رمزگشایی از آدم‌برفی کیهانی: دانشمندان چگونگی شکل‌گیری عجیب آروکات را کشف کردند

ایران - خبرگزاری اخباری

رمزگشایی از آدم‌برفی کیهانی: دانشمندان چگونگی شکل‌گیری عجیب آروکات را کشف کردند

در اول ژانویه ۲۰۱۹، مأموریت افق‌های نو (New Horizons) ناسا با تبدیل شدن به اولین فضاپیمایی که از نزدیک از کنار آروکات (Arrokoth) عبور کرد، تاریخ‌ساز شد. آروکات یک جرم کمربند کویپر (KBO) است که فراتر از مدار پلوتون قرار دارد. اما دستاورد بزرگتر صرفاً عبور نبود، بلکه تصاویری بود که ثبت شد و یک جرم با مشخصات متمایز به شکل آدم‌برفی را آشکار کرد، که ستاره‌شناسان سراسر جهان را شگفت‌زده و سردرگم کرد. از آن زمان، دانشمندان درگیر بحث‌های شدیدی درباره چگونگی شکل‌گیری چنین اجرام عجیبی در مناطق سرد و دوردست منظومه شمسی ما بوده‌اند. اکنون، محققان دانشگاه ایالتی میشیگان (MSU) معتقدند که پاسخ را یافته‌اند، و این پاسخ به طرز شگفت‌انگیزی ساده است: فروپاشی گرانشی.

آروکات در کمربند کویپر قرار دارد، منطقه‌ای وسیع و یخی فراتر از مدار نپتون، که مملو از میلیون‌ها جرم یخی است که اغلب به آن‌ها «یخ‌سیاره‌وارها» می‌گویند. این اجرام بقایای دست‌نخورده از روزهای اولیه منظومه شمسی هستند و شرایط و ترکیبات مربوط به تقریباً ۴.۵ میلیارد سال پیش را حفظ کرده‌اند. سیاره‌نماها، بلوک‌های سازنده سیارات، نیز به طور مشابه از دیسک چرخان گاز و غباری که خورشید جوان ما را پس از فروپاشی گرانشی خود احاطه کرده بود، شکل گرفتند. آنچه آروکات را بسیار گیج‌کننده می‌کرد این بود که تقریباً از هر ۱۰ جرم کمربند کویپر، یکی در واقع «دوتایی تماسی» است – دو جرم مجزا که به روشی قابل توجه و ملایم با هم ادغام شده‌اند، که منجر به شکل‌های منحصر به فردی مانند آدم‌برفی شده است.

مدل‌های محاسباتی قبلی برای مدت طولانی در توضیح این شکل‌گیری با مشکل مواجه بودند. این مدل‌ها، که اغلب بر اساس دینامیک سیالات بودند، امکان شکل‌گیری اجرام با چنین اشکال منحصر به فرد و پایداری را عملاً رد کرده بودند. علاوه بر این، نظریه‌های دیگری که رویدادهای منحصر به فرد یا پدیده‌های نادر را مطرح می‌کردند، نمی‌توانستند شیوع مشاهده‌شده این دوتایی‌های تماسی را توضیح دهند. چالش این بود که مکانیزمی پیدا شود که نه تنها شکل خاص آروکات را توضیح دهد، بلکه این واقعیت را نیز تبیین کند که این جرم بخشی از یک طبقه گسترده‌تر از اجرام کیهانی است.

اینجاست که تیم دانشگاه ایالتی میشیگان، به رهبری دانشجوی تحصیلات تکمیلی جکسون بارنز و با راهنمایی پروفسور ست جیکوبسون، یکی از نویسندگان ارشد مقاله، وارد عمل می‌شود. این تیم شبیه‌سازی‌های پیشگامانه‌ای را با استفاده از خوشه محاسباتی با عملکرد بالا دانشگاه ایالتی میشیگان در مؤسسه تحقیقات توانمند سایبری (ICER) توسعه داد. برخلاف مدل‌های قبلی، این شبیه‌سازی‌ها اولین مواردی بودند که بر اساس اصول فروپاشی گرانشی بنا شده بودند. نتایج شگفت‌انگیز بود: شبیه‌سازی‌ها نه تنها با موفقیت پروفایل متمایز آدم‌برفی آروکات را بازتولید کردند، بلکه یک سناریوی واقع‌بینانه‌تر را نیز ایجاد کردند که در آن این اجرام به طور منظم شکل می‌گیرند. همانطور که پروفسور جیکوبسون در بیانیه مطبوعاتی دانشگاه ایالتی میشیگان توضیح داد: «اگر فکر می‌کنیم ۱۰ درصد اجرام سیاره‌نما دوتایی تماسی هستند، فرآیندی که آن‌ها را تشکیل می‌دهد نمی‌تواند نادر باشد. فروپاشی گرانشی به خوبی با آنچه مشاهده کرده‌ایم مطابقت دارد.»

شبیه‌سازی‌ها یک فرآیند جذاب را نشان می‌دهند: در منظومه شمسی اولیه، هنگامی که سیاره‌نماها از دیسک چرخان ماده شکل می‌گرفتند، این اجرام گاهی اوقات توسط نیروی چرخش دیسک از هم پاشیده می‌شدند و دو جرم جداگانه را تشکیل می‌دادند که سپس به دور یکدیگر می‌چرخیدند. با گذشت زمان، مدارهای این اجرام به تدریج به سمت داخل مارپیچ می‌شوند تا زمانی که با یکدیگر تماس پیدا کرده و ادغام شوند، و مهم‌تر از همه، اشکال گرد اولیه خود را حفظ می‌کنند. این فرآیند ادغام ملایم کلید حفظ ظاهر متمایز آدم‌برفی‌شکل است، زیرا شامل برخوردهای خشونت‌آمیزی نمی‌شود که ساختار را تغییر شکل دهد.

علاوه بر این، نتایج آن‌ها نشان داد که این دوتایی‌های تماسی با اجتناب مؤثر از برخوردهای با اجرام دیگر دست‌نخورده باقی می‌مانند، مشاهده‌ای که کاملاً با داده‌های واقعی مطابقت دارد؛ بیشتر دوتایی‌ها هیچ نشانی از دهانه ندارند. این کشف چیزی را تأیید می‌کند که دانشمندان برای مدتی به آن مشکوک بودند اما نتوانستند به طور تجربی آزمایش کنند. مدل ایجاد شده توسط بارنز و همکارانش اولین مدلی است که با در نظر گرفتن دقیق فیزیک لازم، دوتایی‌های تماسی را با موفقیت بازتولید می‌کند. این تیم در اینجا متوقف نمی‌شود؛ آن‌ها در حال حاضر بر روی یک شبیه‌سازی جدید کار می‌کنند تا فرآیند فروپاشی گرانشی را بهتر مدل‌سازی کنند، که امیدوارند بتواند اجرام عجیب و غریب دیگری را که در منظومه شمسی بیرونی کشف شده‌اند، پیش‌بینی کند. این تحقیق پیشگامانه، با عنوان «شکل‌گیری مستقیم سیاره‌نماهای دوتایی تماسی از فروپاشی گرانشی»، در *اعلامیه‌های ماهانه انجمن سلطنتی نجوم* (MNRAS) منتشر شد و فصل جدیدی را در درک ما از منشأ منظومه شمسی ما می‌گشاید.

خبرگزاری اخباری