تظهر صور جديدة من تلسكوب سوبارو الياباني كيف أنهى نجم شاب قريب طفولته بسرعة. تقع الفجوة حول المسافة نفسها تقريبًا من النجم مثل مدار زحل ، وهي تقدم أدلة إضافية على النظريات حول كيفية تطور أقراص المواد حول النجوم الصغيرة.
تكبير الصورة لنجم شاب قريب يسمى HD 141569A ، استخدم علماء الفلك من المرصد الفلكي الوطني الياباني ومعهد ماكس بلانك للفلك تلسكوب سوبارو في ماونا كيا ، هاواي ، لاكتشاف ثقب في قرص من الغاز والغبار يحيط به النجم. إن وجود هذه الفجوة الكبيرة ، التي تعادل حجم مدار زحل ، يدعم النظرية القائلة بأن هذا النجم الشاب أنهى طفولته فجأة ، عن طريق تأين ودفع الغاز الموجود في القرص الذي ولد منه.
استفاد الفريق ، بقيادة الدكتورة ميوا غوتو والأستاذ تومونوري أسودا من الدقة المكانية الرائعة التي حققها نظام البصريات التكيفية وكاميرا الأشعة تحت الحمراء والطيّار (IRCS) على سوبارو ، لحل الجزء الأعمق من القرص حول HD 141569A في خطوط انبعاث أول أكسيد الكربون في الجزء تحت الأحمر من الطيف الكهرومغناطيسي. كان القرص معروفًا من دراسات سابقة للغبار حول النجم. من خلال دراسة الغاز ، حددت الدراسة الجديدة بنجاح حجم المقاصة الداخلية في القرص.
يمتد الانبعاث من أول أكسيد الكربون (CO) في القرص المحيط بـ HD 141569A ، والذي يقع على بعد حوالي 320 سنة ضوئية من الأرض ، إلى مسافة تبلغ خمسين ضعفًا حجم مدار الأرض. (تسمى المسافة بين الأرض والشمس وحدة فلكية. في نظامنا الشمسي ، يبلغ نصف القطر المداري لنبتون حوالي 30 AU). يصبح أقوى تدريجيا نحو الجزء الداخلي الأقرب إلى النجم. يبلغ الانبعاث حوالي 15 AU ، ثم يتناقص إلى النجم المركزي. قال أسودا: "نعلم الآن أن القليل من الغاز يبقى في الجزء 11 من القرص الداخلي". "وبعبارة أخرى ، طورت HD 141569A بالكامل حفرة في مركز قرصها الجزيئي للغاز أكبر من حجم مدار زحل."
قال غوتو: "حجم الثقب كبير جدًا لأنه يحد من إمكانيات ظهور الثقب في المقام الأول".
من الناحية النظرية ، يمكن أن يكون للقرص المحيطي تجويف داخلي ناتج عن إغلاق الخطوط في الغلاف المغناطيسي للنجم ، مما سيؤدي إلى قطع القرص. وهذا ما يسمى باقتطاع الغلاف المغناطيسي ويمكن أن يفسر سبب وجود فجوة في الغبار. ومع ذلك ، يجب أن يكون حجم الاقتطاع أصغر بكثير ، صغير مثل مائة من وحدة فلكية ، أو حول حجم النجم نفسه ، لذلك لا يمكن أن يفسر هذا الملاحظة الحالية.
يمكن أن يؤدي تدمير الغبار عن طريق إشعاع النجم في عملية تسمى التسامي إلى إحداث ثقب داخلي في القرص. مرة أخرى ، يكون نصف القطر المتوقع من هذا النشاط صغيرًا جدًا ، حوالي عشر نصف القطر المداري للأرض ، لحساب التجويف المركزي لـ HD 141569A.
أفضل تفسير لحجم التجويف المركزي لـ HD 141569A يأتي من حقيقة أنه يتوافق مع نصف قطر الجاذبية للنجم. هذا هو نصف القطر حيث تساوي سرعة صوت تدفق الغاز المتأين من النجم سرعة الهروب من النجم. وبعبارة أخرى ، يمكن للغاز خارج نصف قطر الجاذبية أن يهرب بحرية من النظام بمجرد تأينه. يكون الغاز الموجود في القرص أكثر كثافة عند نصف قطر الجاذبية ويتلقى إشعاعًا من النجم المركزي أكثر من الجزء الخارجي. وبالتالي ، يكون فقدان الكتلة للقرص من خلال التبخر الضوئي أكثر فعالية في نصف قطر الجاذبية.
مقياس الحجم المماثل للتجويف الداخلي لقرص HD 141569A ونصف قطره الثقالي ، حوالي 18 وحدة فلكية ، يشير إلى أن الفتحة تتم عن طريق التبخر الضوئي ، وتأين الغاز ودفعه بعيدًا. كما يُظهر أيضًا أن التبخر الضوئي فعال بشكل عام في إزالة قرص من حول نجم صغير حتى لو كانت هناك عمليات أخرى موجودة أيضًا (مثل تراكم المواد في كتل تسمى تراكم اللزوجة).
هذه الصورة النظرية ليست جديدة ، لكن الملاحظة الحالية هي الأولى التي تقدم أي دليل واضح لدعم هذه النظرية. في هذه الصورة ، لا تتبخر الأقراص النجمية ببطء من المناطق المجاورة مباشرة للنجم المركزي. بدلاً من ذلك ، تظهر فجوة كبيرة مثل نصف قطر الجاذبية النجمية فجأة ، ثم تنمو أكبر حتى يختفي القرص ، وإمكانية تكوين الكواكب.
دور القرص النجمي
يولد النجم عندما يتجمع الغاز داخل سحابة جزيئية. الغاز بشكل رئيسي على شكل هيدروجين جزيئي. لأن الغاز له زخم زاوي ، لا يمكنه الهبوط مباشرة على سطح النجم. بدلاً من ذلك ، تشكل بنية رفيعة تشبه القرص حول نجم ، وتفقد الزخم ببطء لأنها تدور حول النجم وبالتالي يمكن للنجم أن يسحبه في النهاية. بدون مثل هذا "القرص المحيطي" ، لن يتمكن النجم من جمع الكتلة من سحابة ولادتها.
بالإضافة إلى وظيفته كمصدر للغاز لتكوين النجوم ، يوفر القرص المحيطي أيضًا المواد الخام للكواكب. المواد المتبقية من تكوين النجوم تلتصق ببعضها البعض تدريجياً ، تصنع الحصى والصخور. تتراكم هذه العناصر معًا لتكوين أجسام أكبر ، مثل الكواكب التي يبلغ عرضها 100 متر. تستمر كل هذه المواد في الدوران حول النجم بينما تنمو إلى أجسام أكبر من أي وقت مضى. في النهاية ، إذا كانت الظروف مناسبة ، فإن عملية التراكم هذه تنتج كوكبًا صخريًا يشبه الأرض.
استفادت الدراسات القائمة على الملاحظة الحديثة للأقراص المحيطية من الانبعاث الحراري والضوء المتناثر من المادة الصلبة في الأقراص. ومع ذلك ، في العصور المبكرة لوجود القرص ، تشكل هذه المواد الصلبة حوالي واحد بالمائة فقط من إجمالي كتلة القرص. الباقي لا يزال في مرحلة الغاز ، وبشكل رئيسي في شكل جزيئي (مثل أول أكسيد الكربون). إن النظر إلى القرص ودراسة مكون أول أكسيد الكربون بدلاً من حبيبات الغبار ، يعني أننا ننظر إلى قرص الغاز ، وهو المكون الرئيسي للقرص.
القرص النجمي موجود فقط لفترة قصيرة بينما نجمه المركزي يجمع الغاز منه. لفهم كيفية تطور القرص ، تخيل أن عمر النجم بأكمله كان مائة عام فقط. سيوجد القرص المحيطي فقط من ثلاثة أيام إلى شهر قبل أن يتبدد تمامًا. النجم لديه فرصة واحدة فقط لتشكيل نظام كوكبي خلال الحياة القصيرة نسبيًا لقرصه النجمي. إذا كان الإشعاع المؤين من النجم يمنع تراكم قرص الغبار في الكواكب قبل أن يتبدد ، فإن فرصة النجم ليصبح مركز النظام الشمسي تضيع إلى الأبد. لذلك ، متى وكيف يتبدد القرص ، له عواقب مباشرة على إمكانية تكوين الكواكب.
وستنشر هذه النتائج في مجلة Astrophysical Journal في أواخر عام 2006 أو أوائل عام 2007.
عنوان ورقة البحث: الحافة الداخلية للقرص الجزيئي الذي تم حله مكانيًا في خطوط انبعاث CO بالأشعة تحت الحمراء ، M.Goto ، T. Usuda ، C. P. Dullemond ، Th. Henning و H.Lenz و B. Stecklum و H. Suto
مجموعة البحث: Miwa Goto (معهد ماكس بلانك لعلم الفلك ، هايدلبرغ ، ألمانيا) Tomonori Usuda (Subaru Telescope، NAOJ) C. P Dullemong (MPIA) Th. هينينج (MPIA) H. Linz (MPIA) B. Stecklum (MPIA) هيروشي سوتو (NAOJ)
المصدر الأصلي: بيان صحفي سوبارو
