میلی‌متری/زیرمیلی‌متری بزرگ آتاکاما (ALMA) برای مشاهده گرد و غبار استفاده کردند. آلما را می‌توان برای طول‌موج‌های مختلف تنظیم کرد، بنابراین تیم دیسکهای جوان را در طول موج 1.2 میلی‌متر مشاهده کردند.

 

در آن طول موج، غبار روشن است، اما ستاره کم نور است که به از بین بردن اثر ستاره در هر قرص کمک می‌کند. از آنجایی که رصد 1.2 میلی‌متری، مشاهدات را نسبت به اجرام بزرگتر از چند میلی‌متر غیرحساس می‌کند – به عنوان مثال، سیاراتی که قبلاً شکل گرفته‌اند – اندازه‌گیری‌های تیم فقط غبار موجود برای تشکیل سیارات جدید را اندازه‌گیری کردند.

 

اندازه‌گیری غبار بدون تداخل ستارگان یک مانع بود، اما محققان با مانع دیگری روبرو شدند: داده‌ها.

 

بررسی دقیق تقریباً 900 دیسک پیش سیاره‌ای، داده‌های زیادی ایجاد می‌کند و همه آن داده‌ها باید قبل از هر معنای جمعی پردازش شوند. اگر تیم بر روش‌های موجود تکیه می‌کرد، پردازش تمام آن داده‌ها حدود شش ماه طول می‌کشید.

 

در عوض، آنها روش خود را برای مدیریت داده‌ها با استفاده از پردازش موازی توسعه دادند. چیزی که ماه‌ها طول می‌کشید کمتر از یک روز طول کشید. ریموند اونک یکی از نویسندگان این مقاله گفت: «رویکرد جدید ما سرعت پردازش را تا 900 برابر افزایش داد.

 

هنگامی که آنها داده‌ها را پردازش کردند، محققان دریافتند که بیشتر دیسکها تنها 2.2 جرم زمین را در خود جای داده‌اند. تنها 20 دیسک از تقریباً 900 دیسک گرد و غبار کافی برای 100 یا بیشتر زمین را در خود جای داده است.

 

ون ترویسگا توضیح داد: “به منظور جستجوی تغییرات، ما ابر شکارچی A را تشریح کردیم و این مناطق را به طور جداگانه تجزیه و تحلیل کردیم. به لطف صدها دیسک، نمونه‌های فرعی هنوز به اندازه کافی بزرگ بودند تا نتایج آماری معنی‌داری به دست آورند.”

 

محققان مقداری تنوع در توده غبار دیسک در مناطق مختلف شکارچی A یافتند، اما این تغییرات حداقل بود. به گفته نویسندگان، تأثیر سن می‌تواند تغییرات را توضیح دهد. با پیر شدن دیسکها، جرم دیسک کاهش می‌یابد و خوشه‌هایی از دیسکهای هم سن، توزیع جرم یکسانی دارند.

 

نویسندگان در مقاله خود می‌نویسند: «ما باید تأکید کنیم که تفاوت بین این خوشه‌ها که در آسمان دور از یکدیگر قرار دارند، نسبت به یکدیگر و میدان، حتی در شدیدترین موارد، کوچک و بسیار مهم نیستند.

نمودار نقطه پراکندگی خوشه‌های ستاره جوان در اوریونA

(ون ترویسگا و همکاران، نجوم و اخترفیزیک، 2022)

بالا: این شکل شش خوشه کم جرم و چگالی کم YSOs را در مطالعه نشان می‌دهد. علیرغم توزیع گسترده آنها در شکارچی A، دیسکها همان همبستگی سن جرم را نشان می‌دهند.

 

انتظار می‌رود با افزایش سن دیسکها جرم گرد و غبار آنها کاهش یابد. شکل‌گیری سیاره‌ها عامل اصلی این کاهش است: آنچه زمانی غبار بود به سیاره تبدیل می‌شود.

 

اما اثرات دیگر نیز به از بین رفتن گرد و غبار کمک می‌کند. گرد و غبار می‌تواند به سمت مرکز دیسک حرکت کند و تابش ستاره میزبان می‌تواند گرد و غبار را تبخیر کند. اما این مطالعه ارتباط بین سن و از دست دادن گرد و غبار را تقویت می‌کند.

 

آیا نتایج این مطالعه می‌تواند برای سایر جمعیت‌های دیسک ستاره جوان نیز اعمال شود؟ نویسندگان نتایج خود را از شکارچی A با چندین منطقه ستاره‌ساز مجاور با دیسک‌های جوان مقایسه کردند.

 

اکثر آنها، اما نه همه، با کاهش توده‌ای مرتبط با سن مطابقت دارند که در شکارچی A دیده می‌شود.

 

ون ترویسگا گفت: در مجموع، ما فکر می‌کنیم مطالعه ما ثابت می‌کند که حداقل در 1000 سال نوری بعدی، همه جمعیت‌های دیسک‌های تشکیل‌دهنده سیاره توزیع جرم یکسانی را در یک سن مشخص نشان می‌دهند.

 

محققان کارهای بیشتری دارند که دوست دارند انجام دهند. آنها می‌خواهند تأثیری را بررسی کنند که ستارگان کوچکتر می توانند در مقیاس کوچکتر چند سال نوری داشته باشند.

 

در این مطالعه، آنها از تأثیری اجتناب کردند که ستارگان پرجرم در ONC می‌توانند بر دیسکهای همسایه داشته باشند. اما ستاره‌های پس‌زمینه کوچک‌تر همچنان می‌توانند بر دیسک‌ها تأثیر بگذارند و ممکن است برخی از تغییرات کوچک در همبستگی سن-جرم را توضیح دهند.

 

سن ستاره و قرص آن، خواص شیمیایی، و دینامیک ابر مادر، همگی با جرم ترکیب می‌شوند تا تصویر واضح‌تری از منظومه شمسی که از قرص برمی‌خیزد به تصویر بکشند. اخترشناسان قادر به گرفتن چنین داده‌هایی نیستند و پیش‌بینی می‌کنند که چه نوع سیاره‌هایی ممکن است در هر منظومه شمسی شکل بگیرند.

 

اما قابل توجه است که همبستگی بین سن دیسک و جرم دیسک، حتی در ساختارهای بزرگی مانند شکارچی A قوی است.

 

نویسندگان نتیجه می‌گیرند: «خواص همگن قابل توجه نمونه‌های دیسکی با همان سن، یافته‌ای شگفت‌انگیز است» و نتایج آن‌ها آنچه را تأیید می‌کند که مطالعات و بررسی‌های قبلی به آن اشاره کرده بودند.

 

با این حال، اکنون می‌توانیم نشان دهیم که این امر در مورد تعداد بیشتری از YSO و خوشه‌های YSO صدق می‌کند که در بخش‌های به خوبی جدا شده از یک ابر غول‌پیکر تشکیل شده‌اند. برای اولین بار، اندازه بی‌سابقه SODA (بررسی دیسک‌های شکارچی با آلما) ) نمونه دیسک به ما اجازه می‌دهد تا روی اثرات شیب سنی و خوشه‌بندی در یک منطقه ستاره ساز بزرگنمایی کنیم.”

 

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Survey of More Than 800 Planet-Forming Disks Reveals a Planetary Evolution Surprise

EVAN GOUGH, UNIVERSE TODAY 15 MAY 2022

https://www.sciencealert.com/survey-of-more-than-800-planet-forming-disks-reveals-an-evolutionary-surprise