با HD 98800، یک نظام چهار ستارهای نزدیک در صورتستارهٔ قوس آشنا شوید. این سیستم در حدود ۱۵۰ سال نوری قرار دارد و تقریباً ۱۰ میلیون سال عمر دارد.
این سن، این سیستم را در مرحلهٔ شکلگیری قرار میدهد؛ زمانی که ستارگان به تثبیت نهایی میرسند و مادهٔ اطراف همچنان میتواند در نور مادونقرمز بدرخشید.
این سیستم به انجمن TW Hydrae تعلق دارد، گروهی حدود بیست ستارهٔ بسیار جوان که در فاصلهٔ ۱۶۰ سال نوری از زمین قرار دارد. HD 98800 شامل چهار ستاره است که به شکل دو دوستارهٔ نزدیک، که با یکدیگر بهعنوان یک جفت گسترده میچرخند، مرتب شدهاند.
یکی از این جفتهای نزدیک، به نام HD 98800B، دارای یک دیسک گرد و خاکی است؛ در حالی که جفت دیگر این دیسک را ندارد. دو دوستاره بهصورت گرانشی بههم پیوند خوردهاند، اما با فاصلهای حدود ۵۰ واحد نجومی از هم جدا شدهاند – یعنی حدود ۴٫۶۵ میلیارد مایلی.
«عموماً، وقتی ستارهشناسان خلاءهایی مانند این را در یک دیسک اجسامی میبینند، گمان میکنند که یک سیاره مسیر را پاک کرده است»، دکتر الیز فُرلَن، که پژوهش را از دانشگاه کالیفرنیا در لسآنجلس (UCLA) رهبری کرد، گفت.
«با این حال، با توجه به وجود جفت ستارهای بدون دیسک که ۵۰ واحد نجومی دور است، ذرات گرد و خاکی که به سمت مرکز میچرخند احتمالاً تحت تأثیر نیروهای پیچیده و زمانمتغیر قرار میگیرند؛ بنابراین در این مقطع وجود یک سیاره تنها یک حدس است».
مدارهایی که میکشند و کشیده میشوند
هر یک از جفتهای نزدیک، مدار خود را در چند صد روز تکمیل میکند. مسیرهایشان دایرههای کامل نیستند؛ آنها «بیضوی» هستند، به این معنی که ستارگان در یک زمان بهیکدیگر نزدیک میشوند و در زمان دیگر از هم فاصله میگیرند.
این جزئیات مهم است، زیرا تغییر فاصلهها میتواند دمای گرد و خاک اطراف را بالا برده و آن را بهحالوتنه درآورد.
دو دوستاره بر روی مسیر بسیار وسیعتری بههم میچرخند که دورهٔ چند صد سالهای دارد. ستارهشناسان تنها یک لحظهٔ از این چرخه را مشاهده کردهاند؛ ترکیب مشاهدهشده بهتدریج تغییر خواهد کرد همانطور که مدار گسترده پیش میرود.
فاصله و درخشندگی HD 98800
اندازهگیریهای دقیق فاصلهٔ HD 98800 از ماهوارهای بهدست آمد که جابهجاییهای ریز موقعیت را هنگام حرکت زمین به دور خورشید اندازهگیری کرد.
با دانستن فاصله، ستارهشناسان میتوانستند درخشندگی ذاتی را محاسبه کنند، نه درخشندگی ظاهری که از زمین میبینیم.
تصویرسازی، رنگهای آنها را در نور آبی، نوری و نزدیک به مادونقرمز اندازهگیری کرد. با ترکیب رنگ و درخشندگی، ستارگان روی نمودار هرتسپرونگ‑راسِل دربالای «دنبالهٔ اصلی» قرار گرفتند، جایی که ستارگان بالغی مانند خورشید بیشتر عمر خود را میگذرانند.
آنها دیگر در مرحلهٔ اولیهٔ «ستارهٔ نوپا» نیستند و بهجای آن، بر روی مسیرهای پیشدنبالهٔ اصلی قرار گرفتهاند که به بلوغ میانجامد. ستارهشناسان معمولاً این مرحلهٔ میانی را «پس از تیتاوری» مینامند.
سَن و جرم تخمینزده همخوانی دارند
تیمها دما و درخشندگی هر ستاره را با مدلهای تکامل برای ستارگان جوان مقایسه کردند. آنها چندین فرضیه، از جمله اثرات گرد و خاکی که نور ستارگان را سرخ میکند، را درنظر گرفتند.
نتایج بهصورت نزدیک همگرا بودند: چهار ستاره با سَنهائی بین هفت تا دوازده میلیون سال مطابقت داشتند.
برآوردهای جرم نیز با این تصویر همخوانی داشتند. یک ستاره تقریباً برابر جرم خورشید است، ستارهای دیگر کمی سبکتر است و حداقل یکی حدود نیمی از جرم خورشید دارد. این مقادیر برای ستارگانی که هنوز در حال انقباض به سمت دنبالهٔ اصلی هستند ولی بهقوه میدرخشند، منطقی بهنظر میرسند.
دو کمربند در دیسک HD 98800
با استفاده از تلسکوپ فضایی اسپزر ناسا، دانشمندان نگاهی دقیق به دیسک احتمالی تشکیل سیاره اطراف HD 98800B انداختند.
طیفساز مادونقرمز اسپزر دو کمربند گرد و خاکی را آشکار کرد. یک کمربند در فاصلهٔ حدود ۵٫۹ واحد نجومی از دوستارهٔ مرکزی قرار دارد (حدود ۵۴۹ میلیون مایلی) و احتمالاً شامل سیارکها و دنبالهدارهاست.
کمربند دیگر در فاصلهٔ ۱٫۵ تا ۲ واحد نجومی (حدود ۱۳۹٫۵ تا ۱۸۶ میلیون مایلی) قرار دارد و از ذرات ریز گرد و خاکی تشکیل شده است. این دو با هم محیطی ساختاریافته را نشان میدهند که در آن برخوردها جامدات را خرد میکند و گرما بهصورت مؤثر تابش میشود.
HD 98800 در طولامواج مادونقرمز بهطور قوی میدرخشد که نشانگر وجود گرد و خاک گرم فراوان است. مطالعات پیشین حاکی از دانههای نسبتاً بزرگ در یک دیسک فشرده بهجای یک ابر وسیع بود.
تصاویر نوری نتوانستند دیسک را بهوضوح تشخیص دهند، که نشاندهندهٔ ساختاری کوچک یا کمنور در نور مرئی است. «افزونگی» مادونقرمز بسیار بزرگ است و تصویر همراستترین این است که دیسک با جفت B همراه بماند، ممکن است تحت تأثیر گرانش دوستارهٔ دیگر قرار گیرد.
گرد و خاک تحت تأثیر نیروهای گرانشی
مدار گسترده بین دو دوستاره بهاحتمال زیاد دیسک اطراف HD 98800B را تحت فشار میگذارد. کششهای گرانشی میتوانند کمربندهای گرد و خاکی را بازسازی کنند، ذرات را بهصورت حلقهای جمع کنند یا دیسک را منحنی کنند.
هنگامی که مدار گسترده باعث نزدیک شدن دوستارهها میشود، دیسک ممکن است نور ستارگان بیشتری را جذب کند و در نتیجه در طولامواج مادونقرمز گرم و روشنتر شود.
این تعاملات میتوانند زنجیرههای برخوردی را تحریک کنند که اجسام بزرگتر را به ذرات ریزتر خرد میکند، که با گرد و خاک ریز مشاهدهشده در کمربند داخلی سازگار است.
«سیارهها مانند جاروهای کیهانی هستند. آنها تمام گرد و خاکی را که در مسیرشان اطراف ستارگان مرکزی قرار میگیرد، پاک میکنند»، دکتر فُرلَن توضیح داد.
یک دیسک فشرده با دو کمربند متمایز، نشانگر نواحی با نوع مختلفی از جامدات و نرخهای متفاوت برخورد است.
کمربند خارجی، که شامل مواد بزرگتر است، شبیه یک انبار برای دنبالهدارها و سیارکها عمل میکند. کمربند داخلی، که عمدتاً از ذرات ریز تشکیل شده است، بهنشانهٔ سنگزنی فعال و گرم شدن سریع نزدیک به ستارگان است.
منشأ و همسایگی
کینماتیک – چگونگی حرکت سیستم در فضا – به یک پرورشگاه آشنا بازمیگردد.
زمانی که ستارهشناسان حرکت را بهعقب برگرداندند، مسیر احتمالاً از انجمن عقرب‑سنتور عبور کرده است؛ یک مجموعهٔ بزرگ تشکیلستارهای که فاصلهٔ زیادی از بخش ما در کهکشان ندارد.
زمانبندی این عبور با برآوردهای سنی سازگار است و ایدهٔ شکلگیری HD 98800 در یا نزدیک به آن ناحیه را پیش از جابهجایی به موقعیت فعلیاش تأیید میکند.
عضویت در انجمن TW Hydrae سرنخ دیگری افزوده است. برآوردهای سنی آن با جوانی دیدهشده در HD 98800 همراستاست. تجمع همزمان در فضا و زمان، مورد ادعای منشأ مشترک را تقویت میکند.
دروس آموخته از HD 98800
«خانهٔ کیهانی» کشفشده در HD 98800 نمونهای نزدیک و نادر از یک سیستم چند ستارهای جوان با دیسکی ساختاریافته در اطراف یک جفت فراهم میکند.
طبیعت جمعی این ساختار سیستم هم نادر و هم «غیرعادی»، برای ستارهشناسان یک مطالعهٔ موردی کامل فراهم میکند تا ستارگان را در سالهای اولیهٔ خود بررسی کنند و چگونگی تأثیر سیستمهای چند ستارهای بر شکلگیری سیارهها را درک نمایند.
وجود دو کمربند گرد و خاکی در سیستمی با چهار ستاره، محدودیتهای مفیدی برای مدلهای شکلگیری سیاره در محیطهای گرانشی پیچیده ارائه میدهد. همچنین نشان میدهد که مقدار قابلتوجهی از مادهٔ جامد میتواند در حالی که ستارگان به انقباض خود میرسند، پابرجا بماند.
تمام این ویژگیها بههم پیوسته HD 98800 را به یک بستر آزمایشی قدرتمند برای ارزیابی مدت زمان بقای دیسکهای سیارهپیشساز، نحوهٔ تحول آنها در حضور چندین ستاره، و چگونگی شکلگیری سیارههای آینده تحت این شرایط تبدیل میکند.
مطالعه کامل در ژورنال Astronomy and Astrophysics منتشر شد.
—–