اجرام مرموزی که نه ستاره و نه سیاره هستند، چگونه درک ما از نجوم را به چالش می‌کشند؟
آیا آن‌ها ستاره هستند؟ آیا سیاره هستند؟ یا هیچ‌کدام نیستند؟ برخی از جرم‌های سیاره‌ای که به‌تنهایی در کیهان سرگردان هستند می‌توانند هنگام برخورد منظومه‌های ستاره‌ای جوان ایجاد شوند و در دسته‌ی کیهانی کاملا جدیدی قرار بگیرند.
اجرام آزاد با جسم سیاره‌ای اجسامی با جرم حدود ۱۳ برابر مشتری هستند که اغلب در میان خوشه‌های ستاره‌ای جوان مانند خوشه ذوزنقه در سحابی شکارچی یافت می‌شوند. منشأ این اجرام در سال ۲۰۲۳ به معما تبدیل شده بود. در آن زمان اخترشناس‌ها ۴۰ جفت جرم سیاره‌ای موسوم به اجرام دوتایی جرم مشتری یا JuMBo را در سحابی شکارچی کشف کردند.
با توجه به اینکه اجرام یادشده جرمی کمتر از کوچک‌ترین ستاره‌ها اما بیشتر از سنگین‌ترین سیاره‌ها دارند، این پرسش مطرح می‌شود: آیا آن‌ها مانند ستاره‌ها شکل گرفته‌اند یا سیاره‌ها؟ بااینحال، مشکل این است که هیچ یک از منشأها نمی‌توانند ماهیت دوتایی JuMBO-ها یا فراوانی بیش از حد اجرام جرم سیاره‌ای را به‌طورکلی توضیح دهند. دنگ هونگ پینگ از رصدخانه نجوم شانگهای در آکادمی علوم چین در بیانیه‌ای گفت:
اجرام جرم سیاره‌ای به‌طور منظم در دسته‌بندی‌های موجود از ستارگان یا سیاره‌ها قرار نمی‌گیرند. شبیه‌سازی‌های ما نشان می‌دهد که آن‌ها احتمالا از طریق یک فرآیند کاملا متفاوت شکل می‌گیرند. فرآیندی که با تغییرات آشفته خوشه‌های ستاره‌ای جوان مرتبط است.
پژوهش جدید نشان داده است که این یتیمان کیهانی ممکن است زمانی شکل بگیرند که ابرهای گاز و غبار مسطح در اطراف ستارگان نوزاد به نام «دیسک‌های پیراستاره‌ای» به شدت با یکدیگر برخورد کنند. این تعامل خشونت‌آمیز ممکن است زمانی اتفاق بیفتد که ستارگان جوان در کنار یکدیگر خوشه‌بندی شده باشند.
سیاره‌های سرگردان، ستارههای ناکام یا چیزی دیگر؟
پیش از این، دانشمندان این نظریه را مطرح کردند که اجرام جرم سیاره‌ای شناور و آزاد صرفا سیاره‌های سرگردانی هستند که از طریق برهم‌کنش با ستارههای در حال عبور یا کشمکش‌های گرانشی با سیاره‌های همزاد خود از منظومه‌های ستاره‌ای اصلی‌شان به بیرون پرتاب شده‌اند. بااینحال وجود جفت جامبوها این ایده را به چالش کشیده است.
یک دلیل برای توجیه این مسئله این است: چطور یک رویداد می‌تواند به اندازه کافی خشن باشد که سیاره‌ای را با سرعت بالا از منظومه ستاره‌ای آن دفع کند؛ اما در عین حال سیاره را از جفت آن جدا نکند. با اینکه می‌توان گفت رویدادی عجیب عامل ایجاد چنین پدیده‌ای شده است، کشف ۴۰ جفت جامبو در یک سحابی نشان می‌دهد عامل شکل‌گیری این جرم‌ها رایج‌تر از رویدادی یک‌باره است.
یکی از هویت‌های پیشنهادی دیگر برای اجرام جرم سیاره‌ای شناور، کوتوله‌های قهوه‌ای است. تصور می‌شود که این اجرام زمانی که تکه‌های متراکم در ابرهای عظیم گاز و غبار فرو می‌ریزند، مانند ستاره‌ها شکل می‌گیرند.
جرمی در دسته‌ی ستاره قرار می‌گیرد که تا زمان رسیدن به فشار و دمای کافی برای شروع همجوشی هیدروژن به هلیوم در هسته خود، به جذب جرم ادامه دهد. بااینحال کوتوله‌های قهوه‌ای نمی‌توانند جرم کافی برای آغاز چنین فرآیندی را جمع کنند و این مسئله باعث می‌شود که این ستارههای ناکام با جرمی بین ۱۳ تا ۷۵ برابر مشتری (۰٫۰۱۳ تا ۰٫۰۷۵ برابر جرم خورشید) باشند.
- ستاره‌شناسان می‌گویند ستاره‌هایی را به کوچکی سیاره مشتری شناسایی کرده‌اند27 آبان 03مطالعه '5
- کشف جهان‌های غیرممکن در سحابی شکارچی، دانشمندان را شگفت‌زده کرد14 مهر 02مطالعه '3
علاوه بر این، احتمال یافتن ستاره‌هایی با شریک‌های دوتایی با کاهش جرم آن‌ها کم می‌شود؛ بنابراین با اینکه ۷۵ درصد از ستارههای پرجرم شریک دارند، تنها نزدیک به ۵۰ درصد از ستاره‌هایی با جرم شبیه به خورشید در گروه دوتایی‌ها قرار می‌گیرند. این نرخ دوتایی برای کوچک‌ترین ستاره‌ها تا نزدیک به صفر افت می‌کند، بنابراین به‌عنوان اجسام ستاره‌ای با جرم‌های کوچک‌تر، احتمالا یافتن کوتوله‌های قهوه‌ای در دوتایی‌ها بسیار اندک است.
بنابراین، اگر اجرام جرم سیاره‌ای شناور واقعا کوتوله‌های قهوه‌ای باشند، توضیح تعداد زیادی از آن‌ها به‌عنوان سیستم‌های دوتایی دشوار است. دنگ و همکارانش برای رسیدن به عمق این معما، یک شبیه‌سازی هیدرودینامیک با وضوح بالا از برخوردهای نزدیک بین دو قرص پیراستاره‌ای در اطراف ستارگان نوزاد انجام دادند.
پژوهشگرها دریافتند هنگامی که این دیسک‌ها با سرعتی حدود ۷۲۴۲ تا ۱۰٬۷۸۳ کیلومتر در ساعت برخورد می‌کنند، در فاصله‌‌های حدود ۳۰۰ تا ۴۰۰ برابر فاصله زمین و خورشید یک «پل جزر و مدی» از گاز و غبار تشکیل می‌شود.
به گفته‌ی پژوهشگرها، پل‌های جزر و مدی یادشده فرو می‌ریزند تا رشته‌های متراکمی از گاز ایجاد کنند که از هم جدا می‌شوند و «بذر» اجرام جرم سیاره‌ای را با جرمی حدود ۱۰ برابر جرم مشتری می‌سازند. شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که حدود ۱۴ درصد از این اجرام به صورت جفت یا سه‌قلو با فاصله‌هایی حدود ۷ تا ۱۵ برابر فاصله بین خورشید و زمین تشکیل شده‌اند. این نتیجه می‌تواند فراوانی جامبوها را در صورت فلکی شکارچی توضیح دهد.
نتایج این پژوهش‌ها با این واقعیت پشتیبانی می‌شود که برخورد دیسک بین ستاره‌ها در محیط‌های ستاره‌ای متراکم مانند خوشه‌ی ذوزنقه رایج است؛ بنابراین این مناطق می‌توانند صدها جرم سیاره‌ای را تولید کنند و جمعیت فراوان آن‌ها را در کیهان توضیح دهند. لوسیو مایر، عضو تیم دانشگاه زوریخ گفت:
این کشف تا حدی نحوه نگرش ما به تنوع کیهانی را تغییر می‌دهد. اجسام جرم سیاره‌ای ممکن است نشان‌دهنده‌ی دسته‌ی سومی از اجرام باشند که نه از مواد خام ابرهای ستاره‌ساز یا از طریق فرآیندهای سیاره‌سازی، بلکه بیشتر از هرج و مرج گرانشی ناشی از برخورد دیسک به وجود آمده‌اند.
پژوهش ۲۶ فوریه در مجله‌ی Science Advances منتشر شد.