تلسکوپ فضایی جیمز وب شش دنیای سرگردان را در اعماق فضا کشف کرد

ستاره‌شناس‌ها با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) شش سیاره‌ی «سرگردان» را که به‌دور هیچ ستاره‌ای نمی‌چرخند، در فضای آزاد میان‌ستاره‌ای کشف کرده‌اند. این دنیاهای سرگردان بین پنج تا ۱۵ برابر سیاره مشتری جرم دارند و حتی ممکن است یکی از آن‌ها میزبان منظومه‌ای کوچک باشد.

ری جایاواردهانا از دانشگاه جانز هاپکینز و همکارانش، دنیاهای جدید را در خوشه‌ی ستار‌ه‌ایNGC 1333 کشف کردند. با اینکه جهان‌های کشف‌شده در ابعاد سیاره هستند، هیچ‌کدام در مدار ستاره‌ای قرار ندارند. این مشاهده نشان می‌دهد که این اجرام احتمالا در روندی که به شکل‌گیری ستاره‌های خورشیدمانند شباهت دارد از فروپاشی ابرهای گاز و غبار شکل گرفته‌اند.

اجرامی که روند شکل‌گیری‌شان به ستاره‌ها شبیه است، اما از سویی به اندازه کافی سنگین نیستند که همجوشی هسته‌ای هیدروژنی داشته باشند، کوتوله‌های قهوه‌ای یا ستاره‌های ناکام نامیده می‌شوند. آدام لانگولد اخترفیزیکدان دانشگاه جانز هاپکینز می‌گوید:

ما محدودیت‌های فرآیند شکل‌گیری ستاره‌ای را بررسی می‌کنیم. اگر جرمی داشته باشیم که به مشتری جوان شبیه باشد، آیا ممکن است تحت شرایط مناسب به ستاره تبدیل شود؟ این مفهوم برای درک شکل‌گیری ستاره‌ها و سیاره‌ها اهمیت زیادی دارد.

جرم‌های کیهانی به شیوه‌های متفاوتی شکل می‌گیرند. روند شکل‌گیری ستاره‌ها از بالا به پائین است: توده‌ای در یک ابر چگال گاز و غباری تحت گرانش خود دچار فروپاشی می‌شود و جرم بیشتری از دیسک مواد اطراف خود را انباشته می‌کند تا جایی که فشار و گرمای مرکز آن به اندازه‌ی کافی برای همجوشی هیدروژنی بالا می‌رود.

تصور می‌شود که دست‌کم برخی سیاره‌ها در فرآیند شکل‌گیری پایین به بالا، یعنی از مواد باقی‌مانده از دیسک شکل‌گیری ستاره‌ها تشکیل می‌شوند. در این سناریو، توده‌های مواد به‌صورت الکترواستاتیک به یکدیگر می‌چسبند و سپس با گرانش مواد کافی برای شکل‌گیری هسته و گوشته جمع‌آوری می‌شوند.

مشخص نیست که مرز بین مکانیزم‌های شکل‌گیری یادشده دقیقا کجا است. همین معما باعث شد پژوهشگرها، جیمز وب را به سمت یک سحابی به نام NGC 1333 در صورت فلکی برساوش نشانه بگیرند؛ منطقه‌ای مملو از خوشه‌های ستاره‌ای جوان که از گاز داخل سحابی شکل گرفته‌اند.

براساس تخمین ستاره‌شناس‌ها، احتمالا میلیاردها سیاره‌ سرگردان در راه شیری وجود دارند. بخش زیادی از این سیاره‌ها به شیوه متداول از بقایای غذای ستاره نوزاد شکل گرفته‌اند؛ با این‌حال برهم‌کنش‌های گرانشی شدید می‌توانند این دنیاها را از وابستگی به ستاره‌شان رها کند و آن‌ها را به ماجراجویی‌هایی آزادانه بفرستد یا اینکه ممکن است به دام گرانش ستاره‌ای بیگانه بیندازد.

از سوی دیگر، برخی سیاره‌های سرگردان مانند ستاره‌ها شکل می‌گیرند. امروز از جمعیتی از اجرام اطلاع داریم که مانند ستاره‌ها شکل می‌گیرند، اما به جرم کافی برای همجوشی هیدروژنی نمی‌رسند؛ این اجرام کوتوله‌های قهوه‌ای با جرم بین ۱۳ تا ۸۵ برابر مشتری هستند. کوتوله‌های قهوه‌ای به اندازه کافی سنگین هستند تا از همجوشی دوتریومی پشتیبانی کنند. دوتریوم نوعی هیدروژن سنگین است که همجوشی آن به فشار و دمای پائین‌تر نیاز دارند. این اجرام درخشش اندکی دارند.

براساس مدلسازی‌ها، حد بالایی جرم برای اینکه سیاره‌ای به روش پائین به بالا از طریق برافزایش هسته شکل بگیرد، کمتر از ده سیاره مشتری است. علاوه بر این، جمعیت NGC 1333 جوان است و چنین برافزایشی به زمان بیشتری نیاز دارد.

بنابراین وقتی جیمز وب شش جرم یاد‌شده را با جرم پنج الی ده برابر جرم مشتری رصد کرد، لانگولد و گروهش تصور می‌کردند این اجرام از طریق فروپاشی گرانشی شکل گرفته‌اند. این مشاهده با کشف دیسک‌ها در اطراف اجرام نسبتا کوچکی تأیید شد که درست به ستاره‌های نوزاد کوچک شبیه بودند. به گفته‌ی جایاواردهانا:

رصدهای ما تأیید می‌کنند که طبیعت، اجرام جرم ستاره‌ای را حداقل به دو روش تولید می‌کند. بر اثر انقباض ابر گاز و غبار که به شکل‌گیری ستاره‌ها شبیه است و در دیسک‌های گاز و غباری اطراف ستاره‌ها که به فرآیند شکل‌گیری مشتری شباهت دارد.

گرچه جیمز وب از حساسیت کافی برای کشف اجرام کوچک برخوردار است، پژوهشگرها هیچ سیاره سرگردانی کوچک‌تر از پنج سیاره مشتری را پیدا نکردند؛ بنابراین می‌توان این حد را یک نقطه‌ی جدایی دانست؛ به‌طوری‌که زیر این جرم، احتمالا سیاره‌ها از طریق برافزایش هسته شکل می‌گیرند.

یافته‌های پژوهش فوق به فراوانی سیاره‌های سرگردان اشاره دارند. کشف این دنیاها نشان‌دهنده‌ی احتمال‌هایی جذابی است که مرز بین ستاره و سیاره‌اش و سیاره و قمرها را محو می‌کند. به گفته‌ی الکس اسکولز، اخترفیزیکدان:

اجرام کوچک با جرم مقایسه‌پذیر با سیاره‌های غول‌پیکر ممکن است سیاره‌های خود را شکل دهند. این منطقه می‌تواند پرورشگاه منظومه‌های سیاره‌ای کوچک در مقیاسی کوچک‌تر از منظومه شمسی باشد.

پژوهش برای انتشار در مجله‌ی اخترشناسی (Astronomical) پذیرفته شده و در پایگاه آرکایو در دسترس است.