پژوهشگران دانشگاه وارویک و کالج لندن (UCL) در مطالعه‌ای تازه، به بررسی سرنوشت سیاراتی پرداختند که به دور ستارگان در حال پیر شدن می‌چرخند. این تحقیق که با تحلیل نزدیک به نیم میلیون منظومه ستاره‌ای انجام شده، نشان می‌دهد بسیاری از سیارات نزدیک‌مدار در مرحله‌ای از زندگی ستاره که به غول سرخ تبدیل می‌شود، نابود خواهند شد. یافته‌ها، شواهد رصدی قدرتمندی از این پدیده کیهانی ارائه می‌دهند که پیش‌تر تنها در نظریه‌ها مطرح بود.

هنگامی که ستارگانی مانند خورشید ذخایر هیدروژن خود را مصرف می‌کنند، شروع به انبساط و سرد شدن کرده و به غول‌های سرخ تبدیل می‌شوند. برای خورشید، این دگرگونی چشمگیر انتظار می‌رود در حدود پنج میلیارد سال آینده رخ دهد. دانشمندان بر این باورند که این انبساط ممکن است منجر به نابودی عُطارِد، زهره و احتمالاً زمین شود، اما تاکنون شواهد مستقیم اندکی برای تأیید دقیق نحوه وقوع یا حتی احتمال وقوع آن وجود دارد.

اکنون، پژوهشی به سرپرستی دانشمندان دانشگاه وارویک و دانشگاه کالج لندن، روشنایی تازه‌ای بر سرنوشت سیاراتی که به دور ستارگان پیر می‌چرخند، افکنده است. این تیم با تحلیل نزدیک به نیم میلیون منظومه ستاره‌ای، تلاش کرد دریابد که سیارات تا چه اندازه در برابر انبساط ستاره میزبان خود و تبدیل آن به یک غول سرخ، دوام می‌آورند.

یافته‌های آن‌ها نشان می‌دهد که سیارات در اطراف ستارگانی که در مراحل پایانی عمر خود قرار دارند، بسیار کمتر دیده می‌شوند. این موضوع حاکی از آن است که بسیاری از سیارات نزدیک‌مدار احتمالاً در اثر انبساط ستاره نابود می‌شوند و این یافته‌ها، شواهد رصدی قدرتمندی از این نابودی سیاره‌ای ارائه می‌دهند.

به گفته نویسنده اصلی این تحقیق، ادوارد برایانت (Edward Bryant)، پژوهشگر ممتاز اخترفیزیک در دانشگاه وارویک که بخش عمده‌ای از این پژوهش را در آزمایشگاه علوم فضایی مولارد در دانشگاه کالج لندن انجام داده، این یافته‌ها شواهد محکمی ارائه می‌دهند که نشان می‌دهد ستارگان در حال تحول می‌توانند به‌سرعت موجب سقوط و نابودی سیارات نزدیک خود شوند.

این پدیده که مدت‌ها در نظریه‌ها مورد بحث بوده، اکنون به‌صورت مستقیم در جمعیت گسترده‌ای از ستارگان قابل مشاهده است. برایانت توضیح می‌دهد که ستارگان پیر می‌توانند به‌طور مؤثری سیارات نزدیک خود را در اثر تعاملات کشندی (tidal interaction) ببلعند. با انبساط ستاره، کشش گرانشی سیاره باعث کاهش سرعت گردش آن می‌شود و در نتیجه، سیاره به‌تدریج به سمت ستاره حرکت کرده تا در نهایت یا متلاشی شود یا جذب گردد.

تیم تحقیقاتی تمرکز خود را بر ستارگانی قرار داد که به‌تازگی وارد مرحله پس از توالی اصلی شده‌ و ذخایر هیدروژن خود را مصرف کرده‌اند. آن‌ها تنها ۱۳۰ سیاره و نامزد سیاره‌ای را در اطراف این ستارگان شناسایی کردند که ۳۳ مورد از آن‌ها پیش‌تر کشف نشده بودند. با تمرکز بر ستارگانی که سرد شده و به غول‌های سرخ تبدیل شده‌اند، پژوهشگران دریافتند که احتمال وجود سیاره نزدیک‌مدار در اطراف چنین ستارگانی تنها ۰.۱۱ درصد است؛ رقمی که تقریباً سه برابر کمتر از احتمال وجود سیاره غول‌پیکر نزدیک‌مدار در اطراف ستارگان توالی اصلی است.

پژوهشگران همچنین توضیح می‌دهند که در چند میلیارد سال آینده، خورشید نیز به یک غول سرخ تبدیل خواهد شد و این موضوع، پرسش‌هایی درباره سرنوشت سیارات منظومه شمسی ایجاد می‌کند. مطالعه نشان می‌دهد که اگرچه برخی سیارات در مراحل اولیه پس از توالی اصلی نابود می‌شوند، اما زمین نسبت به سیارات غول‌پیکر نزدیک‌مدار، احتمال بقای بیشتری دارد.

با این حال، اگرچه ممکن است خود زمین از نابودی کامل جان سالم به‌در ببرد، اما شرایط زیستی روی آن تقریباً به‌طور کامل از بین خواهد رفت، زیرا خورشید به تحول خود ادامه می‌دهد. اگرچه این مطالعه نشان می‌دهد که با پیر شدن ستارگان، تعداد سیارات غول‌پیکر کاهش می‌یابد، اما معدود سیاراتی که در مدار نزدیک به غول‌های سرخ باقی می‌مانند، اطلاعات ارزشمندی در اختیار دانشمندان قرار می‌دهند.

برایانت همچنین اشاره می‌کند که با تعیین جرم این سیارات، پژوهشگران می‌توانند نیروهایی را که باعث سقوط و نابودی آن‌ها می‌شود، بهتر درک کنند و تصویری دقیق‌تر از فرآیندهایی که سرنوشت سیارات اطراف ستارگان پیر را شکل می‌دهند، ارائه دهند.

این یک واقعیت شناخته‌شده است که سیاره مشتری نقشی حیاتی در پویایی منظومه شمسی ایفا می‌کند. مشتری به عنوان بزرگ‌ترین سیاره فراتر از “خط یخبندان”، مرزی که در آن مواد فرار مانند آب یخ می‌زنند، از سیارات منظومه شمسی داخلی در برابر برخوردهای احتمالی سیارک‌ها و دنباله‌دارها محافظت می‌کند. افزون‌بر این نقش محافظ، مشتری همچنین یک سیاره “معمار” بوده که بر تکامل منظومه شمسی اولیه و مدار سیارات آن تاثیر گذاشته است. براساس تحقیقات جدید دانشگاه رایس، مشتری با ایجاد حلقه‌ها و شکاف‌هایی صفحه پیش‌سیاره‌ای، شکل منظومه شمسی را تغییر داده و منجر به تشکیل شهاب‌سنگ‌های مرحله پایانی شده است.

یافته‌های پژوهشگران دانشگاه مذکور که در مقاله‌ای در وب‌سایت Science Advances منتشر شده است، به یکی از قدیمی‌ترین اسرار در علوم سیاره‌ای می‌پردازد: چرا بسیاری از شهاب‌سنگ‌های اولیه میلیون‌ها سال پس از نخستین اجسام جامل تشکیل شده‌اند. بایبهاو سریواستاوا (Baibhav Srivastava)، دانشجوی کارشناسی ارشد و استادیار آندره ایزیدورو (André Izidoro) از گروه علوم زمین، محیط زیست و سیاره‌ای دانشگاه رایس، برای پژوهش خود مدل‌های هیدرودینامیکی رشد مشتری را با شبیه‌سازی‌های تکامل غبار و تشکیل سیارات ترکیب کردند.

این شبیه‌سازی‌های پیشرفته نشان داد که میلیاردها سال پیش، رشد سریع اولیه مشتری، صفحه پیش‌سیاره‌ای را که تمام سیارات از آن تشکیل شده‌اند، بی‌ثبات کرد. این امر به دلیل گرانش قدرتمند مشتری بود که موج‌هایی را از طریق صفحه ارسال می‌کرد و موجب می‌شد گاز و غبار در نوارهای متراکم جمع شوند. این اتفاق مانع از حرکت مارپیچی ذرات به سمت خورشید می‌شد و در عوض، سبب می‌شد به صورت سیاره‌های کوچک به یکدیگر بپیوندند. با این حال، این اجرام اولین سیاره‌های کوچک نبودند که ۴.۶ میلیارد سال پیش تشکیل شدند، بلکه نسل دومی هستند که ۲ تا ۳ میلیون سال بعد به وجود آمدند.

این اتفاق همزمان با ظهور مجموعه‌ای از شهاب‌سنگ‌های سنگی است که در اوایل شکل‌گیری منظومه شمسی به وجود آمده‌اند، اما برخلاف اولین نسل شهاب‌سنگ‌ها که ذوب و تفکیک شدند، کندریت‌ها حاوی دانه‌های کروی (کندرول) هستند که از مواد مذاب تشکیل شده‌اند و ترکیب شیمیایی اصلی خود را حفظ می‌کنند. این ویژگی شهاب‌سنگ‌های اشاره شده را به کپسول‌های زمان تبدیل می‌کند که به دانشمندان سیاره‌ای اجازه می‌دهد تا شرایط آن زمان را تشخیص دهد. تشکیل دیرهنگام این شهاب‌سنگ‌ها برای دهه‌ها دانشمندان را سردرگم کرده است.

ایزیدورو در خبری از دانشگاه رایس توضیح داد: “کندریت‌ها مانند کپسول‌های زمان از اوایل شکل‌گیری منظومه شمسی هستند. آن‌ها طی میلیاردها سال به زمین سقوط کرده‌اند، جایی که دانشمندان آن‌ها را جمع‌آوری و مطالعه می‌کنند تا سرنخ‌هایی درباره ریشه‌های کیهانی ما پیدا کنند. راز همیشه این بوده است که چرا برخی از شهاب‌سنگ‌ها انقدر دیر، ۲ تا ۳ میلیون سال بعد از اولین مواد جامد، تشکیل شده‌اند؟ نتایج ما نشان می‌دهد که خود مشتری شرایط را برای شکل‌گیری دیرهنگام آن‌ها ایجاد کرده است.”

افزون‌بر این، مدت‌ها یک معما وجود داشت که چگونه زمین و همسایگانش (زهره و مریخ) در فاصله‌ای حدود یک واحد نجومی (AU) از خورشید، یعنی در بازه‌ای میان ۰/۷۲ تا ۱/۵ واحد نجومی، گرد هم آمده‌اند. همانطور که مشاهدات از سامانه‌های سیاره‌ای فراخورشیدی نشان داده‌اند، سیارات در منظومه‌های ستاره‌ای جوان معمولا به تدریج به سمت ستاره خود مارپیچ‌وار حرکت می‌کنند. نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که مشتری با قطع جریان گاز و غبار به سوی بخش درونی منظومه شمسی، از حرکت به درون سیارات جدید جلوگیری کرده است. این امر به پیش‌سیاره‌های سنگی اجازه داده است تا در مدارهای پایدار باقی بمانند و در نهایت به سیارات سنگی منظومه شمسی تبدیل شوند.

به‌طور خلاصه می‌توان گفت که این پژوهش نشان داد مشتری علاوه‌بر تبدیل شدن به بزرگ‌ترین سیاره، ساختار کلی بخش درونی منظومه شمسی را نیز تعیین کرده است. این ساختار شرایطی را فراهم کرد که زمین بتواند تحول یابد و محیطی ایجاد کند که در نهایت به پیدایش حیات منجر شود. سریواستاوا در این‌باره گفت: “مدل ما دو چیر را که قبلا به نظر نمی‌رسید با هم جور در بیایند، به هم پیوند می‌دهد، یعنی اثر انگشت ایزوتوپی در شهاب‌سنگ‌ها که در دو نوع وجود دارد و پویایی شکل‌گیری سیارات. مشتری زود رشد کرد، شکافی در صفحه گازی ایجاد نمود و این فرایند از جدایی میان مواد داخلی و خارجی منظومه شمسی جلوگیری کرده است. این سیاره همچنین مناطقی ایجاد کرد که در آن‌ها سیارات کوچک می‌توانستند خیلی دیرتر تشکیل شوند.”

این نتایج با مشاهدات سیستم‌های ستاره‌ای جوان انجام شده با آرایه میلی‌متری/ زیرمیلی‌متری آتاکاما (ALMA) همسو هستند. این مشاهدات رادیویی از صفحات پیش‌سیاره‌ای، همان ساختارهای حلقه‌ای و شکافی را که سریواستاوا و ازیدورو در شبیه‌سازی‌های خود مشاهده کردند، نشان دادند. ایزیدورو گفت: “با نگاه کردن به آن صفحات تازه تشکیل‌شده، شاهد آغاز شکل‌گیری سیارات غول‌پیکر و تغییر شکل محیط آن‌ها هستیم. منظومه شمسی ما نیز تفاوتی نداشت. رشد اولیه مشتری اثری را بر جای گذاشت که هنوز نیز می‌توانیم آن را بررسی کنیم، اثری که درون شهاب‌سنگ‌های پرتاب شده به سوی زمین، وجود دارد.”

منبع: UniverseToday