این تصویر آوار سیاره‌ای مانند هیچ چیزی که در گذشته دیده‌ایم نیست

تصویری جدید از تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) چشم‌اندازی خیره‌کننده از کمربندهای آوار دور یک ستاره نزدیک به دانشمندان داده است. مانند کمربند سیارکی در منظومه شمسی ما، این حلقه‌های سنگ خردشده و یخ می‌توانند چگونگی شکل‌گیری منظومه‌های سیاره‌ای را آشکار کنند.

دیسک‌های آوار دور فم‌الحوت می‌گردند؛ ستاره‌ای که از خورشید جوان‌تر و بزرگ‌تر است و حدود ۲۵ سال نوری با آن فاصله دارد. فم‌الحوت یکی از پرنورترین ستاره‌های آسمان شب، در صورت فلکی جنوبی ماهی جنوبی (Piscis Austrinus) می‌درخشد. درحالی‌که پیش‌تر دو کمربند حول فم‌الحوت رصد شده بود، تصویر جدیدی که در ژورنال Nature Astronomy منتشر شده است، نشان می‌دهد که سه کمربند حول این ستاره می‌چرخد.

«آلیشا واین‌برگر» (Alycia Weinberger)، اخترشناس انستیتوی علم کارنگی در واشینگتن دی.سی. که در پژوهش اخیر نقشی نداشته است، می‌گوید: «فکر نمی‌کنم کسی بتواند این تصویر را ببیند و نگوید: اوه این شاهکار است.»

فم‌الحوت در میان اخترشناسان مشهور است، چون صاحب یکی از اولین حلقه‌هایی است که خارج از منظومه شمسی رصد شد. در دهه ۱۹۸۰، اخترشناسان با استفاده از ماهواره اخترشناسی فروسرخ به‌طور شانسی کمربندهای آواری دور تعدادی ستاره مشهور به چهار شگفت‌انگیز را پیدا کردند: فم‌الحوت، کرکس نشسته (Vega)، بتا سه‌پایه (Beta Pictoris) و اپسیلون جوی (Epsilon Eridani).

منظومه فم‌الحوت توجه بیشتری را در سال ۲۰۰۸ به خود جلب کرد؛ زمانی که اخترشناسان با استفاده از تلسکوپ فضایی هابل چیزی شبیه به یک سیاره بزرگ را دور آن کشف کردند. فم‌الحوت b اولین سیاره فراخورشیدی بود که به‌طور مستقیم در نور مرئی رصد می‌شد. اما در رصدهای بعدی ناپدید شد تا اینکه در سال ۲۰۲۰، «آندراس گاسپار» (András Gáspár) از دانشگاه آریزونا پژوهشی را سرپرستی کرد که در آن مشخص شد جسم کشف‌شده احتمالاً ابری از غبار بود که از برخورد دو جرم کوچک‌تر ایجاد شده است.

گاسپار سال‌ها منتظر بوده است تا با JWST، بزرگ‌ترین تلسکوپ فضایی تاریخ، نگاهی دقیق‌تر به فم‌الحوت بیندازد. او در سال ۲۰۱۶ شروع به طراحی برنامه‌ای برای رصد ستاره با ابزار فروسرخ میانی (MIRI) تلسکوپ کرد. تلسکوپ بالاخره در کریسمس سال ۲۰۲۱ پرتاب شد و در اکتبر ۲۰۲۲، گاسپار فرصت پیدا کرد تا از فم‌الحوت بازدید کند.

گاسپار می‌گوید: «این تصویری بسیار متفاوت با چیزی است که فرض می‌کردیم خواهیم دید. واقعاً هیجان‌انگیز است. ما شاهد یک سیستم بسیار فعال دینامیک و بسیار پیچیده هستیم.»

بقایای فضایی

حول خورشید، کمربند سیارکی و کمربند کویپر در دوردست شامل بقایای منظومه شمسی هستند؛ سیارک‌ها، دنباله‌دارها، خرده‌سیاره‌ها و دیگر آوارهای تصادفی که جایی در سیاره‌ها پیدا نکرده‌اند. باید دیسک‌های آواری دور هزاران ستاره دیگر نیز وجود داشته باشند؛ اما رصد کمربندهای خرده‌سنگ‌های فضایی در دوردست کار ساده‌ای نیست.

MIRI نور فروسرخ میانی را می‌گیرد که چشم انسان قادر به دیدن آن نیست. این نوع نور برای رصد غبار کاربرد خوبی دارد. تلسکوپ‌های فضایی قبلی نیز ابزارهای فروسرخ میانی داشتند، اما دریچه MIRI بسیار بزرگ‌تر است؛ یعنی می‌تواند نور بیشتری را جمع کند و اجرام کم‌نورتر را نشان دهد.

گاسپار می‌گوید: «این بی‌سابقه است. من فکر نمی‌کنم که چیزی شبیه به این را بتوانیم در طول دوران حرفه‌ای من ببینیم. این واقعاً فرصتی است که در هر نسل فقط یک بار نصیب اخترشناسان می‌شود.»

با استفاده از MIRI، گاسپار و همکارانش دیدند که منظومه فم‌الحوت نه فقط یک دیسک درونی مانند کمربند سیارکی و یک دیسک بیرونی مانند کمربند کویپر، بلکه یک کمربند فازی میانی نیز دارد. شکاف بین حلقه‌ها و همچنین موقعیت ناهماهنگشان می‌تواند نشانی از این باشد که سیاره‌هایی دیده‌نشده دور ستاره می‌گردند و کوچک‌تر از آن هستند که قابل رصد باشند.

«سامانتا لاولر» (Samantha Lawler)، اخترشناس دانشگاه رجینا در کانادا که نقشی در پژوهش اخیر نداشته است، می‌گوید: «بسیار جالب است که بالاخره می‌توانیم تمام ساختار درونی کمربند غبار اصلی را ببینیم که دیگر تلسکوپ‌ها نتوانسته بودند ببینند، پس من واقعاً هیجان‌زده‌ام. می‌توانم زمان زیادی را صرف دیدن آن تصویر کنم.»

او می‌گوید که کمربند میانی یک غافلگیری بود، چون تصاویر قبلی هیچی آنجا نشان نداده بودند.

لاولر می‌گوید: «این با این نظریه کاملاً همخوانی دارد که فم‌الحوت b، کاندیدای سیاره فرخورشیدی، ابر غباری از یک برخورد است، چون در این فاصله چیزهایی وجود دارد که فم‌الحوت b باید از آن‌ها بگذرد.»

غبار حلقه میانی ۴۰۰ میلیون سال، اندازه عمر فم‌الحوت، آن‌جا نبوده است. باید دائماً از برخوردهای بین سیارک‌ها و دنباله‌دارها می‌گذشته است. تیم پژوهشی باور دارد که ابر غباری را از یک برخورد دیگر کشف کرده‌اند که درحال گسترده‌شدن است.

این «ابر غبار بزرگ» در کمربند بیرونی دیده شد و اندازه‌اش و همچنین اندازه دانه‌های غباری که نور را به تلسکوپ منعکس می‌کنند، نشان می‌دهد که ابر از برخورد دو خرده‌سیاره با عرض حدوداً ۷۲۵ کیلومتری تشکیل شده است.

«مردیت مک‌گرگور» (Meredith MacGregor)، اخترشناس دانشگاه کلرادو بولدر که در پژوهشی نقشی نداشته، می‌گوید: «ما انتظار داریم که برخوردهایی در دیسک‌های غبار رخ دهند. دانه‌های غبار کوچک در مقیاس‌های زمانی کوتاه‌تر از عمر منظومه حذف می‌شود؛ یعنی غباری که امروز می‌بینیم باید از برخوردها شکل گرفته باشد.»

اما «ما معمولاً از برخوردهای تکی اطمینان پیدا نمی‌کنیم.» او اشاره می‌کند که «مهم است مطمئن شویم که آن‌ها درواقع با منظومه مرتبط هستند، نه با یک جرم در پس‌زمینه.»

هزاران منظومه منحصربه‌فرد

یافته‌ها موجب هیجان اخترشناسانی شده‌اند که منتظر امکانات جدید JWST بوده‌اند. مک‌گرگور می‌گوید: «شگفت‌انگیز است که کیفیت داده‌ها را ببینیم و به چیزهای علمی جدید دیگری که می‌توانیم انجام دهیم، فکر کنیم.»

گاسپار برنامه‌های دیگری برای رصدهای آینده JWST از دیسک‌های آوار ستاره‌های کرکس نشسته و اپسیلون جوی دارد. او می‌گوید: «هیچ‌کدام از دیسک‌ها واقعاً به‌خوبی رصد نشده‌اند و ما می‌دانیم که آن‌ها وجود دارند، پس باید تکلیف آن منظومه‌ها را برای اولین‌بار مشخص کنیم.» فهمی بهتر از دیسک‌های آوار دور ستاره‌ها می‌تواند برای فهم چگونگی شکل‌گیری منظومه‌های سیاره‌ای حیاتی باشد.

واین‌برگر می‌گوید: «چیزی که خیلی خیلی دوست داریم بفهمیم این است که سیاره‌ها کجا شکل می‌گیرند؟ چقدر دورتر از ستاره‌شان می‌توانند شکل بگیرند؟ چقدر نزدیک به ستاره‌شان می‌توانند شکل بگیرند؟ ما عقیده داریم که می‌توانیم با دیدن ساختار دیسک‌ها به این اطلاعات دست پیدا کنیم.»

با نقشه‌برداری از کمربندهای سنگ و یخ اطراف ستاره‌ها، دانشمندان می‌توانند فهمی بهتری از این نیز پیدا کنند که منظومه شمسی ما یک ساختار متداول بوده یا چیزی عجیب و منحصربه‌فرد اینجا رخ داده است.

واین‌برگر می‌گوید: «تابه‌حال، ۵٬۰۰۰ سیاره فراخورشیدی دیگر کشف شده‌اند و بسیاری از آن‌ها در منظومه‌هایی هستند که شبیه منظومه شمسی ما به‌نظر نمی‌رسند.»