محققان مسیر گرد و غبار منظومه شمسی تازه متولد شده را ردیابی می کنند!!

تصویر هنری از منظومه شمسی اولیه، در زمانی که هنوز هیچ سیاره‌ای شکل نگرفته بود. ابر غلیظی از گاز و گرد و غبار خورشید جوان را احاطه کرده است. برش این دیسک اصطلاحاً پیش سیاره‌ای ساختار سه بعدی آن را نشان می‌دهد. اعتبار: هدر روپر

یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی دانشگاه آریزونا تاریخچه دانه گرد و غبار را که در هنگام تولد منظومه شمسی بیش از 4.5 بیلیون سال پیش تشکیل شده است، با جزئیات بی‌سابقه‌ای بازسازی کرده است. این یافته‌ها بینشی در مورد فرآیندهای اساسی زمینه‌ساز شکل‌گیری سیستم‌های سیاره‌ای را فراهم می‌کند که بسیاری از آنها هنوز در هاله‌ای از ابهام قرار دارند.

برای این مطالعه، تیم تحقیقاتی نوع جدیدی از چارچوب را که ترکیبی از مکانیک کوانتوم و ترمودینامیک است، برای شبیه‌سازی شرایطی را ایجاد کرد که دانه گرد و غبار در طول شکل‌گیری در معرض آن قرار داشت، زمانی که منظومه شمسی دیسک چرخشی گاز و گرد و غبار بود که به عنوان دیسک پیش‌سیاره شناخته می‌شود (دیسک یا سحابی خورشیدی). مقایسه پیش‌بینی‌ها از مدل به یک تجزیه و تحلیل بسیار دقیق از ترکیب شیمیایی و ساختار کریستال نمونه، همراه با مدلی از نحوه انتقال ماده در سحابی خورشیدی، سرنخی در مورد سفر دانه و شرایط محیطی ایجاد کرده است که در طول مسیر شکل گرفته است.

دانه مورد تجزیه و تحلیل در این مطالعه یکی از چندین محصول شناخته شده است که به عنوان اجزا غنی از کلسیم و آلومینیوم یا CAI شناخته شده است و در نمونه‌ای از شهاب‌سنگ آلنده کشف شده است که در سال 1969 بر فراز ایالت چیهواهاو مکزیک سقوط کرده است. تصور می‌شود که از اولین جامداتی است که بیش از 4.5 بیلیون سال پیش در منظومه شمسی تشکیل شده است.

مشابه آنچه مهرهای موجود در گذرنامه داستانی درباره سفر مسافران را بیان می‌کنند و در طول مسیر متوقف می‌شوند، ساختارهای مقیاس میکرو و اتمی نمونه‌ها سابقه تشکیل آنها را باز می‌کنند که توسط محیط‌های جمعی تحت تأثیر آنها کنترل می‌شود.

تام زگا گفت استاد دانشگاه آزمایشگاه ماه و سیاره آریزونا و اولین نویسنده مقاله، منتشر شده در مجله علوم سیاره: “تا آنجا که ما می‌دانیم، مقاله ما اولین مقاله‌ای است که داستان مبدا را بیان می‌کند و سرنخهایی را درباره فرآیندهای احتمالی رخ داده در مقیاس فواصل نجومی ارائه می‌دهد با آنچه در نمونه خود در مقیاس فواصل اتمی می‌بینیم.”

زگا و تیم او با استفاده از میکروسکوپ الکترونی انتقال پویش با وضوح اتمی، اجزا جاسازی شده در شهاب‌سنگ را مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند – یکی از آنها در تاسیسات تصویربرداری و توصیف مواد کوئپر آریزونا و میکروسکوپ خواهر آن که در کارخانه هیتاچی در هیتاچیناکا ژاپن واقع شده است.

برش یک شهاب‌سنگ آلنده ذرات مختلف کروی را نشان می‌دهد که به عنوان کندرول شناخته می‌شوند. “تجمع” با شکل نامنظم سمت چپ مرکز یک ترکیب غنی از کلسیم و آلومینیوم یا CAI است. دانه در این مطالعه از چنین CAI جدا شد. اعتبار: Shiny Things/Wikimedia Common

مشخص شد که این اجزا شامل اکثر مواد معدنی معروف به اسپینل و پروسکیت هستند که در سنگهای زمین نیز وجود دارند و به عنوان مواد کاندیدا برای کاربردهایی مانند میکروالکترونیک و فتوولتائیک مورد مطالعه قرار می‌گیرند.

انواع مشابه جامدات در انواع دیگر شهاب‌سنگ‌ها به نام کندریتهای کربنی وجود دارد که به ویژه برای دانشمندان سیاره‌ای جالب توجه است زیرا به عنوان پس‌مانده‌های تشکیل منظومه شمسی شناخته می‌شوند و حاوی مولکول‌های آلی هستند، از جمله آنهایی که ممکن است مواد اولیه را برای زندگی تأمین کرده باشند.

با تجزیه و تحلیل دقیق چیدمان فضایی اتم‌ها، این تیم امکان بررسی ترکیبات کریستالی زمینه‌ای را با جزئیات کامل فراهم کرد. در کمال تعجب تیم، برخی از نتایج با تئوریهای فعلی در مورد فرآیندهای فیزیکی که در داخل دیسکهای پیش سیاره‌ای فعال هستند مغایرت دارد.

زگا گفت: “چالش ما این است که نمی‌دانیم چه مسیرهای شیمیایی منجر به ریشه این ترکیبات شده است.” “طبیعت لیوان آزمایشگاهی ما است و این آزمایش بیلیون‌ها سال قبل از وجود ما، در یک محیط کاملاً بیگانه انجام شده است.”

زگا گفت که این تیم با طراحی مدل‌های جدید شبیه‌سازی فرایندهای شیمیایی پیچیده، نمونه‌هایی را که درون یک دیسک پیش‌سیاره قرار می‌گیرند، “مهندسی معکوس” می‌کند.

کریشنا مورالیدهاران، یکی از نویسندگان مطالعه و دانشیار در UArizona اضافه کرد: “چنین مدل‌هایی نیاز به یک همگرایی صمیمی و تخصصی در زمینه‌های علوم سیاره‌ای، علوم مواد، علوم معدنی و میکروسکوپ دارد، همان کاری که ما تصمیم گرفتیم انجام دهیم.”

تصویری از تاریخ پویایی که ذره مدل شده می‌توانست در طول شکل‌گیری منظومه شمسی تجربه کند. تجزیه و تحلیل ساختارهای مقیاس میکرو و اتمی ذرات و ترکیب آنها با مدلهای جدید که شبیه‌سازی فرایندهای شیمیایی پیچیده در دیسک است، سفر احتمالی آن را در طی بسیاری از مدارهای اطراف خورشید نشان می‌دهد (نمودار در سمت راست). دانه‌ها از جایی که زمین تشکیل می‌شود دور نیستند، به مناطق گرمتر داخلی منتقل می‌شوند. اعتبار: هدر روپر / تام زگا و دیگران.

براساس داده‌ها به این نتیجه رسیدند که ذره در ناحیه‌ای از دیسک اولیه سیاره نه چندان دور از جایی که اکنون زمین است تشکیل شده و سپس به خورشید سفر می‌کند، جایی که به تدریج گرمتر است، فقط بعداً مسیر خود را معکوس کرده و در قسمتهای خنکتر و دورتر از آفتاب جوان قرار می‌گیرند. سرانجام، به شکل یک سیارک درمی‌آید که بعداً به قطعاتی تقسیم شد. برخی از این قطعات توسط جاذبه زمین اسیر شده و به صورت شهاب سنگ به داخل جو زمین سقوط کردند.

نمونه‌های این مطالعه از داخل یک شهاب‌سنگ گرفته شده و بدوی محسوب می‌شوند – به عبارت دیگر ، تحت‌تأثیر تأثیرات محیطی نیستند. اعتقاد بر این است که چنین مواد اولیه از زمان شکل‌گیری بیش از 4.5 بیلیون سال پیش، هیچ تغییر قابل توجهی نداشته است که نادر است. اینکه آیا اجرام مشابهی در سیارک بنو رخ داده است، نمونه‌هایی از آن در سال 2023 توسط مأموریت OSIRIS-REx با هدایت UArizona به زمین بازگردانده می‌شود که باید منتظر آن ماند. تا آن زمان، دانشمندان به نمونه‌هایی اعتماد می‌کنند که توسط شهاب‌سنگ‌ها به زمین می‌آیند.

ونکات مانگا، یکی از نویسندگان مقاله و استادیار تحقیق در دپارتمان علوم و مهندسی مواد UArizona گفت: “این مواد اتفاقاتی را که در 4.567 بیلیون سال پیش در سحابی خورشیدی رخ داده است را نشان می‌دهد”. “اینکه بتوانیم به ریزساختار نمونه خود در مقیاسهای مختلف، تا طول تک تک اتم‌ها نگاه کنیم که مانند باز کردن یک کتاب است.”

نویسندگان گفتند که مطالعاتی مانند این مطالعه می‌تواند دانشمندان سیاره‌ای را یک قدم به “مدل بزرگ شکل‌گیری سیاره” نزدیک کند و درک دقیق از مواد در حال حرکت در اطراف دیسک، آنچه از آن تشکیل شده است و چگونه باعث ایجاد خورشید و سیارات می‌شود را نشان دهد.

زگا گفت: تلسکوپهای رادیویی قدرتمندی مانند آلما در شیلی اکنون به ستاره‌شناسان اجازه می‌دهد تا تکامل سیستم‌های ستاره‌ای را ببینند.

 ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Researchers trace dust grain’s journey through newborn solar system

by Daniel Stolte, University of Arizona

https://phys.org/news/2021-06-grain-journey-newborn-solar.html