پژوهشگران آمریکایی، یک مدل جدید را ابداع کرده اند که پاسخی را برای معمای حل نشده مربوط به وجود مونوکسید کربن در" مهدهای سیاره ای" ارائه می دهد.
به گزارش ایسنا به نقل از وب سایت رسمی "دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز" (UCSC)، ستاره شناسان اغلب مونوکسید کربن را در "مهدهای سیاره ای" (planetary nurseries) مشاهده می کنند. این ترکیب فوق العاده روشن معمولا در "قرص های پیش سیاره ای" (Protoplanetary disk)، بسیار رایج است. قرص های پیش سیاره ای، مناطقی از غبار و گاز هستند که در آن ها، سیارات در اطراف ستاره های جوان تشکیل می شوند. این امر، آن ها را به هدف اصلی دانشمندان تبدیل می کند.
طی یک دهه گذشته، اطلاعات جدیدی در مورد مشاهدات مونوکسید کربن اضافه نشده است. اگر پیش بینی های کنونی ستاره شناسان در مورد فراوانی مونوکسید کربن درست باشد، بخش قابل توجهی از این ماده در قرص های پیش سیاره ای مشاهده شده وجود ندارد.
یک همکاري بینارشته ای در دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز که به سرپرستی دکتر "دایانا پاول" (Diana Powell)، پژوهشگر این دانشگاه انجام شده، راهکاری را برای این معما ارائه داده است.
پاول با همکاری "روث موری کلی" (Ruth Murray- Clay)، استاد اخترفیزیک دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز و "زی ژانگ" (Xi Zhang)، استاد علوم زمینی و سیاره ای این دانشگاه، مدل جدیدی را ابداع کرده که نشان می دهد مونوکسید کربن در ساختار یخی درون قرص های تشکیل دهنده سیاره پنهان شده است. پیش بینی های این مدل با مشاهدات "آرایه میلی متری بزرگ آتاکاما" یا "آلما" (ALMA) تائید شد.
پاول اظهار‌کرد: این امکان دارد یکی از بزرگترین مشکلات حل نشده در مورد قرص های تشکیل دهنده سیاره باشد. بسته به سیستم مشاهده شده، مونوکسید کربن میتواند بین سه تا ۱۰۰ برابر کم تر از آن چه باید باشد و تا مقدار بسیار زیادی کاهش یابد.
عدم دقت در اندازه‌گیری مونوکسید کربن میتواند پیامدهای قابل توجهی برای حوزه اخترشیمی داشته باشد. پاول افزود: مونوکسید کربن اساسا برای بررسی همه اطلاعاتی که در مورد قرص های پیش سیاره ای می دانیم، از جمله جرم، ترکیب و دما استفاده می شود. این میتواند بدان معنا باشد که بسیاری از نتایج ما در مورد قرص ها، مغرضانه و غیر قابل اطمینان بوده اند زیرا ما این ترکیب را به اندازه کافی درک نکرده ایم.
پاول در دوره دانشجویی بهمراه موری، به بررسی تشکیل سیاره در قرص های پیش سیاره ای پرداخت و در پروژه ای جداگانه به همراه ژانگ، فیزیک ابر را در جو سیاره ای مطالعه کرد. پژوهش او در این دو زمینه، الهام بخش بود تا یک روش مدل سازی را برای درک نحوه تشکیل شدن ذرات یخ در قرص های تشکیل دهنده سیاره اعمال کند. ژانگ گفت: یخ ها، بخش های سازنده بسیار مهم سیارات هستند.
پاول، تغییراتی را در یک مدل اخترفیزیکی ایجاد کرد که برای مطالعه ابرها در سیارات فراخورشیدی یا سیارات فراتر از منظومه شمسی استفاده می شود. وی افزود:نکته ای که واقعا در مورد این مدل ویژه به شمار می رود ، این است که فیزیک دقیقی را برای بررسی چگونگی تشکیل شدن یخ روی ذرات دارد. بنابراین، می توان بررسی کرد که یخ چگونه روی ذرات کوچک تشکیل می شود و چگونه متراکم می گردد. این مدل به دقت بررسي ميکند که یخ کجاست، روی چه ذره ای قرار دارد، ذرات چقدر بزرگ هستند، چقدر کوچک هستند و چگونه حرکت می کنند.
پاول، مدل اقتباس شده را روی قرص های سیاره ای به کار برد؛ با این امید که بتواند درک عمیقی را در مورد چگونگی تکامل مونوکسید کربن در مهدهای سیاره ای ایجاد کند. سپس برای آزمایش اعتبار مدل، خروجی آن را با مشاهدات واقعی آلما در مورد مونوکسید کربن موجود در چهار قرص پیش سیاره ای شناخته شده بررسی کرد.
این مدل جدید با همه مشاهدات آزمایش شد و نشان داد که چهار قرص پیش سیاره ای در واقع اصلا مونوکسید کربن را از دست نداده اند؛ بلکه مونوکسید کربن به تازگی به یخ تبدیل شده که در حال حاضر با تلسکوپ نمی توان آنرا تشخیص داد.
موری اظهار‌کرد: این نتایج جدید، نمونه ای الهام بخش در مورد روش بینارشته ای به شمار می روند که در برنامه موسوم به "Astrobiology Initiative" دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز استفاده شده است. این یک نقطه اوج بود که بینش هایی را در مورد فیزیک ابر به ارمغان آورد و این نتیجه غیرمنتظره را ارائه داد.
ژانگ اظهار‌کرد: برای من شگفت آور بود که میکروفیزیک این ذرات یخ در مقیاس بسیار کوچک دارای چنان تأثیری است که اثرات آنرا میتوان از فاصله دور هنگام رصد قرص های پیش سیاره ای تشخیص داد.
پاول اظهار‌کرد: رصدخانه های رادیویی مانند آلما به ستاره شناسان امکان می‌دهند تا مونوکسید کربن فضا را در فاز گازی آن مشاهده کنند ولی تشخیص یخ به ویژه تشکیلات بزرگ یخ با فناوری های کنونی، بسیار دشوارتر است.
این مدل نشان می دهد که برخلاف تفکر قبلی، مونوکسید کربن روی ذرات بزرگ یخ به ویژه پس از گذشت یک میلیون سال تشکیل می شود. مونوکسید کربن پیش از یک میلیون سال، گازی فراوان و قابل تشخیص در قرص ها است.
پاول گفت: این موضوع، اطلاعات مربوط به نحوه توزیع یخ و گاز در قرص ها را تغییر می دهد. همچنین، نشان می دهد که مدل سازی های دقیق از این دست، برای درک اصول این محیط ها مهم است.
پاول امیدوار است که مدل او بتواند با استفاده از مشاهدات "تلسکوپ جیمز وب" (JWST) که شاید به اندازه کافی قوی باشد تا نهایتا یخ موجود در قرص ها را تشخیص دهد، اعتبار بیشتری پیدا کند اما برای دیدن نتایج هنوز باید صبر کرد.
پاول که علاقمند تغییرات مرحله ای و فرآیندهای پیچیده ورای آن است، می گوید که از تأثیر آن ها وحشت دارد. وی افزود: فیزیک تشکیل یخ در مقیاس کوچک، بر شکل گیری و تکامل قرص ها تأثیر می گذارد و این واقعا جالب است.
این پژوهش، در مجله "Nature Astronomy" به چاپ رسید.
- 14
- 3
