ما در یکی از کمیاب‌ترین منظومه‌های سیاره‌ای جهان زندگی می‌کنیم

منظومه‌های سیاره‌ای در مرز نظم و هرج‌ومرج شکل می‌گیرند. حیات آن‌ها از ابر مولکولی سرچشمه می‌گیرد؛ توده‌ای بزرگ و سرد عمدتاً از گاز هیدروژن که می‌تواند فروبپاشد و ستارگان را پدید آورد. همان‌طور که ستارگان مرکزی شکل می‌گیرند، باقی‌مانده‌ی ابر به‌صورت قرص پیش‌سیاره‌ای درحال چرخش فشرده می‌شود و جهان‌ها را از دل گرداب متلاطم گاز، یخ و غبار بیرون می‌آورد.

در مرحله‌ی شکل‌گیری سیاره‌ها، هرج‌ومرج می‌تواند در مقیاس بزرگ‌تر رخ دهد؛ زیرا سیاره‌های بزرگ‌تر همسایگان کوچک‌ترشان را به اطراف هل می‌دهند. جهان‌های غول‌پیکر نیز در کشمکش با یکدیگر قرار می‌گیرند، بر سر جمع‌آوری مواد اضافی و بزرگ‌ترشدن رقابت می‌کنند و گاهی‌اوقات بازنده‌های بدشانس را در واپسین نزاع از منظومه بیرون می‌اندازند.

دانشمندان از مدت‌ها پیش فکر می‌کردند که منظومه شمسی خودمان که چیدمانی منظم از جهان‌های کوچک نزدیک‌تر به خورشید و سیاره‌های بزرگ‌تر دورتر است، نتیجه‌ی معمولی چنین فرایند پیچیده‌ای است. اما فضاپیمای جستجوگر سیاره‌های فراخورشیدی کپلر نشان داد که اغلب منظومه‌ها به هیچ‌وجه به محله کیهانی ما شبیه نیستند و درعوض، پیکربندی تقریباً یکسان آن‌ها شامل جهان‌های نزدیک به هم، تقریبا هم‌اندازه و هم‌جرم است.

به‌گزارش ساینتیفیک امریکن، چنین اختلافی الهام‌بخش لوکش میشرا، اخترفیزیکدان شاغل در آی‌بی‌ام و یان آلیبرت، اخترفیزیکدان دانشگاه برن و همکارانشان شد تا این موضوع را بررسی کنند که چه ساختارهای دیگری ممکن است وجود داشته باشد. یافتن پاسخ برای مسئله‌ای چنین پیچیده، به تلسکوپ‌های مدرن نیاز دارد؛ اما مدل‌های کامپیوتری می‌توانند به راحتی آن را بررسی کنند.

درجریان پژوهش‌ها، توجه پژوهشگران به منظومه‌ی سومی در داده‌های رصدی جلب شد که توزیع درهم‌ریخته‌ای از سیاره‌های کوچک و بزرگ بود. شبیه‌سازی‌ها وجود یک منظومه‌ی دیگر را نیز پیش‌بینی کرد: ساختار «نامنظم» و تشکیل‌شده از جهان‌هایی که هرچه از ستاره‌شان دورتر باشند، کوچک‌تر و کم‌جرم‌تر می‌شوند.

یافته‌های یادشده که در دو مطالعه در نشریه نجوم و اخترفیزیک منتشر شدند، نتیجه‌گیری پیشین مبنی بر رایج‌بودن ساختارهای مشابه را تقویت می‌کنند و نشان می‌دهند که منظومه‌های منظم مثل منظومه شمسی جزو کمیاب‌ترین‌ها هستند. میشرا می‌گوید: «به باور من در چند سال آینده، چیزی شبیه به مدل استاندارد شکل‌گیری سیاره‌ها خواهیم داشت و اینکه چگونه ساختارهای مختلف منظومه‌های سیاره‌ای پدیدار می‌شوند، پرسشی است که هر مدل استانداردی باید به آن پاسخ بدهد.»

از همه مهم‌تر، پژوهش اخیر چارچوب ریاضی جدیدی را برای کمیت‌سنجی شباهت‌های سیاره‌های یک منظومه با توجه به هر ویژگی مشاهده‌پذیر، مانند جرم یا اندازه معرفی می‌کند. یک عدد محدوده‌ی کلی مقادیر آن ویژگی‌ها را در بین سیاره‌ها نشان می‌دهد و عدد دیگر نشانگر میزان تفاوت این مقادیر از سیاره‌ای به سیاره دیگر است. این چارچوب می‌تواند به کشف الگوهایی کمک کند که قوانین گسترده‌ی حاکم بر تولد و رشد منظومه‌های سیاره‌ای و همچنین نقطه‌ی شکست این قوانین را نشان می‌دهند.

برای مثال، تطبیق پیش‌بینی‌های مدل پژوهشگران با مشاهدات نشان می‌دهد که سیاره‌های همسان در منظومه‌های مشابه از قرص‌های پیش‌سیاره‌ای کم‌جرم و آرام بیرون می‌آیند و قرص‌های پرجرم‌تر راحت‌تر سیاره‌هایی بزرگ‌تر (مانند مشتری خودمان) را می‌سازند که قادر به برهم‌کنش آشوبناک برای شکل‌دهی به سه ساختار دیگر هستند. تلسکوپ فضایی قدرتمند جیمز وب و سایر ابزارهای دیگر به‌زودی می‌توانند برخی از این ایده‌ها را آزمایش کنند.

دانیل فابریکی، اخترفیزیکدان دانشگاه شیکاگو که در پژوهش اخیر مشارکت نداشت، می‌گوید چنین مشاهداتی در آینده، این نوع مطالعات را به‌طور ویژه ارزشمند می‌کنند. او می‌گوید: «این پژوهش در مورد ساخت مجموعه‌ای از مفاهیم است که انتظار داریم در آینده بتوانیم نتیجه‌های جالبی از آن‌ها بگیریم؛ زیرا اینکه دست به پیش‌بینی بزنیم و بعداً آن‌ها را بررسی کنیم، از نظر علمی قوی‌تر از زمانی است که اول چیزهای شگفت‌انگیز را مشاهده کنیم و سپس روکشی نظری روی آن‌ها بکشیم.»