سیاره‌ای فراخورشیدی با ترکیب جوی عجیب، نظریه‌های شکل‌گیری سیاره‌ها را به چالش می‌کشد

براساس پژوهشی جدید، بهترین نظریه‌های دانشمندان درباره‌ی چگونگی شکل‌گیری سیاره‌ها ممکن است اشتباه باشند. اخترشناس‌ها با بررسی یک سیاره فراخورشیدی در حال شکل‌گیری متوجه شدند که ترکیب شیمیایی این سیاره به‌طور کامل با دیسک چرخان گاز و غباری که از آن شکل گرفته است، مطابقت ندارد. محققان می‌گویند این یافته مدل‌های استاندارد شکل‌گیری سیاره را به چالش می‌کشد و نشان می‌دهد که آن‌ها ممکن است بیش از حد ساده باشند.

سیاره‌ی جوان مورد بحث به نام PDS 70b، تقریبا سه برابر سیاره مشتری است و در فاصله ۴۰۰ سال نوری از زمین در صورت فلکی قنطورس قرار دارد. این سیاره در یکی از معدود منظومه‌های سیاره‌ای دوتایی شناخته‌شده قرار دارد که در آن سیاره‌ها هنوز در حال ادغام هستند؛ درنتیجه محیط ارزشمندی برای ستاره‌شناس‌ها محسوب می‌شود تا ارتباط بین سیاره‌های نوزاد و دیسک تولد آن‌ها را بررسی کنند.

سیاره PDS 70b در فاصله‌ای مشابه با اورانوس نسبت به خورشید، به دور ستاره‌ی میزبان خود می‌چرخد و براساس مشاهدات قبلی، پس از انباشت جرم به مدت تقریبا ۵ میلیون سال، ممکن است نزدیک به پایان دوران نوزادی خود باشد.

در ماه مه، اخترشناس‌ها با استفاده از تلسکوپ کک ۲ هاوایی، ترکیب شیمیایی PDS 70b و به طور خاص فراوانی مونوکسید کربن و آب را در این سیاره بررسی کردند. پژوهشگرها سپس این اطلاعات را برای استنباط مقدار کربن و اکسیژن موجود در جو سیاره به‌کار بردند؛ دو عنصر رایج پس از هیدروژن و هلیوم در جهان ما که می‌توانند از آثار کلیدی شکل‌گیری سیاره باشند.

محققان با مقایسه‌ی مشاهدات با داده‌های آرشیوی از گازهای موجود در دیسک پیش‌سیاره‌ای منظومه، دریافتند که جو سیاره بسیار کمتر از حد انتظار، حاوی کربن و اکسیژن است. آن‌ها یافته‌های خود را در مقاله‌ای که ۱۸ دسامبر در مجله‌ی اخترفیزیک منتشر شد، شرح دادند. چی چون شو، اخترفیزیکدان دانشگاه نورث وسترن ایلینوی در بیانیه‌ای گفت:

یافته‌ی به‌دست‌آمده اندکی تعجب‌آور بود و نشان می‌دهد که تصویر پذیرفته‌شده‌ی ما از شکل‌گیری سیاره‌ها بسیار ساده است.

دانشمندان بر این باورند که سیاره‌ها از جمله جهان‌های منظومه شمسی زمانی تشکیل می‌شوند که ذرات موجود در دیسک پیش‌سیاره‌ای با یکدیگر برخورد کنند و به هم بچسبند و در نهایت اجسام بزرگ‌تری را از طریق برافزایش بسازند. اگر این فرآیند جهانی باشد، سیاره‌ها باید ترکیب‌های شیمیایی مشابهی با دیسک خود داشته باشند.

پژوهشگرها دو سناریو را پیشنهاد می‌کنند که می‌توانند اختلاف مشاهده‌ها را توضیح دهند. در سناریوی اول، سیاره‌ی PDS 70b ممکن است بیشتر کربن و اکسیژن خود را نه به صورت مستقیم از گاز موجود در دیسک‌ پیش‌سیاره‌ای، بلکه از مواد جامد مانند یخ و غبار که حاوی کربن و اکسیژن به دام‌افتاده هستند، جذب کند. مشاهده‌های اخیر تلسکوپ فضایی جیمز وب از دیگر منظومه‌های سیاره‌ای نشان می‌دهند این فرآیند محتمل است و می‌تواند بر ترکیب شیمیایی سیاره‌های نوظهور تأثیر بگذارد. جیسون وانگ، استادیار فیزیک و نجوم دانشگاه نورث وسترن و یکی از مؤلفان پژوهش می‌گوید:

اگر PDS 70b مسیر یکسانی را دنبال می‌کرد، یخ و غبار پیش از وارد شدن به سیاره تبخیر می‌شدند؛ بنابراین شاید این یافته دلیلی بر این است که نمی‌توانیم صرفا گاز را با گاز مقایسه کنیم زیرا مؤلفه‌های جامد ممکن است تفاوت زیادی در نسبت کربن به اکسیژن ایجاد کنند.

از سویی دیگر، همان‌طور که مدل‌های دیگر شکل‌گیری سیاره پیش‌بینی می‌کنند، احتمالا دیسک پیش‌سیاره‌ای تقریبا به تازگی از کربن پر شده است. به گفته پژوهشگرها، داده‌های موجود درباره این منظوه سیاره‌ای برای تفکیک این دو احتمال کافی نیستند، اما مشاهدات آینده از سیاره‌ی دوم به نام PDS 70c می‌توانند دیدگاه‌های لازم را برای مدلسازی دقیق‌تر این منظومه فراهم کنند. شو می‌گوید:

با بررسی دو سیاره می‌توانیم به درک بهتری از تاریخچه‌ی شکل‌گیری کل منظومه برسیم؛ اما این فقط یک منظومه است. به‌صورت ایده‌آل باید تعداد بیشتری از آن‌ها را شناسایی کنیم تا فرآیند شکل‌گیری سیاره‌ها را بهتر درک کنیم.