نموذج دقيق علميا لـ Beta Pictoris وقرصه. رصيد الصورة: NAOJ. اضغط للتكبير
تُعرف أقراص الغاز والغبار التي تحيط بالنجوم الوليدة باسم أقراص الكواكب الأولية. التي يعتقد أنها مناطق ستتشكل فيها الكواكب في النهاية. تختفي هذه الأقراص عندما تنضج النجوم ، ولكن لا يزال من الممكن رؤية بعض النجوم مع وجود سحابة من المواد حولها تسمى أقراص الحطام. ومن أشهرها القرص المحيط ببيتا بيكتوريس ، والذي يقع على بعد 60 سنة ضوئية فقط.
تتكون الكواكب في أقراص من الغاز والغبار تحيط بالنجوم المولودة حديثًا. تسمى هذه الأقراص أقراص الكواكب الأولية. يتحول الغبار الموجود في هذه الأقراص إلى كواكب صخرية مثل الأرض والنوى الداخلية للكواكب الغازية العملاقة مثل زحل. هذا الغبار هو أيضًا مستودع للعناصر التي تشكل أساس الحياة.
تختفي أقراص الكواكب الأولية عندما تنضج النجوم ، لكن العديد من النجوم لديها ما يسمى بأقراص الحطام. يفترض علماء الفلك أنه بمجرد ولادة أجسام مثل الكويكبات والمذنبات من قرص كوكبي أولي ، يمكن أن ينتج عن الاصطدامات فيما بينها قرص غبار ثانوي.
المثال الأكثر شهرة لأقراص الغبار هذه هو المثال المحيط بالثاني ألمع نجم في كوكبة Pictor ، مما يعني 'حامل الرسام'. هذا النجم ، المعروف باسم Beta Pictoris أو Beta Pic ، قريب جدًا من الشمس ، على بعد ستين سنة ضوئية فقط ، وبالتالي يسهل دراسته بتفصيل كبير.
تبلغ سطوع Beta Pic ضعف سطوع الشمس ، لكن الضوء المنبعث من القرص أضعف بكثير. كان الفلكيان سميث وتريل أول من اكتشف هذا الضوء الخافت في عام 1984 ، عن طريق حجب الضوء من النجم نفسه باستخدام تقنية تسمى كوروناجرافي. منذ ذلك الحين ، لاحظ العديد من علماء الفلك قرص Beta Pic باستخدام أدوات أفضل من أي وقت مضى وتلسكوبات أرضية وفضائية لفهم مكان ولادة الكواكب بالتفصيل ، ومن ثم الحياة.
قام فريق من علماء الفلك من المرصد الفلكي الوطني في اليابان وجامعة ناغويا وجامعة هوكايدو بدمج العديد من التقنيات لأول مرة للحصول على صورة استقطاب الأشعة تحت الحمراء لقرص بيتا بيك بدقة أفضل وتباين أعلى من أي وقت مضى: تلسكوب ذو فتحة كبيرة ( تلسكوب سوبارو ، بمرآته الأساسية الكبيرة التي يبلغ طولها ٨ ٫ ٢ مترًا) ، وتقنية البصريات التكيفية ، ومصور فوتوغرافي قادر على التقاط صور للضوء مع استقطابات مختلفة (مصور سوبارو Coronagraphic مع البصريات التكيفية ، CIAO).
يسمح التلسكوب ذو الفتحة الكبيرة ، خاصة مع جودة التصوير الرائعة من سوبارو ، برؤية الضوء الخافت بدقة عالية. تقلل تقنية البصريات التكيفية من تأثيرات تشويه الغلاف الجوي للأرض على الضوء ، مما يسمح بملاحظات ذات دقة أعلى. Coronagraphy هي تقنية لحجب الضوء من جسم ساطع مثل النجم ، لرؤية الأشياء الخافتة بالقرب منه ، مثل الكواكب والغبار المحيط بالنجم. من خلال مراقبة الضوء المستقطب ، يمكن تمييز الضوء المنعكس عن الضوء القادم مباشرة من مصدره الأصلي. يحتوي الاستقطاب أيضًا على معلومات حول حجم وشكل ومحاذاة الغبار الذي يعكس الضوء.
مع هذا المزيج من التقنيات ، نجح الفريق في مراقبة Beta Pic في ضوء الأشعة تحت الحمراء بطول 2 ميكرومتر في الطول الموجي بدقة خمس ثانية قوسية. يتوافق هذا القرار مع القدرة على رؤية حبة أرز فردية من على بعد ميل واحد أو حبة خردل من على بعد كيلومتر واحد. يمثل تحقيق هذا القرار تحسنًا كبيرًا مقارنةً بملاحظات قياس الاستقطاب السابقة المماثلة من تسعينيات القرن العشرين والتي لم يكن بها سوى حوالي واحد ونصف ثانية قوسية.
تشير النتائج الجديدة بقوة إلى أن قرص Beta Pic يحتوي على كواكب صغيرة أو كويكب أو كائنات تشبه المذنب ، والتي تصطدم لتولد غبارًا يعكس ضوء النجوم.
يمكن أن يكشف استقطاب الضوء المنعكس من القرص عن الخصائص الفيزيائية للقرص مثل التركيب والحجم والتوزيع. تُظهر صورة كل الضوء ذي الطول الموجي الميكرومترين البنية الرفيعة الطويلة للقرص المرئي تقريبًا من الحافة. يظهر استقطاب الضوء أن عشرة بالمائة من ضوء الميكرومتر مستقطب. يشير نمط الاستقطاب إلى أن الضوء هو انعكاس للضوء الذي نشأ من النجم المركزي.
يُظهر تحليل كيفية تغير سطوع القرص مع المسافة من المركز انخفاضًا تدريجيًا في السطوع مع تذبذب صغير. يتوافق التذبذب الطفيف في السطوع مع الاختلافات في كثافة القرص. التفسير الأكثر ترجيحًا هو أن المناطق الأكثر كثافة تتوافق مع مكان تصادم الكواكب الصغيرة. شوهدت هياكل مماثلة أقرب إلى النجم في عمليات الرصد السابقة بأطوال موجية أطول باستخدام كاميرا سوبارو COoled Mid-Infrared Camera and Spectrograph (COMICS) وغيرها من الأدوات.
يُظهر تحليل مشابه لكيفية تغير مقدار الاستقطاب مع المسافة من النجم انخفاضًا في الاستقطاب على مسافة مائة وحدة فلكية (الوحدة الفلكية هي المسافة بين الأرض والشمس). يتوافق هذا مع موقع ينخفض فيه السطوع أيضًا ، مما يشير إلى أنه على هذه المسافة من النجم يوجد عدد أقل من الكواكب الصغيرة.
أثناء فحص الفريق لنماذج قرص Beta Pic التي يمكن أن تشرح الملاحظات الجديدة والقديمة ، وجدوا أن الغبار في قرص Beta Pic أكبر بعشر مرات من حبيبات الغبار بين النجوم. من المحتمل أن يكون قرص الغبار Beta Pics مصنوعًا من كتل فضفاضة من الغبار والجليد بحجم ميكرومتر مثل أرانب الغبار الصغيرة بحجم البكتيريا.
توفر هذه النتائج معًا دليلًا قويًا جدًا على أن القرص المحيط بـ Beta Pic يتم إنشاؤه عن طريق تكوين وتصادم الكواكب الصغيرة. يعزز مستوى تفاصيل هذه المعلومات الجديدة فهمنا للبيئة التي تتشكل فيها الكواكب وتتطور.
يقول موتوهيدي تامورا الذي يقود الفريق: 'قلة من الناس تمكنوا من دراسة مكان ولادة الكواكب من خلال مراقبة الضوء المستقطب باستخدام تلسكوب كبير. تظهر نتائجنا أن هذا نهج مجزي للغاية. نخطط لتوسيع نطاق بحثنا ليشمل أقراصًا أخرى ، للحصول على صورة شاملة لكيفية تحول الغبار إلى كواكب '.
تم نشر هذه النتائج في إصدار 20 أبريل 2006 من مجلة الفيزياء الفلكية.
أعضاء الفريق: موتوهيدي تامورا ، هيروشي سوتو ، ليو آبي (ناوج) ، ميساتو فوكاجاوا (جامعة ناغويا ، معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا) ، هيروشي كيمورا ، تيتسو ياماموتو (جامعة هوكايدو)
تم دعم هذا البحث من قبل وزارة التعليم والثقافة والرياضة والعلوم والتكنولوجيا في اليابان من خلال منحة مساعدة للبحث العلمي حول المجالات ذات الأولوية من أجل 'تطوير علوم الكواكب خارج الطاقة الشمسية'.
المصدر الأصلي: بيان صحفي NAOJ