کشف تازه تلسکوپ جیمز وب: غول‌های گازی بسیار بزرگ نیز مثل سایر سیاره‌ها متولد می‌شوند

اخترشناسان با استفاده از داده‌های تازه به‌دست‌آمده از تلسکوپ فضایی جیمز وب، به درک جدیدی از نحوه شکل‌گیری بزرگ‌ترین سیاره‌های گازی رسیده‌اند؛ کشفی که می‌تواند مرز میان «سیاره» و «کوتوله قهوه‌ای» را تغییر دهد.

به‌گزارش اسپیس‌دات‌کام، نتایج از بررسی دقیق منظومه‌ی ستاره‌ای HR 8799 به دست آمده است؛ ستاره‌ای جوان و شبیه خورشید که حدود ۱۳۳ سال نوری از زمین فاصله دارد و از چهار سیاره گازی بسیار بزرگ در مدارهای دوردست خود میزبانی می‌کند. جرم هر یک از این سیاره‌ها بین پنج تا ده برابر مشتری است. همین ویژگی باعث شده بود دانشمندان آن‌ها را نزدیک مرز مبهم میان سیاره‌ها و کوتوله‌های قهوه‌ای بدانند.

کوتوله‌های قهوه‌ای اجرامی میان سیاره و ستاره هستند. آن‌ها آن‌قدر جرم ندارند که مانند ستاره‌ها همجوشی هیدروژن را آغاز کنند، اما می‌توانند نوع خاصی از همجوشی مربوط به دوتریوم را انجام دهند. به همین دلیل گاهی به آن‌ها «ستاره‌های ناکام» گفته می‌شود. به همین خاطر، تعیین اینکه یک جرم آسمانی سیاره است یا کوتوله قهوه‌ای همیشه ساده نیست.

سال‌هاست اخترشناسان درباره نحوه شکل‌گیری چنین جهان‌های عظیمی بحث می‌کنند. نظریه رایج درباره تولد سیاره‌ها «برافزایش هسته‌ای» نام دارد. در این فرایند، ذرات جامد در قرص گاز و غبار اطراف یک ستاره جوان به‌تدریج به هم می‌چسبند و هسته‌ای سنگین و متراکم می‌سازند. وقتی این هسته به اندازه کافی بزرگ شد، مقدار زیادی گاز اطراف خود را جذب می‌کند و به سیاره گازی تبدیل می‌شود.

اما مشکل اینجا بود که سیاره‌های منظومه HR 8799 بسیار دور از ستاره خود قرار دارند. در این فاصله‌ها، مواد اولیه کم‌تراکم‌تر هستند و قرص‌های پیش‌سیاره‌ای نیز سریع‌تر از بین می‌روند. به همین دلیل، بسیاری از پژوهشگران تصور می‌کردند این سیاره‌ها باید از راهی سریع‌تر و شبیه شکل‌گیری ستاره‌ها (فروپاشی مستقیم توده گاز) به وجود آمده باشند، نه از مسیر آهسته برافزایش هسته‌ای.

برای بررسی موضوع، تیم پژوهشی از طیف‌سنج‌های فروسرخ بسیار قدرتمند جیمز وب استفاده کرد تا ترکیب شیمیایی جو سیاره‌ها را بررسی کند. طیف‌سنجی به زبان ساده یعنی شکستن نور به اجزای مختلف و بررسی «اثر انگشت شیمیایی» عناصر و مولکول‌ها. هر ماده در نور نشانه خاصی دارد و دانشمندان با خواندن این نشانه‌ها می‌توانند ترکیب جو سیاره‌ها را تشخیص دهند.

این بار دانشمندان به‌جای تمرکز بر گازهای رایج مانند بخار آب یا مونوکسید کربن، به دنبال مولکول‌های حاوی گوگرد رفتند. دلیل این انتخاب مهم است: عناصر گوگرددار در ابتدای شکل‌گیری منظومه‌ها معمولاً به‌صورت دانه‌های جامد وجود دارند. بنابراین اگر چنین مولکول‌هایی در جو سیاره دیده شوند، نشانه‌ای قوی است که آن سیاره ابتدا هسته‌ای جامد ساخته و سپس گاز جذب کرده است؛ یعنی همان سناریوی برافزایش هسته‌ای.

داده‌های جیمز وب وجود «سولفید هیدروژن» را در جو یکی از سیاره‌های منظومه به نام HR 8799 c آشکار کرد. این کشف شواهد قدرتمندی ارائه می‌دهد که این سیاره ابتدا با تشکیل یک هسته جامد ساخته شده و سپس به‌سرعت گاز جمع کرده است. توضیح این ترکیب شیمیایی در صورتی که سیاره از فروپاشی سریع گاز مانند ستاره‌ها شکل گرفته باشد، بسیار دشوار است.

پژوهشگران همچنین دریافتند که سیاره‌ها نسبت به ستاره میزبان خود غنی‌تر از عناصر سنگین مانند کربن و اکسیژن هستند. این موضوع نیز نشانه مهمی است؛ زیرا در سناریوی برافزایش هسته‌ای انتظار داریم سیاره‌ها مقدار بیشتری از مواد سنگین موجود در قرص پیش‌سیاره‌ای را جمع‌آوری کنند.

ژان-باپتیست روفیو، نویسنده اصلی پژوهش می‌گوید کشف گوگرد نشان می‌دهد سیاره‌های HR 8799 حتی با وجود برخورداری از جرم چندبرابری نسبت به مشتری، احتمالاً مشابه این غول گازی منظومه خودمان شکل گرفته‌اند؛ نتیجه‌ای که برای دانشمندان غیرمنتظره بوده است.

یافته‌ها نشان می‌دهد فرایند برافزایش هسته‌ای می‌تواند در جرم‌ها و فاصله‌های بسیار زیاد نیز کارآمد باشد و محدودیت‌های شناخته‌شده شکل‌گیری سیاره‌ها را گسترش دهد. اگر این نتیجه در منظومه‌های دیگر هم تأیید شود، اخترشناسان ممکن است مجبور شوند تعریف مرز میان سیاره‌های غول‌پیکر و کوتوله‌های قهوه‌ای را بازنگری کنند.

نتایج پژوهش در ژورنال Nature Astronomy منتشر شده است.