جیمزوب به شکار سیاره های درحال تشکیل میرود
ما نمی توانیم چیزی را که به وضوح نمی بینیم درک کنیم. این واقعیت دانشمندانی را که نحوه تشکیل سیارات را مطالعه می کنند، آزار می دهد. تشکیل سیاره در داخل یک دیسک ضخیم و مبهم از گاز و غبار اتفاق می افتد. اما وقتی نوبت به دیدن آن غبار به جایی می رسد که سیارات نوپا شروع به شکل گیری می کنند، ستاره شناسان یک ابزار قدرتمند جدید دارند: تلسکوپ فضایی جیمز وب.
در چند سال گذشته، ما نگاه های وسوسه انگیزی به دیسک های پیش سیاره ای اطراف ستاره های جوان داشته ایم. ALMA، آرایه میلی‌متری/زیر میلی‌متری آتاکاما ، مسئول آن است. از بسیاری از این دیسک‌ها در اطراف ستاره‌های جوان، از جمله شکاف‌های گویایی که احتمالاً سیارات در آنجا شکل می‌گیرند، تصویربرداری شده است.
تصویربرداری از دیسک ها اکنون به یک اتفاق عادی تبدیل شده است، اما ستاره شناسان تنها دو سیاره در حال شکل گیری را مشاهده کرده اند
ین تحقیق مشاهدات جدید JWST را با مشاهدات قبلی هابل و ALMA ترکیب می کند. اخترشناسان پشت هر یک از مطالعات از JWST برای کشف سرنخ های جدید و اولیه در مورد فرآیند تشکیل سیاره استفاده کردند، از جمله اینکه چگونه این فرآیند به دیسکی که از آن متولد شده اند، شکل می دهد. اگر آنها بتوانند ویژگی های منحصر به فرد تشکیل سیاره را شناسایی کنند، سپس می توانند این ویژگی ها را در اطراف دیسک های دیگر جستجو کنند.
HL Tau، SAO 206462 و MWC 758 همگی دیسک های پیش سیاره ای هستند که توسط تلسکوپ های دیگر رصد شده اند. قابلیت های قدرتمند مادون قرمز JWST باید بینش جدیدی را در مورد این دیسک ها و سیارات آنها ارائه دهد. این به این دلیل است که سیارات با جمع آوری مواد بیشتر برای خود، تابش فروسرخ آزاد می کنند.
گابریل کوگنو، اخترشناس، که با هر سه مقاله مرتبط بود، گفت: «وقتی مواد روی سیاره می‌افتد، به سطح ضربه می‌زند و یک خط نشر در طول موج‌های مشخصی ایجاد می‌کند. ما از مجموعه ای از فیلترهای باند باریک برای شناسایی این تجمع استفاده می کنیم. این کار قبلا از روی زمین در طول موج های نوری انجام شده است، اما این اولین بار است که در مادون قرمز با JWST انجام می شود.
MWC 758 یک ستاره جوان است که میزبان یک دیسک پیش سیاره ای مارپیچی است.
محققان با استفاده از شبیه سازی های ریاضی نشان دادند که سیاره ای غول پیکر به نام MWS 758c در خارج از مارپیچ ها می تواند این مارپیچ ها را تولید کند. آنها همچنین نشان دادند که تقارن بازوها می تواند جرم سیاره را محدود کند. در این صورت، آنها می توانند محدوده کمتری را برای جرم سیاره تعیین کنند: بین 4 تا 8 جرم مشتری. اما آنها آن را پیدا نکردند. طبق شبیه‌سازی‌ها، ممکن است یک همراه بزرگ‌تر نیز وجود داشته باشد، اما هیچ کدام شناسایی نشد.
SAO 206462 ستاره جوان دیگری است که توسط یک دیسک احاطه شده است. همچنین دارای بازوهای مارپیچی کاملاً مشخص است که نشان دهنده حضور یک سیاره عظیم است. اخترشناسانی که این ستاره و دیسک را مطالعه می کردند، سیاره ای را پیدا کردند، اما نه آن چیزی که انتظار داشتند.ندین شبیه‌سازی نشان می‌دهد که سیاره باید در داخل قرص، عظیم، بزرگ، داغ و روشن باشد. اما ما آن را پیدا نکردیم. این بدان معناست که یا سیاره بسیار سردتر از آن چیزی است که ما فکر می کنیم، یا ممکن است توسط موادی که ما را از دیدن آن جلوگیری می کند، پنهان شده باشد.» «آنچه ما پیدا کرده‌ایم یک نامزد سیاره متفاوت است، اما نمی‌توانیم با اطمینان ۱۰۰ درصد بگوییم که این یک سیاره است یا یک ستاره پس‌زمینه کم‌نور یا کهکشانی که تصویر ما را آلوده کرده است. مشاهدات آینده به ما کمک می کند تا بفهمیم دقیقاً به چه چیزی نگاه می کنیم."
انتظار می رود غول های گازی عظیم مسئول شکل های مارپیچی باشند. اما حتی JWST برای یافتن آنها تلاش می کند. کوگنو می‌گوید: «مشکل این است که هر چیزی که ما در تلاش برای تشخیص آن هستیم صدها هزار، اگر نگوییم میلیون‌ها بار کم‌نورتر از ستاره است. "این مانند تلاش برای تشخیص یک لامپ کوچک در کنار یک فانوس دریایی است."
HL Tau سومین ستاره و دیسکی است که JWST بررسی کرده و جوانترین آن با کمتر از 100000 سال سن است. HL Tau در نجوم به دلیل شکاف ها و حلقه های نشان دهنده در دیسک خود و همچنین برخی ویژگی های دیگر شناخته شده است. به عنوان مثال، اخترشناسان بخار آب را در قرص آن درست در مکانی که یک سیاره مشکوک در حال شکل گیری است، پیدا کردند.
مولین، یکی از نویسندگان هر سه مطالعه، گفت: "HL Tau جوانترین سیستم در بررسی ما است و هنوز هم توسط جریان متراکم غبار و گازی که روی دیسک می ریزد احاطه شده است." ما از سطح جزئیاتی که می‌توانستیم این مواد اطراف را با JWST ببینیم شگفت‌زده شدیم، اما متأسفانه، هرگونه سیگنال از سیارات احتمالی را پنهان می‌کند.»
یکی از مشکلات HL Tau جوان بودن آن است. هر چه ستاره جوانتر باشد، گاز و غبار بیشتری در دیسک وجود دارد. در نهایت توسط سیارات گرفته می شود و بقیه توسط باد دیسک پراکنده می شود. اما HL Tau آنقدر جوان است که دیسک آن بسیار ضخیم است.
جارون لیزنرینگ، محقق اصلی کمپین رصدی در جست‌وجوی سیارات شکل‌گیر و ستاره‌شناس دانشگاه می‌گوید: «در حالی که شواهد زیادی برای شکل‌گیری سیارات در حال انجام وجود دارد، HL Tau بسیار جوان با غبار بیش از حد مداخله‌گر برای دیدن مستقیم سیارات است. رصدخانه استوارد آریزونا ما قبلاً شروع به بررسی منظومه‌های جوان دیگر با سیارات شناخته‌شده کرده‌ایم تا به شکل‌گیری تصویر کامل‌تری کمک کنیم.»
اما نجوم پر از شگفتی است، به خصوص زمانی که با ابزار قدرتمندی مانند JWST کار می کنید. ستاره شناسان اغلب به دنبال یافتن یک چیز و یافتن چیز دیگری هستند که انتظارش را نداشتند. این چیزی است که در مورد HL Tau اتفاق افتاد.
در این مورد، JWST پوشش ستاره ای HL Tau را شناسایی کرد، جایی که مواد در حال سقوط در اطراف ستاره جوان در حال ادغام جمع می شوند. این ماده در نهایت بخشی از ستاره، قرص و سیارات می شود.
در حالی که ستاره شناسان پشت هر سه مقاله امیدوار بودند که سیاره ها را بیابند، اما این کار دشوار بود. اما حساسیت JWST همچنان به پیشرفت آنها کمک کرد.
واگنر، یکی از نویسندگان هر سه مطالعه، می گوید: «فقدان سیارات شناسایی شده در هر سه منظومه به ما می گوید که سیاراتی که باعث شکاف ها و بازوهای مارپیچی می شوند یا خیلی نزدیک به ستاره میزبان خود هستند یا خیلی کم نور هستند که با JWST دیده نمی شوند. . اگر مورد دوم درست باشد، به ما می‌گوید که جرم نسبتاً پایین، دمای پایین، غبارآلود یا ترکیبی از این سه هستند - همانطور که در MWC 758 چنین است.
تشکیل سیاره می تواند کلید درک چگونگی پایان یافتن برخی از سیارات با آب و نحوه توزیع سایر عناصر شیمیایی در منظومه شمسی باشد. ستاره شناسان فکر می کنند که غول های گازی عظیمی مانند مشتری در نهایت حرکت و جریان عناصر را تنظیم می کنند. اما همه ستارگان میزبان سیاراتی به این بزرگی نیستند.
تنها حدود 15 درصد از ستارگان مانند خورشید دارای سیاره هایی مانند مشتری هستند. UM Michael Meyer، اخترشناس دانشگاه میشیگان و نویسنده مشترک هر سه مطالعه، گفت: درک چگونگی شکل‌گیری و تکامل آنها و اصلاح نظریه‌های ما واقعاً مهم است. برخی از ستاره شناسان فکر می کنند که این سیارات غول پیکر گازی، انتقال آب به سیارات سنگی تشکیل شده در قسمت های داخلی دیسک ها را تنظیم می کنند.
هر قرصی که اخترشناسان می توانند به خوبی به آن نگاه کنند، شکاف ها، حلقه ها و گاهی مارپیچ ها و ساختارهای دیگری را می یابند که می توان با تشکیل سیارات غول پیکر توضیح داد. اما آنها همچنین نمی توانند توضیحات دیگر را رد کنند. و این همان جایی است که موضوع در حال حاضر وجود دارد.وگنو می‌گوید: اساساً در هر دیسکی که با وضوح و حساسیت کافی مشاهده کرده‌ایم، ساختارهای بزرگی مانند شکاف‌ها، حلقه‌ها و در مورد SAO 206462، مارپیچ‌ها را دیده‌ایم. اگر نه همه این ساختارها را می توان با تشکیل سیارات در تعامل با مواد قرص توضیح داد، اما توضیحات دیگری که شامل حضور سیارات غول پیکر نمی شود وجود دارد.
پیدا کردن این سیارات عظیم که در اطراف ستارگان جوان شکل گرفته اند قدم بعدی است. حتی با وجود اینکه JWST آنها را پیدا نکرد، اما همچنان در این موضوع پیشرفت کرد. علم اینگونه عمل می کند. زیرا اگر اخترشناسان در نهایت بتوانند برخی از این سیارات را ببینند، می توانند روابط بین تمام ویژگی های دیگر که JWST با خود سیارات مشاهده کرده است، باز کنند.
کوگنو می‌گوید: «اگر ما در نهایت موفق به دیدن این سیارات شویم، می‌توانیم برخی از ساختارها را با همراهان تشکیل‌دهنده وصل کنیم و فرآیندهای شکل‌گیری را به ویژگی‌های سیستم‌های دیگر در مراحل بسیار بعدی مرتبط کنیم.» ما در نهایت می‌توانیم نقاط را به هم وصل کنیم و بفهمیم که سیارات و منظومه‌های سیاره‌ای چگونه به‌طور کلی تکامل می‌یابند.»
تلسکوپ های آینده می توانند پیشرفت بیشتری داشته باشند. تلسکوپ بسیار بزرگ ESO اولین مراحل شکل گیری سیاره ها را بررسی خواهد کرد و همچنین آب و مواد شیمیایی آلی را در دیسک های پیش سیاره ای تشخیص خواهد داد. اولین نور آن برای سال 2028 برنامه ریزی شده است.
تلسکوپ غول پیکر ماژلان همچنین تشکیل منظومه های سیاره ای را با طیف نگار مادون قرمز نزدیک خود مطالعه خواهد کرد. GMT اولین نور خود را در دهه 2030 خواهد دید.