مشخص کردن ستارههای جوان و دیسکهای پیشسیاره ای آنها
تصور هنری از یک کوتوله قهوه ای. اعتبار: NASA/JPL-Caltech
تصور کنید نیمهشب در میان مه غلیظ و مهآلود قدم میزنید و تکههایی از نور ماشینها و شهرهایی را میبینید که در دوردست میدرخشند. تقریبا غیرممکن است که بفهمیم نورها در مه یا فراتر از آن هستند. ستارهشناسانی که در تلاش برای یافتن ستارههای جوان با مشکل مشابهی روبرو هستند: نور ستارگانی که آنها شکار میکنند در مناطق بزرگی از گاز و غبار مه آلود در فضا به نام ابرهای مولکولی میتابد.
اما قلب این ابرها اغلب محل پرورش ستارگان و سیارات جوان است، مکانهای عالی برای تلاش برای کشف چگونگی شکلگیری اجرام آسمانی – با فرض اینکه ستارهشناسان بتوانند آنچه را که در تاریکی در حال وقوع است ببینند.
در حال حاضر، گروهی از دانشمندان در بخش نجوم BU راهی ارزان برای عبور از مه کشف کردهاند. آنها روش جدیدی ابداع کردهاند که میزان تیرگی ابر غبار را اندازهگیری میکند و به آنها اجازه میدهد تا حضور ساختارهای تشکیلدهنده سیاره را شناسایی کنند که به عنوان دیسکهای پیش سیارهای شناخته میشوند – دیسکهایی از گاز و غبار که در اطراف ستارههای جوان وجود دارند و مواد لازم برای شکل دادن سیارات را تامین میکنند. آنها از تکنیک خود برای به دست آوردن نگاه کاملتری به درون یک ابر غبار مولکولی استفاده کردند که در فاصله 450 سال نوری از زمین، در صورت فلکی ثور قرار دارد. در آنجا، یک منظومه دو ستارهای هنوز در مراحل ابتدایی خود است، قرصهای پیش سیارهای آن هنوز وجود دارد و احتمالاً در حال ایجاد چندین سیاره جدید است.
دن کلمنس، استاد کالج هنر و علوم و رئیس نجوم و میگوید: «ما به طور مؤثر سعی میکنیم از میان مه ابر نگاه کنیم تا ببینیم این ستارهها چه میکنند، آنها مانند چراغقوههایی هستند که از میان ابر میدرخشند. نویسنده اصلی مقالهای که تکنیکهای مورد استفاده برای نگاه دقیقتر به دیسکهای تشکیلدهنده ستارهها را توصیف میکند. این یافتهها در مجله Astrophysical منتشر شد.
دانشمندان دقیقاً نمیدانند ستارهها و سیارات چگونه شکل میگیرند – اگرچه آنها برخی از مواد تشکیل دهنده از جمله گاز، غبار، گرانش و میدانهای مغناطیسی را میدانند – بنابراین مطالعه سیستمهایی مانند این میتواند بینشهایی را در مورد چگونگی آشکار شدن این فرآیند ارائه دهد. در ابر ثور، یک ستاره جوان و کم جرم و یک کوتوله قهوهای هر نیم میلیون سال یکبار به دور یکدیگر میچرخند – یک کوتوله قهوهای گاهی اوقات یک ستاره شکست خورده نامیده میشود، زیرا مانند ستارگان درخشانتر هیدروژن و هلیوم را با هم ترکیب نمیکند. هم کوتوله قهوهای و هم ستاره جوان دارای دیسکهای پیش سیارهای هستند که اطرافشان را احاطه کرده است.
تیم BU برای اولین بار دیسکهای موجود در ابر ثور را زمانی که آنلیز ریلینگر، دانشجوی سال پنجم کارشناسی ارشد در بخش نجوم دانشگاه BU، مطالعه منظومه ستارهای را با استفاده از امواج رادیویی جمع آوری شده توسط آرایه میلیمتری بزرگ آتاکاما (ALMA)، بزرگترین تلسکوپ رادیویی در جهان، بررسی کرد. جهان. ریلینگر قبلاً مطالعهای را با کاترین اسپیلات، استادیار نجوم CAS و نویسنده همکار در مقاله جدید منتشر کرده بود که به دیسکهای اطراف ستارهها نگاه میکرد و مدلسازی دقیق ساختار دیسک را انجام میداد.
کار او با استفاده از امواج رادیویی، علاقه کلمنس را برانگیخت که سپس به همراه سایر اعضای تیم خود، از جمله ریلینگر، اسپیلات، و دانشمند پژوهشی ارشد BU، توهارا پیلای، برای آزمایش مشاهدات ریلینگر از همان سیستم با استفاده از نور مادون قرمز نزدیک به راه افتادند. طول موج کوتاهتر از امواج رادیویی، درست از آنچه که چشم انسان به تنهایی میتواند تشخیص دهد. آنها میخواستند نشان دهند که مدلسازی دقیق مکانهای دیسک با استفاده از ابزارهای جایگزین و در نتیجه در دسترستر امکانپذیر است.
وقتی ستارگان نور ساطع میکنند، غیرقطبی است (به این معنی که امواج نور در جهات مختلف میروند). اما با عبور نور از ابر مولکولی متراکم، آن نور قطبی میشود – امواج نور در یک جهت در نوسان هستند (به دلیل خواص دانههای غبار و میدان مغناطیسی تعبیه شده در ابر). محققان از یک قطب سنج مادون قرمز نزدیک در رصدخانه تلسکوپ پرکینز BU برای اندازهگیری قطبش نور عبوری از ابر استفاده کردند. اندازهگیری قطبش به تیم تحقیقاتی اجازه داد تا نشانههای ستارهها را ببینند که میتواند جهت دیسکها را به آنها بگوید. سپس چالش این بود که چگونه اثرات ابرهای اطراف را کم کنیم تا ماهیت دقیق نوری که از ستارگان میآید را بفهمیم و جهتگیری دیسکهای پیش سیارهای را در جستجوی غبار درون ابر غبار آشکار کنیم.
این تیم تأیید کرد که دادههای قطبش مادون قرمز نزدیک با دادههای امواج رادیویی مطابقت دارد و نشان میدهد که اندازهگیری دیسکهای پیش سیارهای بدون ابزارهای مقیاس بزرگ مانند آلما امکانپذیر است. کار آنها همچنین چیز جالبی را در مورد این سیستم نشان داد: دیسکها در یک تراز عجیب قرار دارند که اغلب توسط ستارهشناسان دیده نمیشود – موازی با یکدیگر و عمود بر میدان مغناطیسی ابر بزرگتر قرار دارند. اغلب، دیسکهای پیش سیارهای به موازات میدان مغناطیسی ابر غبار میچرخند که این سیستم را به یک سیستم نادر تبدیل میکند و به محققان این فرصت را میدهد تا بینشهای جدیدی در مورد چگونگی تشکیل سیارات توسط دیسکها به دست آورند.
کلمنز میگوید: «توسعه دانش در مورد چگونگی حذف سهم ابرها از قطبشهای ذاتی ستارهها و اجرام ستارهای جوان هیجانانگیز و چالشبرانگیز بود – این کاری است که قبلاً انجام نشده بود.» پلاریمتری نزدیک به فروسرخ که ما انجام دادیم بینش منحصربهفرد خود را در مورد دیسکها و همچنین توانایی نگاه کردن عمیق به این مناطق نوری مات ارائه کرد که در آن ستارههای جدید در حال شکلگیری هستند. ابزار آنها میتواند برای آزمایش حضور و جهتگیری دیسکها در دیگر مناطق عمیقاً پنهان فضا مورد استفاده قرار گیرد.
اگرچه آنها هنوز در مرحله تشکیل سیارات هستند، کوتوله قهوهای و ستاره جوان در ابر ثور قبلاً دارای همراهانی با جرم کمتر هستند که در مرز بین سیاره بودن یا احتمالاً یک کوتوله قهوهای دیگر قرار دارند. سیارات در برش فضای خود احتمالاً طی پنج میلیون سال آینده تشکیل خواهند شد.
ترجمه: سارا سیدحاتمی
Seeing through the fog: Pinpointing young stars and their protoplanetary disks
by Jessica Colarossi, Boston University MAY 16, 2022
https://phys.org/news/2022-05-fog-young-stars-protoplanetary-disks.html