این حلقه های آهنی در اطراف یک ستاره محل تشکیل سیارات را نشان می دهد

محققان با استفاده از تداخل سنج تلسکوپ بسیار بزرگ ESO (VLTI) سه حلقه آهنی را در اطراف یک ستاره جوان در فاصله 500 سال نوری از ما کشف کردند. حلقه ها نشان می دهد که سیارات در حال شکل گیری هستند. این حلقه ها در مورد چگونگی شکل گیری زمین و سایر سیارات منظومه شمسی چه چیزی می توانند به ما بگویند؟

یکی از سوالات مهم بشریت این است که سیاره ما چگونه شکل گرفته است. مطالعه منظومه شمسی ما به درک جزئی منجر شده است. دانشمندان با مطالعه زمین، مطالعه سیارک ها و مطالعه مریخ و حتی شهاب سنگ هایی که از مریخ آمده اند، درک خود را از منظومه شمسی ما گرد هم می آورند. اما مطالعه سایر منظومه های خورشیدی جوان چیزی است که ما را فراتر می برد، زیرا آنها به ما نگاهی اجمالی به ما می دهند که در حدود 4.5 میلیارد سال پیش، زمانی که منظومه ما شکل گرفت، چگونه بود.

در یک مطالعه جدید، یک تیم بین‌المللی از محققان از VLTI و طیف‌سنج ماتیس آن برای مطالعه قرص سیاره‌ساز اطراف ستاره جوان Herbig Ae HD 144432 استفاده کردند.شواهد مادون قرمز میانی برای گرد و غبار غنی از آهن در دیسک چند حلقه داخلی HD 144432.این در مجله Astronomy and Astrophysics منتشر شد و نویسنده اصلی آن جوزف وارگا از رصدخانه Konkoly در بوداپست، مجارستان است.

پس از تشکیل ستاره، مواد باقیمانده یک صفحه چرخان در اطراف ستاره به نام a تشکیل می دهند دیسک پیش سیاره ای. سیاره ها از این دیسک تشکیل می شوند. اما اینکه دقیقاً چگونه شکل می‌گیرند، به‌ویژه سنگ‌هایی مانند زمین، هنوز یک سؤال مفصل است که منتظر پاسخ دقیق‌تر است. با مطالعه غبار در نواحی داخلی دیسک پیش سیاره ای، جایی که سیارات سنگی تشکیل می شوند، آغاز می شود.

روی ون بوکل، دانشمند، یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: «زمانی که توزیع غبار را در داخلی ترین ناحیه دیسک مطالعه کردیم، برای اولین بار ساختار پیچیده ای را کشف کردیم که در آن گرد و غبار در سه حلقه متحدالمرکز در چنین محیطی جمع می شود. در موسسه نجوم ماکس پلانک (MPIA) در هایدلبرگ، آلمان. “این منطقه مربوط به منطقه ای است که سیارات سنگی در منظومه شمسی تشکیل شده اند.”

سیارات صخره ای در نواحی داخلی و گرمتر منظومه شمسی نزدیک به ستاره تشکیل می شوند. شکل گیری آنها ممکن است ده ها میلیون سال طول بکشد. سیارات گازی بزرگتر مانند مشتری و زحل در منظومه ما دورتر شکل گرفتند، مانند غول های یخی مانند اورانوس و نپتون. البته لازم به ذکر است که در برخی موارد سیارات ممکن است به نقاط مختلف مهاجرت کنند.

سه حلقه اطراف HD 144432 تقریباً در همان منطقه ای هستند که سیارات سنگی در منظومه شمسی ما شکل گرفته اند. حلقه اول در مدار عطارد قرار دارد، حلقه دوم نزدیک به مریخ است و حلقه سوم تقریباً با مدار مشتری مطابقت دارد.

نویسندگان در مطالعه خود نوشتند: «بهترین مدل ما دارای سه ناحیه دیسک با ساختار حلقه‌ای در 0.15، 1.3 و 4.1 au است. این به این معنی است که ساختار شامل دو شکاف، حدود 0.9 au و حدود 3 au است. به گفته نویسندگان، این حفره ها توسط سیارات سنگی هنوز در حال شکل گیری حک شده اند. “اگر فرض کنیم که نواحی تاریک در دیسک در ~0.9 au و در ~3 au شکاف هایی هستند که توسط سیارات باز می شوند، جرم سیارات احتمالی باز کننده شکاف را در اطراف جرم مشتری تخمین می زنیم.”

این اولین بار نیست که ستاره شناسان چنین ساختار حلقه پیچیده ای را کشف می کنند. اما آنها معمولاً با مدار زحل مطابقت دارند، بسیار فراتر از جایی که سیارات سنگی در منظومه شمسی ما شکل گرفته اند. پیدا کردن این نزدیک به یک ستاره منجر به سوال بعدی می شود. حلقه ها از چه چیزی ساخته شده اند؟

برای پی بردن به این موضوع، محققان داده های خود را با الگوهای شناخته شده روشنایی سطح غبار مقایسه کردند. آنها مدلی را پیدا می کنند که به بهترین وجه با داده های آنها مطابقت دارد. در این مورد، این یک ساختار سه حلقه ای است که آهن را شامل می شود.

جزء اصلی گرد و غبار برای دانشمندان تعجب آور نیست. حاوی سیلیکات، ترکیبات حاوی دی اکسید سیلیکون، اکسیژن و فلزات است. حدود 95 درصد از زمین پوسته از سیلیکات ساخته شده است. اما به طرز جالبی، دانشمندان آهن را در غبار نیز شناسایی کرده اند.

نویسندگان در مقاله خود نوشتند: “برای شناسایی جزء غبار مسئول انتشار پیوسته مادون قرمز، ما دو مورد ترکیب غبار را مطالعه می کنیم، یکی با مخلوط سیلیکات + آهن و دیگری با مخلوط سیلیکات + کربن.” ما متوجه شدیم که مدل غنی از آهن، تناسب بهتری با توزیع انرژی طیفی ارائه می‌کند.

تحقیقات بیشتری برای ارائه تایید قوی تر این نتایج مورد نیاز است. اما در صورت تایید، مهم هستند. این اولین باری است که دانشمندان آهن را در قرص پیش سیاره ای اطراف یک ستاره جوان شناسایی می کنند. ون بوکل توضیح می‌دهد: «تا به حال، ستاره‌شناسان مشاهدات دیسک‌های غبارآلود را با مخلوطی از غبار کربنی و سیلیکات توضیح داده‌اند، موادی که تقریباً در همه جای جهان می‌بینیم».

بدیهی است که منطقه نزدیک به ستاره بسیار گرمتر از مناطق دورتر است. گرما تأیید بیشتر این نتایج را فراهم می کند. در محیط گرم نزدیک ستاره، جایی که دما به 1500 درجه سانتیگراد می رسد، آهن و مواد معدنی ذوب می شوند و اغلب به صورت کریستال دوباره متراکم می شوند. برعکس، کربن نمی تواند در دمای بالا دوام بیاورد. تبخیر می شود و مونوکسید کربن یا گاز دی اکسید کربن تشکیل می دهد.

این نتایج همچنین با آنچه ما در مورد زمین و سیارات سنگی منظومه شمسی می دانیم مطابقت دارد. زمین از نظر آهن نسبتاً غنی است و کربن ضعیف است. جیوه همچنین سرشار از آهن است. ون بوکل گفت: “ما فکر می کنیم دیسک HD 144432 ممکن است بسیار شبیه به منظومه شمسی اولیه باشد، که آهن زیادی را برای سیارات سنگی که امروز می شناسیم فراهم می کرد.” “مطالعه ما ممکن است مثال دیگری را نشان دهد که نشان می دهد ترکیب منظومه شمسی ما ممکن است کاملا معمولی باشد.”

اما کارهای بیشتری برای تقویت این نتایج باید انجام شود. یافتن یک منظومه شمسی جوان که منظومه ما را منعکس کند کافی نیست. اما VLTI نشان داده است که می تواند آنها را پیدا کند. اگر تعداد بیشتری وجود دارد، VLTI باید آنها را پیدا کند. نویسندگان می نویسند: «تحلیل ما نیاز به مطالعات دقیق گرد و غبار در دیسک های داخلی با تکنیک های چندموجی در وضوح زاویه ای بالا را نشان می دهد.

ون بوکل و همکارانش قبلاً سیستم‌های خورشیدی دیگری را شناسایی کرده‌اند که شایسته مطالعه با VLTI قدرتمند و طیف‌سنج ماتیس آن هستند. ون بوکل خاطرنشان می کند: “ما هنوز چندین نامزد امیدوار کننده داریم که منتظر VLTI هستند تا نگاه دقیق تری داشته باشند.”

یک روز، با اکتشافات بیشتری از این قبیل، ممکن است به طور قطع بدانیم که سیارات سنگی، از جمله زمین خودمان، در نزدیکی ستاره هایشان از غبار غنی از آهن تشکیل می شوند. به نظر می رسد که ما به این نتیجه آشکار نزدیک می شویم.