بیش از یک راه برای تولد سیاره‌ها وجود دارد

وقتی بحث شکل‌گیری سیاره‌ها به میان می‌آید، ستاره‌شناس‌ها به تعریف «پائین ‌به بالای» کسندرا هال، ستاره‌شناس مرکز فیزیک شبیه‌سازی دانشگاه جورجیا استناد می‌کنند: گاز و غبار چرخان اطراف یک ستاره‌ی جوان به آرامی طی میلیون‌ها سال انباشته می‌شود و گرانش، این مواد را به جرمی کروی تبدیل می‌کند.

بااین‌حال براساس کشف دکتر هال و همکارانش که در ماه جاری در مجله نیچر منتشر شد، چشم‌انداز فوق می‌تواند پیچیده‌تر باشد. پژوهشگرها در یک منظومه‌ی ستاره‌ای در فاصله‌ی ۵۰۸ سال نوری از زمین، شرایطی را یافتند که از رویکرد جایگزین «بالا به پائین» برای شکل‌گیری سیاره‌ها پشتیبانی می‌کند. در آنجا، مواد باروری که به‌دور ستاره‌ای جوان می‌چرخند، به سرعت فرومی‌پاشند و به شکل سیاره درمی‌آیند. این مکانیزم که ناپایداری گرانشی نامیده می‌شود، می‌تواند وجود دنیاهای کلان‌جرم اسرارآمیز در مدارهای عجیب ستاره‌های نسبتاً جوان را توجیه کند.

ماده کیهانی که در اطراف ستارگان نوزاد می‌چرخد، پتانسیل بالایی برای شکل‌گیری سیاره‌ها دارد. این ماده قرص پیش‌سیاره‌ای نامیده می‌شود چرخش آن تحت تأثیر گرانش ستاره‌ی میزبان است؛ اما اگر قرص به اندازه‌ی کافی بزرگ شود، می‌تواند تحت تأثیر گرانش خود قرار گیرد و باعث ناپایداری منظومه ستاره‌ای جوان شود. بخش‌های پرتراکم قرص به شکل بازوهای مارپیچی مشابه شکل ابرهای چرخان در یک گردباد شکل می‌گیرند. به نوشته‌ی جسی اسپیدی، دانشجوی فارغ‌التحصیل دانشگاه ویکتوریای کانادا، چنین ستاره‌ای به چشم طوفان شباهت دارد.

ویدئوی زیر شبیه‌سازی اجرامی را نشان می‌دهد که بین پنج تا ۱۵ برابر سیاره مشتری جرم دارند و از طریق روش ناپایداری گرانشی در یک دیسک بسیار جوان شکل گرفته‌اند.

به نقل از اسپیدی، اگر بازوهای قرص جوان مواد کافی را جذب کنند، می‌توانند توده‌هایی را شکل دهند که بعدا فرومی‌پاشند و به سیاره‌های غول گازی تبدیل شوند. برخلاف روش پائین به بالا مثل برافزایش هسته که به میلیون‌ها سال زمان نیاز دارد، این اتفاق تنها در چندصد سال رخ می‌دهد. اسپیدی در ادامه می‌گوید:

این دو نظریه مدتی در نجوم با یکدیگر رقابت می‌کردند؛ اما برای اولین بار توانستیم به شواهد قطعی برسیم که نشان می‌دهند مسیر ناپایداری گرانشی محتمل است.

قرص‌های ناپایدار گرانشی می‌توانند محلی برای تولد سیاره‌های عظیم، دور از ستاره‌های میزبان باشند و از این رو روش برافزایش هسته چندان برای این سیاره‌ها مناسب نیست. ستاره‌شناس‌ها در سال ۲۰۲۲، گزارشی از کشف پیش‌سیاره‌ای با ۹ برابر جرم سیاره مشتری را در اطراف ستاره‌ی ای‌بی ارابه‌ران که بیش از چهار میلیون سال عمر ندارد، منتشر کردند. جرم یادشده در فاصله‌ی ۱۳٫۸ میلیارد کیلومتری از ستاره‌اش قرار داشت که دو برابر فاصله بین خورشید ما و پلوتو است.

سیاره‌های مشاب در نقاط دیگر نیز کشف شده‌اند. توصیف چگونگی شکل‌گیری این سیاره‌ها از طریق فرآیند «پائین به بالا» تقریبا غیر ممکن است؛ زیرا مواد جامد کافی برای شکل‌گیری این اجرام از طریق الگوی برافزایش هسته وجود ندارد.

ستاره‌شناس‌ها در دهه‌ی ۱۹۸۰ فرضیه‌ای را پیشنهاد دادند که براساس آن، ناپایداری گرانشی می‌تواند این سیاره‌های غیرمتعارف را به‌وجود آورد؛ اما راهی برای اثبات این مسئله پیدا نکردند. براساس شبیه‌سازی دکتر هال و همکارانش در سال ۲۰۲۰، سرعت اولیه‌ی مواد در قرص ناپایدار گرانشی در یک الگوی مشخص تغییر می‌کند.

چند سال بعد، گروه دکتر هال، آرایه‌ی زیرمیلی‌متری/میلیمتری عظیم آتاکاما، تلسکوپ بزرگ رادیویی شیلی را در جهت ستاره‌ی ای‌بی ارابه‌ران قرار دادند و به اثر دقیقی دست یافتند که در شبیه‌سازی‌ها نیز پیش‌بینی‌ شده بود.

حتی اگر نتایج صحیح باشند، تنها ثابت می‌کنند که ناپایداری گرانشی رخ می‌دهد و نقش آن در شکل‌گیری سیاره‌ها هنوز اثبات نمی‌شود. احتمالا این مکانیزم در کنار برافزایش هسته به شکل‌گیری سیاره‌ها کمک می‌کند. در واقع انتظار داریم کل محیط‌های شکل‌گیری سیاره‌ای مرحله‌ی ناپایداری گرانشی را طی کنند که طی آن سیاره‌ها ممکن است از طریق فروپاشی گرانشی و برافزایش هسته شکل بگیرند.

ستاره‌شناس‌‌های پژوهش فعلی می‌خواهند در آینده علائم ناپایداری گرانشی را در منظومه‌های ستاره‌ای جوان‌تر جستجو کنند. آن‌ها امیدوارند در نهایت بتوانند نشانه‌هایی از مکانیزم ناپایداری گرانشی را در دنیاهای کاملا شکل‌گرفته پیدا کنند.

اسپیدی نیز به دنبال کسب اطلاعات بیشتر درباره‌ی گوناگونی سیاره‌ها، شکل‌های مختلف شکل‌گیری و نکاتی است که درباره منظومه شمسی آشکار می‌شوند. او می‌گوید: «معتقدم جهان بسیار خلاقانه‌تر از آن چیزی است که می‌پنداریم. از این رو به بررسی احتمالات علاقه داریم.»