لأول مرة ، لاحظ علماء الفلك بتفاصيل غير مسبوقة العمليات التي أدت إلى ظهور النجوم والكواكب في الأنظمة الشمسية الوليدة. باستخدام كل من تلسكوبات Keck على Mauna Kea في هاواي المجهزة بأداة مصممة خصيصًا باسم ASTRA (علم الفلك ASTrometric والمرجعي) ، تمكن Joshua Eisner من جامعة أريزونا وزملاؤه من النظر بعمق في الأقراص الكواكب الأولية - سحب دوامة الغاز و الغبار الذي يغذي النجم المتنامي في مركزه ويندمج في النهاية في الكواكب والكويكبات لتكوين نظام شمسي. ما رأوه هو توفير نظرة ثاقبة حول الطريقة التي يتم بها دمج غاز الهيدروجين من القرص الكوكبي الأولي في النجم.
من أجل الحصول على الدقة الدقيقة للغاية اللازمة لمراقبة العمليات التي تحدث على الحدود بين النجم والقرص المحيط به 500 سنة ضوئية من الأرض ، قام الفريق بدمج الضوء من تلسكوبي كيك ، مما يوفر دقة زاوية أدق من دقة هابل. . كما استخدم أيزنر وفريقه تقنية تسمى قياس الطيف الفلكي لتعزيز الدقة أكثر. من خلال قياس الضوء المنبثق من الأقراص الكوكبية الأولية بأطوال موجية مختلفة مع كل من مرايا تلسكوب Keck ومعالجته بشكل أكبر مع ASTRA ، حقق الباحثون الدقة اللازمة لمراقبة العمليات في مراكز الأنظمة الشمسية الوليدة.
قال إيزنر: "الدقة الزاوية التي يمكنك تحقيقها باستخدام تلسكوب هابل الفضائي هي أكثر خشونة بمائة مرة تقريبًا من أن تتمكن من رؤية ما يحدث خارج نجم ناشئ ليس أكبر بكثير من شمسنا". وبعبارة أخرى ، حتى القرص الكواكب الأولي القريب بما يكفي للنظر فيه في جوار نظامنا الشمسي سيبدو على شكل بقعة غير مميزة.
باستخدام هذه التقنية الجديدة ، تمكن الفريق من التمييز بين توزيعات الغاز ، التي تتكون في الغالب من الهيدروجين والغبار ، وبالتالي حل ميزات القرص.
قال آيزنر: "تمكنا من الاقتراب حقًا من النجم وإلقاء نظرة مباشرة على الواجهة بين القرص الكوكبي الغني بالغاز والنجم".
تتشكل الأقراص الكواكب الأولية في المشاتل النجمية عندما تبدأ سحب جزيئات الغاز وجزيئات الغبار في الانهيار تحت تأثير الجاذبية.
في البداية تدور ببطء ، وتؤدي الكتلة المتنامية للسحابة وجاذبيتها إلى جعلها أكثر كثافة وأكثر إحكاما. يؤدي الحفاظ على زخم الدوران إلى تسريع السحابة أثناء تقلصها ، مثلما يشبه متزلج الشكل يدور بشكل أسرع بينما تشد ذراعيها. تعمل قوة الطرد المركزي على تسوية السحابة إلى قرص دوار من الغاز المتطاير والغبار ، مما يؤدي في النهاية إلى ظهور الكواكب التي تدور حول نجمها في نفس المستوى تقريبًا.
يعرف علماء الفلك أن النجوم تكتسب كتلة من خلال دمج بعض غاز الهيدروجين في القرص المحيط بها ، في عملية تسمى التزايد ، والتي يمكن أن تحدث بإحدى طريقتين.
في أحد السيناريوهات ، يتم ابتلاع الغاز أثناء غسله مباشرة إلى السطح الناري للنجم.
في السيناريو الثاني الأكثر عنفاً ، تدفع المجالات المغناطيسية التي تجتاح النجم الغاز المقترب وتتسبب في تجمعه ، مما يخلق فجوة بين النجم والقرص المحيط به. وبدلاً من اللف على سطح النجم ، تنتقل ذرات الهيدروجين على طول خطوط المجال المغناطيسي كما لو كانت على طريق سريع ، لتصبح ساخنة للغاية وتتأين في هذه العملية.
وأوضح إيزنر: "بمجرد حصره في المجال المغناطيسي للنجم ، يتم ضخ الغاز على طول خطوط الحقل التي تتقوس عالياً فوق وتحت مستوى القرص". "ثم تصطدم المادة بالمناطق القطبية للنجم بسرعات عالية."
في هذا الجحيم ، الذي يطلق طاقة الملايين من القنابل الذرية بحجم هيروشيما في كل ثانية ، يتم طرد بعض تدفق الغاز المقوس من القرص وينبعث بعيدًا في الفضاء كرياح بين النجوم.
قال آيزنر: "نريد أن نفهم كيف تتراكم المواد على النجم". "لم يتم قياس هذه العملية بشكل مباشر مطلقًا."
قام فريق آيزنر بتوجيه التلسكوبات إلى 15 قرص كوكبي أولي مع نجوم شابة تتراوح كتلتها بين نصف و 10 أضعاف كتلة الشمس.
قال: "يمكننا أن نلاحظ بنجاح أنه في معظم الحالات ، يحول الغاز بعض طاقته الحركية إلى ضوء قريب جدًا من النجوم" ، في إشارة إلى سيناريو التراكم الأكثر عنفًا.
وأضاف آيزنر: "في حالات أخرى ، رأينا دليلاً على وجود رياح تطلق في الفضاء مع تراكم المواد على النجم". "لقد وجدنا حتى مثالاً - حول نجم عالي الكتلة للغاية - قد يصل فيه القرص إلى السطح النجمي".
الأنظمة الشمسية التي اختارها علماء الفلك لهذه الدراسة لا تزال صغيرة ، ربما عمرها بضعة ملايين من السنين.
قال إيزنر: "ستظل هذه الأقراص موجودة لبضعة ملايين السنين." "بحلول ذلك الوقت ، قد تتشكل الكواكب الأولى ، وعمالقة الغاز المشابهة للمشتري وزحل ، باستخدام الكثير من مادة القرص."
لن تكون الكواكب الصخرية الأكثر صلابة مثل الأرض أو الزهرة أو المريخ موجودة حتى وقت لاحق.
وقال: "لكن اللبنات الأساسية لتلك التي يمكن أن تتشكل الآن" ، وهذا هو سبب أهمية هذا البحث لفهمنا لكيفية تشكل الأنظمة الشمسية ، بما في ذلك تلك التي تحتوي على كواكب يمكن أن تكون صالحة للسكن مثل الأرض.
وقال "سنرى ما إذا كان بإمكاننا إجراء قياسات مماثلة للجزيئات العضوية والمياه في أقراص الكواكب الأولية". "تلك هي التي من المحتمل أن تؤدي إلى الكواكب مع الظروف اللازمة لإيواء الحياة".
نُشرت ورقة الفريق في مجلة الفيزياء الفلكية
ورقة: Eisner et al. غاز الهيدروجين المكاني والمطيافي ضمن 0.1 AU من T Tauri و Herbig Ae / Be Stars.
المصدر: جامعة أريزونا
