تقریبا یکسوم از کل ستارهها احتمالا سیارههای سنگی نزدیک خود را بلعیدهاند
در سالهای اخیر، ستارهشناسها روشهایی را برای اندازهگیری محتوای فلزی ستارهها با دقت حداکثری ابداع کردهاند. ستارهشناسها بهلطف این توانایی، ستارههای همزاد را مورد بررسی قرار دادهاند تا به تفاوت آنها از نظر فلزینگی (وجود عناصر سنگینتر از هیدروژن و هلیوم) پی ببرند. برخی از این ستارگان تفاوتهایی چشمگیر در این زمینه با یکدیگر دارند.
پژوهشی جدید نشان میدهد ستارههایی که سیارههای سنگی خود را میبلعند عامل افزایش تفاوت در فلزینگی هستند. ستارههای همزاد از ابر مولکولی عظیم (GMC) یکسانی تشکیل میشوند؛ اما لزوما در پیوند دوتایی با یکدیگر نیستند. انتظار میرود این ستارهها دارای فلزات بسیار مشابه با یکدیگر باشند، گرچه هیچکدام از GMC-ها همگن نیستند و تفاوتهای اندک در ستارههایی که همراه با یکدیگر متولد میشوند، رایج است. بااینحال وقتی تفاوتها برجسته میشوند، باید توضیح قانعکنندهتری در کار باشد.
کریستوفر ای. او کانر و دونگ لی از دانشگاه نورثوسترن و دانشگاه کرنل، در پژوهش جدید با عنوان «آلودگی فلزی در ستارههای شبیه به خورشید براثر فروپاشی سیارههای دورهی مداری فوق کوتاه»، نشان دادهاند که سیارههای سنگی منبع تفاوت در فلزینگی دو ستارهی همزاد هستند. پژوهشگران یافتههایشان را در پایگاه پیشانتشار آرکایو در دسترس قرار داده و برای انتشار در مجلات علمی انجمن نجوم آمریکا ارسال کردهاند. به نوشتهی مؤلفان:
بررسی دقیق ترکیب شیمیایی زوج ستارههای همزاد (ستارههایی با منشأ مشترک) فراوانیهای غیرمنتظره و بسیار متفاوتی را در میان عنصرهای نسوز آشکار میکند.
مؤلفان، تفاوت در فلزینگی را نوعی «آلودگی» توصیف میکنند که به فرآیند رخداده در کوتولههای سفید شبیه است. منشأ این آلودگی هم سیارههای سنگی غنی از فلز هستند.
سیارههای فراخورشیدی دوره فوق کوتاه (USP) در فاصلهی بسیار نزدیکی از ستارههای خود قرار دارند و معمولا مدارشان به دور ستاره را تنها در چند ساعت تکمیل میکنند. این سیارهها دارای ترکیبهای مشابهی با زمین هستند و بهندرت شعاعشان به بیش از دو برابر شعاع زمین میرسد. منشأ این سیارهها نامشخص است؛ اما معمولا در فاصلهای دورتر شکل میگیرند و سپس به نزدیکی ستارهی میزبان خود مهاجرت میکنند یا اینکه ممکن است بقایای سیارههای بسیار بزرگتری باشند که جو خود را بر اثر پرتوهای ستارهای از دست دادهاند.
سیارههای USP معمولا چندان رایج نیستند. تنها ۰٫۵ درصد از ستارههای خورشیدمانند آنها را در مدارشان دارند. این سیارهها به قدری داغ هستند که سطحشان به شکل مذاب است و در وضعیت قفل کشندی نسبت به ستاره میزبان قرار دارند. گرچه سیارههای USP رایج نیستند، ممکن است از ابتدا تعدادشان زیاد بوده و بعداً توسط ستارههایشان بلعیده شده باشند. به نوشتهی مؤلفان:
سیارههای فراخورشیدی دوره کوتاه بهطور بالقوه دربرابر اختلال کشندی و بلعیده شدن توسط ستارههای میزبان آسیبپذیر هستند. بین ۳ تا ۳۰ درصد از ستارههای همزاد رشته اصلی و خورشیدمانند (FGK)، سیارههای سنگی با جرم بین ۱ تا ۱۰ جرم زمین را بلعیدهاند.
پدیده یادشده به روشهای متعددی رخ میدهد. به نوشتهی اوکانر و لی، شکلهای زیادی از تکامل دینامیکی پرتلاطم در منظومههای سیارهای محتمل هستند و هر کدام بهطور بالقوه میتوانند سیاره را به کام ستارهاش فرو ببرند. با اینحال براساس شواهد، حداکثر نزدیک به دو درصد از ستارههای FGK دراثر مکانیزمهای آشوبناک شکلگیری سیارهها آلوده میشوند.
ستارهشناسها دو سناریو را برای بلعیدن سیارههای USP توسط ستارهشان پیشنهاد دادهاند. مکانیزم اول انتقال با گریز از مرکز بالا (high-e) نامیده میشود. در این سناریو، یک پیشسیارهی USP دارای گریز از مرکز بالا است و به ستارهاش بسیار نزدیک میشود. چنین سیارهای دراثر نزدیکی به ستارهی خود و کشش گرانشی آن، به سرعت گریز از مرکز خود را از دست میدهد و مداری دایرهای پیدا میکند.
سناریوی دوم انتقال مبتنی بر انحراف است. براساس این سناریو، یک سیارهی همراه با USP عامل انحراف USP میشود و آن را در یک رزونانس مداری چرخشی پایا گرفتار میکند. در این وضعیت، USP به سرعت به سمت ستارهاش مهاجرت میکند؛ اما این انتقال زمانی پایان مییابد که سیاره از رزونانس بگریزد.
مؤلفان مدلی را برای پیشبینی تعداد USP-هایی که شکل میگیرند و زمان لازم برای بلعیدهشدنشان ساختند. مدل آنها میتواند پیشامد کمتر مشاهدهشده از USP-ها در اطراف ستارههای خورشیدمانند و مقدار آلودگی فلزی این ستارهها را بازسازی کند. نتایج آنها به سود سناریوی انتقال گریز از مرکز پائین است که در آن USP-ها بخشی از منظومههای چندسیارهای فشرده هستند. به نوشته مؤلفان:
متوجه شدیم بلعیدهشدن USP پیامد طبیعتی سناریوی انتقال گریز از مرکز پائین است؛ بنابراین ارتباط بین USP-ها و سیارههای سنگی بلعیدهشده در ستارههای خورشید مانند محتمل به نظر میرسد.
بر اساس نتایج، USP-ها بین ۰٫۱ تا یک گیگاسال (یک میلیارد سال) پس از شکلگیری بلعیده میشوند. اگر این بلعیدن منبع اصلی آلودگی ستارههای خورشیدمانند باشد، بنابراین بین آلودگی و منظومههای چندسیارهای فشرده همبستگی وجود دارد.
پژوهشگرها همچنین عکس این روند را هم پیشبینی کردند: باید عدم همبستگی بین وقوع USP و آلودگی وجود داشته باشد. آنها همچنین به چند هشدار دربارهی نتایج اشاره میکنند. برای مثال آثار آلودگی فلزی ممکن است به مرور زمان از بین بروند. فلزها ممکن است درون ستاره رسوب کنند و به این ترتیب سیگنال آنها ناپدید شود. براین اساس درک ما از چگونگی آلودگی ستارهها دقیق نیست و ممکن است بیش از ۳۰ درصد از ستارههای خورشیدمانند آلوده باشند.
دومین هشدار این است که مکانیزمهای آشوبناکتر میتوانند باعث بلعیدهشدن سیارهها شوند. پراکندگی سیارهها میتواند باعث بلعیدهشدن سیارهها به ویژه ابرزمینهای سنگی شود. با اینحال براساس توضیح پژوهشگرها، با وجود فراوانی ابرزمینها تنها یک درصد از ستارهها ممکن است از طریق نابودی این سیارهها آلوده شوند.
- دانشمندان برای نخستینبار ستارهای را درحال بلعیدن سیاره رصد کردند14 اردیبهشت 02مطالعه '4
- ستارگان سیارهخوار بهطرز شگفتانگیز در کیهان رایج هستند7 فروردین 03مطالعه '4
هشدار آخر به سیارههای مشتری داغ (HJ) مربوط میشود. این غولهای گازی در مدار بسیار نزدیکی از ستارهشان قرار دارند. به باور ستارهشناسها HJ-ها بر اثر بلعیده شدن در طول حیات رشته اصلی ستارهشان نابود میشوند. این سیارهها دارای نرخ وقوع مشابهی با USP-ها در اطراف ستارههای خورشیدمانند هستند؛ بنابراین آیا ممکن است در آلودگی فلزی ستاره خود نقش داشته باشند؟
به باور مؤلفان، انتقال گریز از مرکز بالا میتواند سیارههای HJ را به سرنوشت بلعیدهشدن ستارهای دچار کند. بااینحال آنها اشاره میکنند که بلعیدهشدن این سیارهها نتایج مشابهی را به وجود نمیآورند. یک سیارهی مشتری داغ بلعیدهشده ممکن است اثر شیمیایی مشابهی با یک سیاره سنگی تولید نکند؛ زیرا جرم و خاصیت فلزینگی مشتریهای داغ به شکل چشمگیری متفاوت است . کل هیدروژن و هلیوم موجود در مشتریهای داغ همچنین باعث رقیقتر شدن فلزهای دیگر میشود. علاوه بر این اختلال کشندی مشتریهای داغ ممکن است بهصورت مستقیم باعث بلعیدهشدن نشود.
به گفتهی اوکانر و لای، برای درک تأثیر مشتریهای داغ بر آلودگی ستارهای به پژوهشهای بیشتری نیاز داریم. نتایج پژوهشها نشان میدهند یک ستاره رشتهی اصلی در طول رشته اصلی خود میتواند تنها یک USP تشکیل دهد، بنابراین فقط یک سیاره از این نوع را میبلعد. در منظومهای فشرده، تنها درونیترین سیاره زوال کشندی را تجربه میکند و در نهایت به USP تبدیل میشود.