نموذج دقيق علميا لبيتا بيكتوريس وقرصه. اضغط للتكبير
تُعرف أقراص الغاز والغبار التي تحيط بالنجوم الحديثة باسم الأقراص الكوكبية الأولية. والتي يعتقد أنها مناطق ستتشكل فيها الكواكب في النهاية. تختفي هذه الأقراص مع نضوج النجوم ، ولكن لا يزال من الممكن رؤية بعض النجوم مع سحابة من المواد حولها تسمى أقراص الحطام. أحد أشهرها هو القرص المحيط بـ Beta Pictoris ، والذي يقع على بعد 60 سنة ضوئية فقط.
تتكون الكواكب في أقراص من الغاز والغبار تحيط بالنجوم الجديدة. تسمى هذه الأقراص الأقراص الكوكبية الأولية. يصبح الغبار الموجود في هذه الأقراص كواكب صخرية مثل الأرض والنوى الداخلية لكواكب الغازات العملاقة مثل زحل. هذا الغبار هو أيضًا مستودع للعناصر التي تشكل أساس الحياة.
تختفي الأقراص الكوكبية الأولية مع نضوج النجوم ، ولكن العديد من النجوم لديها ما يسمى بأقراص الحطام. يفترض علماء الفلك أنه بمجرد أن تولد أجسام مثل الكويكبات والمذنبات من القرص الكوكبي الأولي ، فإن الاصطدامات بينها يمكن أن تنتج قرصًا غبارًا ثانويًا.
إن المثال الأكثر شهرة على أقراص الغبار هذه هو المثال الذي يحيط بثاني نجم لامع في كوكبة Pictor ، مما يعني "حامل الرسام". هذا النجم ، المعروف باسم Beta Pictoris أو Beta Pic ، هو جار قريب جدًا للشمس ، على بعد ستين سنة ضوئية فقط ، وبالتالي يسهل دراسته بتفصيل كبير.
Beta Pic أكثر سطوعًا من الشمس بمقدار الضعف ، لكن الضوء من القرص أكثر خفوتًا. كان الفلكيان سميث وتيريلي أول من اكتشف هذا الضوء الخافت في عام 1984 ، عن طريق حجب الضوء من النجم نفسه باستخدام تقنية تسمى coronagraphy. منذ ذلك الحين ، لاحظ العديد من علماء الفلك قرص بيتا بيك باستخدام أدوات أفضل وتلسكوبات أرضية وفضائية لفهم مكان ميلاد الكواكب بالتفصيل ومن ثم الحياة.
جمع فريق من علماء الفلك من المرصد الفلكي الوطني في اليابان وجامعة ناغويا وجامعة هوكايدو عدة تقنيات لأول مرة للحصول على صورة استقطاب بالأشعة تحت الحمراء لقرص بيتا بيك مع دقة أفضل وتباين أعلى من أي وقت مضى: تلسكوب ذو فتحة كبيرة ( تلسكوب سوبارو ، مع مرآته الأولية الكبيرة مقاس 8.2 متر) ، وتكنولوجيا البصريات التكيفية ، والتصوير التاجي القادر على التقاط صور للضوء مع استقطابات مختلفة (تصوير سوبارو Coronagraphic مع البصريات التكيفية ، CIAO).
يتيح التلسكوب ذي الفتحة الكبيرة ، خاصة مع جودة التصوير الرائعة لسوبارو ، رؤية الضوء الخافت بدقة عالية. تقلل تقنية البصريات التكيفية من التأثيرات المشوهة لجو الأرض على الضوء ، مما يسمح بملاحظات عالية الدقة. Coronagraphy هي تقنية لحجب الضوء من جسم ساطع مثل النجم ، لرؤية الأجسام الباهتة القريبة منه ، مثل الكواكب والغبار المحيط بالنجم. من خلال مراقبة الضوء المستقطب ، يمكن تمييز الضوء المنعكس عن الضوء القادم مباشرة من مصدره الأصلي. يحتوي الاستقطاب أيضًا على معلومات حول حجم وشكل ومحاذاة الغبار الذي يعكس الضوء.
بفضل هذا المزيج من التقنيات ، نجح الفريق في مراقبة صورة بيتا في ضوء الأشعة تحت الحمراء بمقاس ميكرونين في الطول الموجي بدقة تبلغ خمس ثوان قوسية. يتوافق هذا القرار مع القدرة على رؤية حبة أرز فردية من على بعد ميل واحد أو بذور خردل من كيلومتر واحد. يمثل تحقيق هذا القرار تحسنًا كبيرًا مقارنة بالملاحظات القطبية السابقة القابلة للمقارنة من تسعينيات القرن العشرين التي لم يكن فيها سوى قرارات تبلغ حوالي واحد ونصف ثانية قوسية.
تشير النتائج الجديدة بقوة إلى أن قرص بيتا بيك يحتوي على كواكب كوكبية أو كويكب أو أجسام تشبه المذنبات ، والتي تتصادم لتوليد غبار يعكس ضوء النجوم.
يمكن أن يكشف استقطاب الضوء المنعكس من القرص عن الخصائص الفيزيائية للقرص مثل التركيب والحجم والتوزيع. تُظهر صورة لكل ضوءين موجيين بطول موجي البنية الرقيقة الطويلة للقرص الذي يُرى على الحافة تقريبًا. يُظهر استقطاب الضوء أن عشرة بالمائة من ضوء الميكرومترين مستقطبان. يشير نمط الاستقطاب إلى أن الضوء هو انعكاس للضوء الذي نشأ من النجم المركزي.
يُظهر تحليل كيفية تغير سطوع القرص مع المسافة من المركز انخفاضًا تدريجيًا في السطوع مع تذبذب صغير. يتوافق التذبذب الطفيف في السطوع مع الاختلافات في كثافة القرص. التفسير الأكثر ترجيحًا هو أن المناطق الأكثر كثافة تتوافق مع المكان الذي تتصادم فيه الكائنات الحية الدقيقة. وقد شوهدت هياكل مماثلة أقرب إلى النجم في ملاحظات سابقة بأطوال موجية أطول باستخدام كاميرا Subaru متوسطة المدى بالأشعة تحت الحمراء و Spectrograph (COMICS) وغيرها من الأدوات.
يظهر تحليل مماثل لكيفية تغير مقدار الاستقطاب مع المسافة من النجم انخفاضًا في الاستقطاب على مسافة مائة وحدة فلكية (الوحدة الفلكية هي المسافة بين الأرض والشمس). هذا يتوافق مع موقع ينخفض فيه السطوع أيضًا ، مما يشير إلى أنه عند هذه المسافة من النجم هناك عدد أقل من الكواكب.
بينما حقق الفريق في نماذج قرص بيتا بيك الذي يمكن أن يفسر الملاحظات الجديدة والقديمة ، وجدوا أن الغبار الموجود في قرص بيتا بيك هو أكبر بعشر مرات من حبيبات الغبار بين النجوم. من المحتمل أن يكون قرص غبار Beta Pics مصنوعًا من كتل فضفاضة بحجم الميكرومتر من الغبار والجليد مثل أرواح الغبار صغيرة الحجم من البكتيريا.
تقدم هذه النتائج معًا دليلًا قويًا جدًا على أن القرص المحيط بـ Beta Pic يتم إنشاؤه من خلال تكوين وتصادم الكواكب الصغيرة. إن مستوى تفاصيل هذه المعلومات الجديدة يعزز فهمنا للبيئة التي تتكون وتتطور فيها الكواكب.
يقول Motohide Tamura الذي يقود الفريق "قلة من الناس تمكنوا من دراسة مكان ولادة الكواكب من خلال مراقبة الضوء المستقطب باستخدام تلسكوب كبير. تظهر نتائجنا أن هذا نهج مجزي للغاية. نحن نخطط لتوسيع بحثنا إلى أقراص أخرى ، للحصول على صورة شاملة لكيفية تحويل الغبار إلى كواكب. "
تم نشر هذه النتائج في 20 أبريل 2006 ، طبعة من مجلة الفيزياء الفلكية.
أعضاء الفريق: Motohide Tamura و Hiroshi Suto و Lyu Abe (NAOJ) و Misato Fukagawa (جامعة ناغويا ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا) و Hiroshi Kimura و Tetsuo Yamamoto (جامعة هوكايدو)
تم دعم هذا البحث من قبل وزارة التعليم والثقافة والرياضة والعلوم والتكنولوجيا اليابانية من خلال منحة لمساعدة البحث العلمي في المجالات ذات الأولوية من أجل "تطوير علوم الكواكب خارج الطاقة الشمسية".
المصدر الأصلي: NAOJ News Release
