سیارات چگونه با اثر دومینو شکل می‌گیرند؟

مشاهدات جدید رادیو نجوم از تشکیل سیستم‌های سیاره‌ای

مشاهدات جدید رادیو نجوم از یک سیستم سیاره‌ای در حال تشکیل نشان می‌دهد که به محض شکل‌گیری سیارات اولیه نزدیک به ستاره مرکزی، این سیارات می‌توانند در هدایت مواد برای تشکیل سیارات جدید در فاصله‌های دورتر نقش داشته باشند. به این ترتیب، هر سیاره به تشکیل سیاره بعدی کمک می‌کند، مانند یک ردیف از دومینوهای در حال سقوط که هر یک باعث تحریک دیگری می‌شود. تا به امروز، بیش از ۵۰۰۰ سیستم سیاره‌ای شناسایی شده‌اند که بیش از ۱۰۰۰ مورد از این سیستم‌ها تأیید شده‌اند و میزبانی چندین سیاره را بر عهده دارند.

سیارات در ابرهای گاز و گرد و غبار معروف به دیسک‌های پیش‌سیاره‌ای در اطراف ستاره‌های جوان شکل می‌گیرند. با این حال، فرآیند تشکیل سیستم‌های چند سیاره‌ای، نظیر سیستم خورشیدی ما، هنوز به‌خوبی درک نشده است. بهترین نمونه برای مطالعه تشکیل سیستم‌های چند سیاره‌ای، ستاره جوانی به نام PDS 70 است که در فاصله ۳۶۷ سال نوری در جهت صورت فلکی قنطورس قرار دارد. این تنها جسم آسمانی است که سیاراتی که قبلاً شکل گرفته‌اند، در یک دیسک پیش‌سیاره‌ای از طریق مشاهدات نوری و مادون قرمز تأیید شده‌اند (اولین تصویر تأیید شده از سیاره نوزاد با تلسکوپ VLT سازمان ESO).

مشاهدات قبلی با استفاده از آرایه بزرگ میلی‌متری/زیر میلی‌متری آتاکاما (ALMA) یک حلقه از دانه‌های گرد و غبار را در خارج از مدار دو سیاره شناخته‌شده نشان داد. اما آن مشاهدات نتوانستند به داخل حلقه نفوذ کنند و جزئیات را مشاهده کنند. در این تحقیق، یک تیم بین‌المللی به رهبری کیوآکی دویی که قبلاً دانشجوی دکترا در رصدخانه نجومی ملی ژاپن (NAOJ) و دانشگاه تحصیلات تکمیلی برای مطالعات پیشرفته (SOKENDAI) بود و در حال حاضر پژوهشگر پسادکتری در مؤسسه ماکس پلانک برای نجوم است، مشاهدات با وضوح بالا از دیسک پیش‌سیاره‌ای اطراف PDS 70 انجام داد.

این تیم دوباره از ALMA استفاده کرد، اما در طول موج‌های بلندتر رادیویی مشاهده کرد. این به این دلیل است که طول موج‌های بلندتر برای نفوذ به ابر گرد و غبار دیسک پیش‌سیاره‌ای مناسب‌تر هستند. مشاهدات جدید ALMA به وضوح نشان می‌دهد که در شمال غربی (بالای راست) حلقه‌ای از دانه‌های گرد و غبار متمرکز شده است که در خارج از مدار دو سیاره موجود قرار دارد. مکان این توده گرد و غبار نشان می‌دهد که سیارات شکل‌گرفته با دیسک اطراف خود تعامل دارند و دانه‌های گرد و غبار را به یک ناحیه باریک در لبه خارجی مدارهای خود متمرکز می‌کنند. تصور می‌شود که این دانه‌های گرد و غبار متراکم به یک سیاره جدید تبدیل می‌شوند.

این کار به‌طور مشاهداتی نشان می‌دهد که تشکیل سیستم‌های سیاره‌ای، مانند سیستم خورشیدی، می‌تواند با تشکیل متوالی سیارات از داخل به خارج و تکرار این فرآیند توضیح داده شود؛ مانند یک ردیف از دومینوهای در حال سقوط که هر یک باعث تحریک دیگری می‌شود.

مشاهدات جدید رادیو نجوم از سیستم‌های سیاره‌ای در حال شکل‌گیری

مشاهدات جدید رادیو نجوم از یک سیستم سیاره‌ای در حال شکل‌گیری نشان می‌دهد که وقتی سیارات اولیه نزدیک به ستاره مرکزی شکل می‌گیرند، این سیارات می‌توانند به هدایت مواد برای تشکیل سیارات جدید در فاصله‌های دورتر کمک کنند. به این ترتیب، هر سیاره به تشکیل سیاره بعدی کمک می‌کند، مانند یک ردیف دومینو که هر یک از آن‌ها دیگری را به نوبت به حرکت درمی‌آورد. تا به امروز، بیش از ۵۰۰۰ سیستم سیاره‌ای شناسایی شده‌اند و بیش از ۱۰۰۰ از این سیستم‌ها تأیید شده‌اند که میزبان چندین سیاره هستند.

سیارات در ابرهای گاز و غبار که به آن‌ها دیسک‌های پروتو سیاره‌ای اطلاق می‌شود، در اطراف ستاره‌های جوان شکل می‌گیرند. اما فرآیند تشکیل سیستم‌های چند سیاره‌ای، مانند سیستم خورشیدی ما، هنوز به خوبی درک نشده است. بهترین نمونه برای مطالعه تشکیل سیستم‌های چند سیاره‌ای، یک ستاره جوان به نام PDS 70 است که در فاصله ۳۶۷ سال نوری در جهت صورت فلکی قنطورس قرار دارد. این تنها جسم آسمانی است که سیاراتی که قبلاً شکل گرفته‌اند، در یک دیسک پروتو سیاره‌ای از طریق مشاهدات نوری و مادون قرمز تأیید شده‌اند.

مشاهدات قبلی با استفاده از آرایه میلی‌متری/زیر میلی‌متری آتاکاما (ALMA) یک حلقه از دانه‌های غبار را در خارج از مدار دو سیاره شناخته شده نشان داد. اما آن مشاهدات نتوانسته بودند جزئیات درون حلقه را مشاهده کنند. در این تحقیق، یک تیم بین‌المللی به رهبری کیوآکی دُوی، که قبلاً دانشجوی دکترا در رصدخانه نجومی ملی ژاپن (NAOJ) و دانشگاه تحصیلات تکمیلی برای مطالعات پیشرفته (SOKENDAI) بود و در حال حاضر پژوهشگر پسادکترا در مؤسسه ماکس پلانک برای نجوم است، مشاهدات با وضوح بالا از دیسک پروتو سیاره‌ای در اطراف PDS 70 انجام داد.

این تیم دوباره از ALMA استفاده کرد، اما در طول موج‌های بلندتر امواج رادیویی مشاهدات را انجام داد. این به این دلیل است که طول موج‌های بلندتر برای نفوذ به ابر غبار دیسک پروتو سیاره‌ای موثرتر هستند. مشاهدات جدید ALMA به وضوح نشان می‌دهد که در شمال غرب (بالا سمت راست) حلقه‌ای در خارج از مدار دو سیاره موجود، تجمعی از دانه‌های غبار وجود دارد. محل این توده غبار نشان می‌دهد که سیارات شکل‌گرفته قبلاً با دیسک اطراف خود تعامل دارند و دانه‌های غبار را به یک ناحیه باریک در لبه خارجی مدار خود متمرکز می‌کنند. تصور می‌شود که این دانه‌های غبار تجمع یافته به یک سیاره جدید تبدیل شوند.

این کار به‌طور مشاهداتی نشان می‌دهد که تشکیل سیستم‌های سیاره‌ای، مانند سیستم خورشیدی، می‌تواند با تشکیل متوالی سیارات از داخل به خارج و از طریق تکرار این فرآیند توضیح داده شود؛ مانند یک ردیف از دومینو که هر کدام دیگری را به حرکت درمی‌آورد.