به گزارش ایسنا و به نقل از وب‌سایت رسمی "دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز"(UCSC)، ستاره‌شناسان اغلب مونوکسید کربن را در "مهدهای سیاره‌ای"(planetary nurseries) مشاهده می‌کنند. این ترکیب فوق‌العاده روشن معمولا در "قرص‌های پیش‌سیاره‌ای"(Protoplanetary disk)، بسیار رایج است. قرص‌های پیش‌سیاره‌ای، مناطقی از غبار و گاز هستند که در آنها، سیارات در اطراف ستاره‌های جوان تشکیل می‌شوند. این امر، آنها را به هدف اصلی دانشمندان تبدیل می‌کند.

طی یک دهه گذشته، اطلاعات جدیدی در مورد مشاهدات مونوکسید کربن اضافه نشده است. اگر پیش‌بینی‌های کنونی ستاره‌شناسان در مورد فراوانی مونوکسید کربن درست باشد، بخش قابل توجهی از این ماده در قرص‌های پیش‌سیاره‌ای مشاهده‌ شده وجود ندارد.

یک همکاری بینارشته‌ای در دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز که به سرپرستی دکتر "دایانا پاول"(Diana Powell)، پژوهشگر این دانشگاه انجام شده، راه حلی 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 سیاره‌ای این دانشگاه، مدل جدیدی را ابداع کرده که نشان می‌دهد مونوکسید کربن در ساختار یخی درون قرص‌های تشکیل‌دهنده سیاره پنهان شده است. پیش‌بینی‌های این مدل با مشاهدات "آرایه میلی‌متری بزرگ آتاکاما" یا "آلما"(ALMA) تأیید شد.

پاول گفت: این ممکن است یکی از بزرگترین مشکلات حل‌نشده در مورد قرص‌های تشکیل‌دهنده سیاره باشد. بسته به سیستم مشاهده شده، مونوکسید کربن می‌تواند بین سه تا ۱۰۰ برابر کمتر 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 ادامه داد: مونوکسید کربن اساسا برای بررسی همه اطلاعاتی که در مورد قرص‌های پیش‌سیاره‌ای می‌دانیم، از جمله جرم، ترکیب و دما استفاده می‌شود. این می‌تواند بدان معنا باشد که بسیاری از نتایج ما در مورد قرص‌ها، مغرضانه و غیر قابل اطمینان بوده‌اند زیرا ما این ترکیب را به اندازه کافی درک نکرده‌ایم.

پاول در دوره دانشجویی به همراه موری، به بررسی تشکیل سیاره در قرص‌های پیش‌سیاره‌ای پرداخت و در پروژه‌ای جداگانه به همراه ژانگ، فیزیک ابر را در جو سیاره‌ای مطالعه کرد. پژوهش او در این دو زمینه، الهام‌بخش بود تا یک روش مدل‌سازی را برای درک نحوه تشکیل شدن ذرات یخ در قرص‌های تشکیل‌دهنده سیاره اعمال کند. ژانگ گفت: یخ‌ها، بخش‌های 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 می‌شود. وی افزود: نکته‌ای که واقعا در مورد این مدل ویژه به شمار می‌رود، این است که فیزیک دقیقی را برای بررسی چگونگی تشکیل شدن یخ روی ذرات دارد. بنابراین، می‌توان بررسی کرد که یخ چگونه روی ذرات کوچک تشکیل می‌شود و چگونه متراکم می‌گردد. این مدل به دقت بررسی می‌کند که یخ کجاست، روی چه ذره‌ای قرار دارد، ذرات چقدر بزرگ هستند، چقدر کوچک هستند و چگونه حرکت می‌کنند.

پاول، مدل اقتباس‌شده را روی قرص‌های سیاره‌ای به کار برد؛ با این امید که بتواند درک عمیقی را در مورد چگونگی تکامل مونوکسید کربن در مهدهای سیاره‌ای ایجاد کند. سپس برای آزمایش اعتبار مدل، خروجی آن را با مشاهدات واقعی آلما در مورد مونوکسید کربن موجود در چهار قرص پیش‌سیاره‌ای شناخته‌شده بررسی کرد.

این مدل جدید با همه مشاهدات آزمایش شد و نشان داد که چهار قرص پیش‌سیاره‌ای در واقع اصلا مونوکسید کربن را از دست نداده‌اند؛ بلکه مونوکسید کربن به تازگی به یخ تبدیل شده که در حال حاضر با تلسکوپ نمی‌توان آن را تشخیص داد.

موری گفت: این نتایج جدید، نمونه‌ای الهام‌بخش در مورد روش بینارشته‌ای به شمار می‌روند که در برنامه موسوم به "Astrobiology Initiative" دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز استفاده شده است. این یک نقطه اوج بود که بینش‌هایی را در مورد فیزیک ابر به ارمغان آورد و این نتیجه غیرمنتظره را ارائه داد.

ژانگ گفت: برای من شگفت‌آور بود که میکروفیزیک این ذرات یخ در مقیاس بسیار کوچک دارای چنان تأثیری است که اثرات آن را می‌توان از فاصله دور هنگام رصد قرص‌های پیش‌سیاره‌ای تشخیص داد.

پاول گفت: رصدخانه‌های رادیویی مانند آلما به ستاره‌شناسان امکان می‌دهند تا مونوکسید کربن فضا را در فاز گازی آن مشاهده کنند اما تشخیص یخ به ویژه تشکیلات بزرگ یخ با فناوری‌های کنونی، بسیار دشوارتر است.

این مدل نشان می‌دهد که برخلاف تفکر قبلی، مونوکسید کربن روی ذرات بزرگ یخ به ‌ویژه پس از گذشت یک میلیون سال تشکیل می‌شود. مونوکسید کربن پیش از یک میلیون سال، گازی فراوان و قابل تشخیص در قرص‌ها است.

پاول گفت: این موضوع، اطلاعات مربوط به نحوه توزیع یخ و گاز در قرص‌ها را تغییر می‌دهد. همچنین، نشان می‌دهد که مدل‌سازی‌های دقیق از این دست، برای درک اصول این محیط‌ها 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 قرص‌ها را تشخیص دهد، اعتبار بیشتری پیدا کند اما برای دیدن نتایج هنوز باید صبر کرد.

پاول که علاقمند تغییرات مرحله‌ای و فرآیندهای پیچیده ورای آن است، می‌گوید که از تأثیر آنها وحشت دارد. وی افزود: فیزیک تشکیل یخ در مقیاس کوچک، بر شکل‌گیری و تکامل قرص‌ها تأثیر می‌گذارد و این واقعا جالب است.

این پژوهش، در مجله "Nature Astronomy" به چاپ رسید.

انتهای پیام