هابل و جیمز وب به رمزگشایی رازهای جهان‌های باستانی منظومه شمسی پرداختند

ناسا با بهره‌گیری از داده‌های ترکیبی حاصل از تلسکوپ‌های فضایی هابل و جیمز وب، نکات شگفت‌انگیزی را در مورد مراحل اولیه شکل‌گیری منظومه شمسی به دست آورده است. این تلسکوپ‌ها با تمرکز بر ۲۷ جرم کوچک و کم‌نور در فراتر از نپتون، به این نتیجه دست یافته‌اند که این اجرام یخی باستانی برای میلیاردها سال به طرز چشم‌گیری بدون تغییر باقی مانده‌اند. اندازه‌ی غیرمنتظره و تعداد محدود این اجرام، به نظریه‌های موجود درباره‌ی فرایند تشکیل سیارات چالش جدی وارد می‌آورد.

کشف اسرارآمیز اجرام فرانپتونی

برای نخستین بار، اخترشناسان توانستند داده‌های مربوط به تلسکوپ‌های فضایی هابل و جیمز وب را به‌صورت هم‌زمان مورد تحلیل قرار دهند تا به مطالعه اجرام فرانپتونی (TNOs) بپردازند، اجرام کوچک یخی که در فواصل دور از خورشید، در بالای مدار نپتون می‌چرخند. این پژوهشگران موفق به شناسایی ۲۷ جرم ناشناخته شدند که ابعاد آن‌ها به‌طرز شگفت‌انگیزی از آن چه پیش‌بینی می‌شد، کوچکتر بود و رنگ‌های آن‌ها نیز شباهت زیادی به اجرام بزرگ‌تر در همان نواحی داشت. این کشفیات، معادلات رایج درباره‌ی فرایند شکل‌گیری سیارات را به چالش می‌کشد. به علاوه، این اجرام یخی تا بیش از ۱۰۰ میلیون بار کم‌نورتر از اجرام قابل مشاهده با چشم غیرمسلح هستند و شناسایی آن‌ها به شدت دشوار می‌باشد.

جهان‌های باستانی: شواهدی از دوره اولیه منظومه شمسی

محققان بر این باورند که سیارات از تجمع تدریجی ذرات گرد و غبار و سنگریزه‌ها به اجرام بزرگ‌تر آغاز می‌شوند و این فرایند به مرور زمان، اجرام به اندازه‌ی شهرها را به وجود می‌آورد که آن‌ها را سیارک‌ها نامیده‌اند. اما در نواحی فراتر از نپتون، بسیاری از این جهان‌های باستانی به مرحله‌ی نهایی رشد نرسیدند و به شکل اجرام کوچک باقی ماندند، به‌طوری‌که شواهدی از مراحل ابتدایی شکل‌گیری منظومه شمسی را حفظ کردند. محققان با ترکیب مشاهدات هابل (نور مرئی) و جیمز وب (نور فروسرخ)، به بررسی رنگ، اندازه تقریبی و مدار این اجرام پرداختند. رنگ‌ها به ویژه اطلاعات عمیقی درباره‌ی ترکیب شیمیایی سطح اجرام را ارائه می‌دهند.

اجرام یخی «گرم» و «سرد» و حفظ ویژگی‌های سطحی

محققان بر روی دو دسته‌ی متمایز از اجرام فرانپتونی متمرکز شده‌اند: اجرام «سرد» و اجرام «گرم» که به رفتار مداری آن‌ها اشاره دارد. اجرام سرد در نواحی که به وجود آمده‌اند باقی مانده و مسیرهای نسبتا دایره‌ای را در اطراف خورشید دنبال می‌کنند. در مقابل، اجرام گرم تاریخچه‌ای پر فراز و نشیب داشته و در اوایل شکل‌گیری منظومه شمسی، به دلیل تحولات موقعیتی سیارات غول‌پیکر، از مدار اورانوس و نپتون به سمت بیرون رانده شده‌اند. علیرغم این تفاوت‌های قابل توجه، هر دو دسته شباهت‌های غیرمنتظره‌ای را از خود نشان دادند. حتی کوچک‌ترین اجرام نیز ویژگی‌های سطحی مشابه با همتایان بزرگ‌تر خود را حفظ کرده‌اند.

پیش‌تر تصور می‌شد که اجرام فرانپتونی کوچک‌تر به واسطه برخوردهای مکرر در طول میلیاردها سال، تغییرات قابل توجهی روی سطح خود به وجود آورده‌اند. با این حال، اجرام تازه کشف‌شده همان روابط رنگی مشاهده‌شده در اجرام بزرگ‌تر را نشان دادند. این مساله تایید می‌کند که برخوردها به اندازه‌ای که فرض شده، سطوح آن‌ها را دستخوش تغییرات نکرده‌اند یا اینکه سطوح آن‌ها حتی در پی برخوردها، ترکیب اصلی خود را حفظ کرده‌اند. آناستازیا مورگان، دانشجوی دکترا در دانشگاه آریزونای شمالی، بیان کرد: شما فکر می‌کنید که با ضربه و شکستگی، ترکیب سطح تغییر می‌کند و رنگ متفاوتی برای اجرام فرانپتونی کوچک نسبت به اجرام بزرگ‌تر مشاهده خواهید کرد. بنابراین، بسیار هیجان‌انگیز است که چگونه کوچک‌ترین اجرام تاریخچه‌ی شکل‌گیری خود را «به یاد می‌آورند» و حفظ می‌کنند.

جیمز وب و راز کمبود سیارک‌های بسیار کوچک

تلسکوپ فضایی جیمز وب بخش دیگری از این پازل را تکمیل کرد. مشاهدات آن به دانشمندان این امکان را داد تا توزیع اندازه‌ی اجرام را مورد تحلیل قرار دهند و شباهت غیرمنتظره‌ای بین دو مجموعه اجرام فرانپتونی سرد و گرم کشف کنند. این نشان‌دهنده‌ی این است که فرآیندهای مسئول فرایند ایجاد سیارک‌ها ممکن است در محیط‌های مختلف به طریقی مشابه عمل کرده باشند. ماریل ادواردو، دانشجوی دکترا از دانشگاه ویکتوریا، بیان داشت که شگفت‌انگیز است که فرآیند تشکیل سیارک‌ها، توزیع اندازه‌ی یکنواختی را برای هر دو دسته سرد و گرم به ارمغان می‌آورد، با اینکه این اجرام در نواحی متفاوتی از منظومه شمسی اولیه شکل گرفته‌اند.

علاوه بر این، محققان کمبود غیرمنتظره‌ای از اجرام فرانپتونی بسیار کوچک را در مقایسه با پیش‌بینی‌های برخی مدل‌های موجود در مورد شکل‌گیری سیارات شناسایی کردند. این تلسکوپ قدرتمند ناسا توانسته است ۲۷ جرم فوق‌العاده کم‌نور را شناسایی کند؛ یکی از آن‌ها به حدی کم‌نور بود که شناسایی‌اش به‌مانند مشاهده‌ای از یک گروه کوچک از کرم‌های شب‌تاب بر روی ماه از زمین بود. کوچک‌ترین جرم اندازه‌اش تنها ۵ کیلومتر بود که تقریباً پنج برابر کوچکتر از اجرام قابل تشخیص با حساس‌ترین تلسکوپ‌های زمینی است. این کشفیات پنجره‌ای جدید به سوی جمعیت کمتر شناخته شده‌ای از بقایای باستانی منظومه شمسی باز کرده‌اند.