شگفتی دانشمندان از دنباله‌دار پرجرم و عجیب K2 در حال گردش در منظومه شمسی

رصد این دنباله‌دار به نوعی شبیه این است که بتوانیم چیزی را از ابتدای منظومه شمسی لمس کنیم.

تصویری از دنباله‌دار C/2017 K2 PANSTARRS (K2) که در ژوئن 2017 توسط دوربین میدان وسیع تلسکوپ فضایی هابل 3 گرفته شده است.

دنباله‌دار K2 برای اولین بار از اعماق ابر اورت از منظومه شمسی داخلی بازدید می‌کند. (اعتبار تصویر: NASA، ESA، و D. Jewitt (UCLA))

دنباله‌دار K2، یکی از دوردست‌ترین دنباله‌دارهای «فعال» کشف‌شده، این هفته در حال عبور از کنار سیاره ما است و اولین سفر خود را از بیرونی‌ترین منظومه شمسی به سمت خورشید انجام می‌دهد. اخترشناسان با حیرت توپ یخی اسرارآمیز را تماشا می کنند و در هر مرحله اکتشافات جدید و اغلب غافلگیرکنندهای انجام می‌دهند.

دیوید جویت، ستاره‌شناس دانشگاه کالیفرنیا، لس آنجلس، به اسپیس دات کام گفت: «مثل این است که بتوانیم چیزی را از ابتدای منظومه شمسی لمس کنیم. این احتمالاً ابتدایی‌ترین چیز در منظومه شمسی داخلی در این زمان است.

جویت مقالات متعددی در مورد دنباله‌دار K2 منتشر کرده است و یکی از اولین ستاره‌شناسانی بود که پس از کشف آن توسط تلسکوپ پانورامیک و سیستم واکنش سریع (PanSTARRS) در هاوایی در می 2017، این جرم را مطالعه کرد. در آن زمان، دنباله‌دار حدود 17 برابر دورتر از فاصله زمین ـ خورشید بود. دانشمندان فاصله متوسط ​​زمین از خورشید را یک واحد نجومی می‌نامند. اندازه یک AU حدود 93 میلیون مایل (150 میلیون کیلومتر) است.

حتی در آن فاصله، بین مدارهای زحل و اورانوس، دنباله‌دار چیزی را منتشر می‌کرد که دانشمندان آن را کما می‌نامند: هاله‌ای فازی از گاز که 80000 مایل (130000 کیلومتر) تا فضا امتداد داشت. این کما زمانی شکل می‌گیرد که مواد منجمد روی دنباله‌دار تصعید شوند، یا مستقیماً از یک جامد به گاز تبدیل شوند.

جویت گفت: «هرچه [دنباله‌دارها] به خورشید نزدیک‌تر می‌شوند، گرم‌تر و گرم‌تر می‌شوند و سپس یخ آب تصعید میشود و جوی شتابان از گاز ایجاد می‌کند که باعث ایجاد کما و دم دنباله دار می‌شود.

هاله‌ای که نباید باشد

این هاله بود که ستاره‌شناسان را شگفت زده کرد. در اعماق منظومه شمسی، پرتوهای خورشید آنقدر ضعیف هستند که نمی‌توانند باعث تصعید مواد منجمد دنباله‌دار شوند. به طور معمول، این فرآیند فقط در اطراف مدار مشتری، در پنج AU آغاز می‌شود.

شگفتی اخترشناسان تنها زمانی افزایش یافت که این هاله را در تصاویر گرفته شده حتی قبل از کشف رسمی، زمانی که دنباله‌دار در فاصله 23 واحد نجومی از خورشید قرار داشت، فراتر از مدار بیرونی‌ترین سیاره منظومه شمسی، نپتون، پیدا کردند.

سپس، جویت تشخیص داد که K2 باید چندین سال در زمان ثبت اولین تصویر فعال بوده باشد. مدل‌سازی به عقب نشان داد که این دنباله‌دار باید گازی را در حدود 35 واحد نجومی از خورشید، در اعماق کمربند کویپر، قرص آوار‌ها، سنگ‌های فضایی و دنباله‌دارهای فراتر از مدار نپتون دریافت کرده باشد.

جویت گفت: «در فاصله 35 AU از خورشید، دما احتمالاً چیزی حدود 40 درجه بالاتر از صفر مطلق است. (صفر مطلق مربوط به منفی 460 درجه فارنهایت یا منفی 273 درجه سانتیگراد است. در این دما حرکت طبیعی اتمها متوقف می‌شود). بنابراین ما می‌دانیم که آب در آنجا مانند سنگ جامد است.

دنباله‌دار C/2017 K2 PANSTARRS در 18 ژوئن 2022 در صورت فلکی مارافسای با قدر 9.7 شکار شد. (اعتبار تصویر: John Chumack/galacticimages.com)

منبع شگفتی

از آن زمان، دنباله دار K2 منبع اکتشافات شگفت انگیزی بوده است که دانشمندان را با رفتارهای غیرمنتظره غافلگیر کرده است. اما جویت فکر می کند که آنچه ستاره شناسان می‌بینند K2 انجام می دهد، اصلا منحصر به فرد نیست. در عوض، این رفتار دنباله‌دار احتمالاً برای همه دنباله‌دارهایی است که اولین سفر خود را به سمت خورشید انجام می‌دهند که ما قبلاً قادر به مشاهده آن نبوده‌ایم.

جویت گفت: «چیزی که این دنباله‌دار را خاص می‌کند این است که زود کشف شد. ما توانسته‌ایم نحوه تغییر دنباله‌دار با فاصله از خورشید را در محدوده‌ای بسیار بزرگتر از آنچه دنبال کنیم که قبلا انجام شده است.»

جویت گفت که دنباله‌دار K2 از دورتر از کمربند کویپر می‌آید. خانه اصلی دنباله‌دار به احتمال زیاد ابر اورت بوده است، مخزن دنباله‌دارها و تکه‌های سیاره‌ای که از 2000 تا 200000 واحد نجومی از خورشید امتداد دارد. در آنجا با بیلیونها گلوله برفی یخ زده دیگر و سنگهای فضایی، K2 بیلیونها سال را در خواب گذراند تا اینکه یک ضربه گرانشی غیرمنتظره دریافت کرد، احتمالاً از ستاره ای که از لبه‌های بیرونی منظومه شمسی عبور می‌کرد. این ضربه، K2 را در سفر به حرکت درآورد که اکنون می‌توانیم آن را در زمان واقعی مشاهده کنیم.

بکر یا نه

این واقعیت است که این دنباله‌دار در اولین سفر خود از طریق منظومه شمسی است که آن را از نظر علمی بسیار ارزشمند می‌کند. با قرار گرفتن در معرض گرمای بسیار اندک در گذشته خود، K2 باید مواد شیمیایی را در داخل خود حمل کند که مدتهاست از دنباله‌دارهای معمولی محو شده‌اند.

جویت گفت: «دما در ابر اورت واقعاً چند درجه بالاتر از صفر مطلق است. “هر ماده‌ای که در زمان شکل‌گیری آن در هسته دنباله‌دار قرار می‌گیرد، از آن زمان به صورت جامد منجمد شده است. بنابراین ایده این است که ما در حال مطالعه قطعه کوچکی از قرص پیش‌سیاره‌ای از ابتدای منظومه شمسی هستیم که کاملاً بدون تغییر مانده است. “

دنباله‌دارها اغلب به عنوان کپسولهای زمانی در نظر گرفته می‌شوند که پیام‌هایی را از اولین روزهای شکل‌گیری منظومه شمسی حمل می‌کنند. با این حال، آنچه ستاره‌شناسان در K2 شاهد آن هستند، نشان می‌دهد که شیمی آنها ممکن است بسیار بیشتر از آنچه قبلاً انتظار می رفت تغییر کرده باشد، زیرا توپهای یخی سفر خود را به سمت خورشید انجام دادند.

جویت گفت: «اگر فعالیت واقعاً به همان اندازه دور از خورشید آغاز شود که ما با این دنباله‌دار می‌بینیم، پس آنچه در دنباله‌دارهای دیگر نزدیک به خورشید می‌بینیم لزوماً بکر نیست. دنباله‌دار K2 به ما کمک می‌کند تا بفهمیم که دنباله‌دارهایی که می‌توانیم در منظومه شمسی داخلی رصد کنیم، چقدر اولیه یا بکر هستند.

مونوکسید کربن

از اولین مشاهدات، جویت می‌خواست توضیح دهد که چه چیزی کمای مسحورکننده K2 را تشکیل می‌دهد. از آنجایی که نمی‌توانست یخ آب باشد که از سطح در حال تصعید باشد، او و همکارانش می‌دانستند که باید ترکیبات شیمیایی دیگری در چنین دماهای پایینی به گاز تبدیل شوند.

جویت گفت: «اولین چیزی که ما انتخاب کردیم مونوکسید کربن بود. مونوکسید کربن در سایر دنباله‌دارهای نزدیک به خورشید شناسایی شده است، اگرچه در مقادیر بسیار کمتر از آب. مونوکسید کربن بسیار فرار است و به سختی تبدیل به جامد می‌شود.

جویت و همکارانش این نظریه را مطرح کردند که وقتی دنباله‌دار در حین حرکت به سمت ناحیه سیاره ای منظومه شمسی کمی گرم می‌شود، یخ مونوکسید کربن نزدیک سطح آن به گازی تبدیل می‌شود که مانند باد ثابت به خلاء فضای بین سیاره‌ای جریان می‌یابد. این باد ذرات گرد و غبار را از سطح دنباله‌دار به هم زد و یک کمای گرد شبیه توپ پفکی ایجاد کرد.

جویت گفت، اما برای تایید این نظریه، چندین تلاش ناموفق برای اندازه‌گیری ترکیب شیمیایی دنباله‌دار انجام شد. این تیم سرانجام در سال گذشته زمانی که دنباله‌دار به مدار مشتری رسید موفق شد و دانشمندان سرانجام مونوکسیدکربن را در قلب دنباله‌دار مشاهده کردند.

دم گم شده

همانطور که ستاره‌شناسان مشاهده کردند K2 به درون منظومه شمسی راه می‌یابد، انتظار داشتند که درخشان شود. آنها همچنین منتظر ماندند تا کما شکل دم مانندی را ایجاد کند که برای دنباله‌دارهایی که از زمین می‌گذرند. اما برای سال‌ها، هیچ چیز با K2 تغییر نمی‌کرد و هم سوال‌ها و هم نظریه‌ها را برانگیخت.

جویت گفت: «این دم دنباله‌دارها ناشی از فشار نور خورشید است که ذرات غبار [که از دنباله‌دار بیرون می‌آیند] را از خورشید دور می‌کند. “این دنباله‌دار تا همین اواخر یکی نداشت.”

از نظر جویت، این بدان معناست که گرد و غباری که به وسیله یخ تبدیل به گاز از دنباله‌دار بیرون می‌رود، باید بزرگ‌تر از آن چیزی باشد که دانشمندان انتظار داشتند (در واقع بسیار بزرگتر: حدود یک میلیون بار بزرگتر).

جویت گفت: «ما توانستیم اندازه [آن ذرات] را تقریباً 10 میلی‌متر (تقریباً به اندازه یک موی انسان) یا بزرگتر تخمین بزنیم. اما انتظار این بود که چون تصعید اولیه [گازها] بسیار ضعیف است، احتمالاً نمی‌توانند ذرات بزرگ را بیرون برانند.”

هنگامی که K2 در روز چهارشنبه (13 ژوئیه) به نزدیکترین فاصله خود به زمین نزدیک می‌شود، یک هدف فوق العاده برای تماشای آسمان خواهد بود. فراتر از مدار مریخ، این دنباله‌دار حتی با دوربین‌های دوچشمی یا تلسکوپ‌های حیاط خلوت به سختی قابل مشاهده است.

اما ستاره‌شناسان حرفه‌ای مانند جویت K2 را در خط تیره ماشین‌های قدرتمند خود نگه می‌دارند، زیرا دنباله‌دار به سمت حضیض ماه دسامبر خود حرکت می‌کند، زمانی که در نزدیک‌ترین فاصله به خورشید قرار دارد. آنها سعی خواهند کرد تا آنجا که ممکن است علم استخراج کنند، مشاهده کنند که آیا این علم دچار دگرگونی مورد انتظار می شود یا خیر و سپس آن را در حین بازگشت به ابر اورت دنبال می‌کنند.

جویت فکر می‌کند تلسکوپ فضایی جیمز وب که اولین تصاویر آن در روز سه‌شنبه (۱۲ ژوئیه) در معرض دید عموم قرار گرفت، می‌تواند نور بیشتری را در مورد دنباله‌دار مرموز K2 روشن کند. طیف‌سنج‌های قدرتمند این تلسکوپ می‌توانند ترکیب شیمیایی این دنباله‌دار را با جزئیات بسیار بیشتری از جمله غبار با رفتار عجیب آن نشان دهند.

جویت گفت: “اگر طیف مادون قرمز را با وب بدست آوریم، آنگاه می‌توانیم بفهمیم که دقیقاً چه چیزی در این کما وجود دارد. چه نوع غباری در آنجا می بینیم؟”

منبع:

The massive, strange Comet K2 is touring the solar system, surprising scientists as it goes

By Tereza Pultarova

https://www.space.com/comet-k2-surprising-scientists-since-discovery