«تله گرد و غبار» در اطراف ستاره دور ممکن است معمای تشکیل سیاره را حل کند

«تله گرد و غبار» در اطراف ستاره دور ممکن است معمای تشکیل سیاره را حل کند
ژوئن 2013

اخترشناسان با استفاده از آرایه جدید میلی‌متری/زیر میلی‌متری آتاکاما (ALMA) که مخفف (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) می باشد، منطقه‌ای را در اطراف یک ستاره جوان تصویر کرده‌اند که در آن ذرات غبار می‌توانند با جمع شدن روی هم رشد کنند. این اولین بار است که چنین “تله گرد و غبار” به وضوح مشاهده و مدل سازی شده است. این یک معمای طولانی مدت را حل می کند که چگونه ذرات غبار موجود در دیسک ها به اندازه های بزرگتر رشد می کنند تا در نهایت بتوانند دنباله دارها، سیارات و دیگر اجرام سنگی را تشکیل دهند. نتایج در 7 ژوئن 2013 در مجله Science منتشر شده است.
ستاره شناسان اکنون می دانند که سیارات اطراف ستاره های دیگر فراوان هستند. اما آنها به طور کامل درک نمی کنند که چگونه آنها شکل می گیرند و بسیاری از جنبه های تشکیل سیاره (و دنباله دار و سیارک) وجود دارد که یک راز باقی مانده است. با این حال، مشاهدات جدید با بهره‌گیری از قدرت ALMA اکنون به یکی از بزرگ‌ترین سؤالات پاسخ می‌دهند: چگونه دانه‌های ریز گرد و غبار در دیسک اطراف یک ستاره جوان بزرگ‌تر و بزرگ‌تر می‌شوند – تا در نهایت به آوار و حتی صخره‌هایی با اندازه بیش از یک متر تبدیل شوند.
مدل‌های رایانه‌ای نشان می‌دهند که دانه‌های غبار هنگام برخورد و چسبیدن به یکدیگر رشد می‌کنند. با این حال، هنگامی که این دانه‌های بزرگ‌تر دوباره با سرعت بالا برخورد می‌کنند، اغلب تکه تکه می‌شوند و به نقطه اول بازگردانده می‌شوند. حتی زمانی که این اتفاق نیفتد، مدل‌ها نشان می‌دهند که دانه‌های بزرگ‌تر به‌دلیل اصطکاک بین غبار و گاز، به سرعت به سمت داخل حرکت می‌کنند و قبل از اینکه فرصتی برای رشد بیشتر داشته باشند، روی ستاره مادر خود می‌افتند.
به نوعی گرد و غبار به یک پناهگاه امن نیاز دارد که در آن ذرات بتوانند به رشد خود ادامه دهند تا زمانی که به اندازه کافی بزرگ شوند که به تنهایی زنده بمانند [1]. برای گذر از این محدودیت اندازه آزاردهنده، اخترشناسان این نظریه را مطرح کرده‌اند که گرداب‌های چرخان در دیسک می‌توانند تله‌های گرد و غبار ایجاد کنند، مناطقی که ذرات غبار را قادر می‌سازند به هم بچسبند و در نهایت زمینه را برای تشکیل اجرام بزرگ‌تر و بزرگ‌تر فراهم کنند. اما تاکنون هیچ مدرک مشاهداتی مبنی بر وجود آنها وجود نداشت.
نینکه ون در مارل، دانشجوی دکترا در رصدخانه لیدن در هلند، و نویسنده اصلی مقاله از ALMA به همراه همکارانش برای مطالعه دیسکی به نام Oph-IRS 48 استفاده می کرد [2]. آنها دریافتند که این منظومه توسط حلقه ای از گاز با یک سوراخ مرکزی که احتمالاً توسط یک سیاره نادیده یا ستاره همدم ایجاد شده است، دور می زند. مشاهدات قبلی با استفاده از تلسکوپ بسیار بزرگ ESO نشان داده بود که ذرات کوچک غبار نیز ساختار حلقه ای مشابهی را تشکیل می دهند. اما نمای جدید ALMA از محل یافتن ذرات غبار بزرگتر بسیار متفاوت بود!
ون در مارل می‌گوید: «در ابتدا شکل گرد و غبار در تصویر برای ما غافلگیرکننده بود. “به جای حلقه ای که انتظار داشتیم ببینیم، شکل بسیار واضحی از بادام هندی پیدا کردیم! باید خودمان را متقاعد می کردیم که این ویژگی واقعی است، اما سیگنال قوی و وضوح مشاهدات ALMA هیچ شکی در مورد ساختار باقی نگذاشت. ناگهان. ما متوجه شدیم که چه چیزی پیدا کرده ایم.”
آنچه کشف شده بود منطقه ای بود که در آن دانه های غبار بزرگ تری به دام افتاده بودند و می توانستند با برخورد و چسبیدن به هم بزرگتر شوند. این یک تله گرد و غبار بود – درست همان چیزی که نظریه پردازان به دنبال آن بودند.
همانطور که ون در مارل توضیح می دهد: “به احتمال زیاد ما به نوعی کارخانه دنباله دار نگاه می کنیم زیرا ذرات می توانند در این تله گرد و غبار تا اندازه های دنباله دار تا چند کیلومتر رشد کنند. به احتمال زیاد غبار در این زمان سیاراتی با اندازه کامل تشکیل نمی دهد. اما در آینده نزدیک ALMA قادر خواهد بود تله‌های غبار را نزدیک‌تر به ستاره‌های مادر خود مشاهده کند، جایی که مکانیسم‌های مشابهی در کار هستند. چنین تله‌های غباری واقعاً گهواره سیارات تازه متولد شده خواهند بود.
تله گرد و غبار زمانی تشکیل می شود که ذرات گرد و غبار بزرگتر در جهت فشار بالاتر حرکت می کنند. مدل‌سازی رایانه‌ای نشان داده است که چنین ناحیه‌ای با فشار بالا می‌تواند از حرکات گاز در لبه یک سوراخ گاز سرچشمه بگیرد – درست مانند آنچه در این دیسک یافت می‌شود.
کورنلیس دالموند از موسسه اخترفیزیک نظری در هایدلبرگ آلمان که متخصص تکامل غبار و مدل‌سازی دیسک و عضو تیم است، می‌گوید: «ترکیب کار مدل‌سازی و مشاهدات با کیفیت بالای ALMA، این پروژه را به یک پروژه منحصربه‌فرد تبدیل می‌کند. “در حوالی زمانی که این مشاهدات به دست آمد، ما روی مدل هایی کار می کردیم که دقیقاً این نوع ساختارها را پیش بینی می کردند: یک تصادف بسیار خوش شانس.”
مشاهدات زمانی انجام شد که آرایه ALMA هنوز در حال ساخت بود. آنها از گیرنده های باند۹ [3] ALMA استفاده کردند – دستگاه های ساخت اروپا که به ALMA اجازه می دهد واضح ترین تصاویر خود را ایجاد کند.
ایوان ون دیهوک از رصدخانه لیدن، که بیش از 20 سال پیشران اصلی پروژه ALMA بوده است، می گوید: «این مشاهدات نشان می دهد که ALMA حتی با کمتر از نیمی از آرایه های در حال استفاده قادر به ایجاد تحول در علم است. جهش باورنکردنی در حساسیت و وضوح تصویر در باند ۹ به ما این فرصت را می‌دهد تا جنبه‌های اساسی شکل‌گیری سیاره را به روش‌هایی مطالعه کنیم که قبلاً ممکن نبود.
یادداشت
[1] علت تله گرد و غبار، در این مورد گرداب در گاز دیسک، طول عمر معمولی صدها هزار سال دارد. حتی زمانی که تله گرد و غبار از کار بیفتد، گرد و غبار انباشته شده در تله میلیون ها سال طول می کشد تا پراکنده شود و زمان کافی برای بزرگتر شدن دانه های گرد و غبار را فراهم کند.
[2] این نام ترکیبی از نام صورت فلکی منطقه ستاره‌زایی است که منظومه در آن یافت می‌شود و نوع منبع، بنابراین Oph مخفف صورت فلکی Ophiuchus (ماردار) و IRS مخفف منبع فروسرخ است. فاصله زمین تا Oph-IRS 48 حدود 400 سال نوری است.
[3] تلسکوپ ALMA می تواند در باندهای فرکانسی مختلف مشاهده کند. باند 9 که در طول موج های حدود 0.4 تا 0.5 میلی متر عمل می کند، حالتی است که تا کنون واضح ترین تصاویر را ارائه می دهد.
این تحقیق در مقاله ای با عنوان “یک تله گرد و غبار نامتقارن بزرگ در یک دیسک انتقال” توسط ون در مارل و همکاران ارائه شد تا در ژورنال Science در 7 ژوئن 2013 منتشر شود.

منبع
https://www.almaobservatory.org/en/press-releases/dust-trap-around-distant-star-may-solve-planet-formation-mystery/

ترجمه: زهرا فراهانی