وقتی صحبت از چگونگی شکل‌گیری سیاره‌ها می‌شود، ستاره‌شناسان اغلب به نظریه «پایین به بالا» که توسط کسندرا هال، ستاره‌شناس مرکز فیزیک شبیه‌سازی دانشگاه جورجیا، مطرح شده است، اشاره می‌کنند. بر اساس این نظریه، گاز و غبار اطراف یک ستاره جوان به تدریج و طی میلیون‌ها سال جمع می‌شود و در نهایت گرانش این مواد را به سیاره‌ای کروی تبدیل می‌کند.
اما اخیراً دکتر هال و همکارانش در مقاله‌ای که در ماه جاری در مجله نیچر منتشر شد، نشان داده‌اند که شکل‌گیری سیاره‌ها می‌تواند پیچیده‌تر از این باشد. آنها در یک منظومه ستاره‌ای که حدود ۵۰۸ سال نوری از زمین فاصله دارد، شواهدی یافتند که از یک نظریه جایگزین به نام «بالا به پایین» پشتیبانی می‌کند. در این مدل، مواد موجود در اطراف ستاره‌ای جوان به سرعت فرو می‌پاشند و به سیاره تبدیل می‌شوند. این فرآیند که به عنوان «ناپایداری گرانشی» شناخته می‌شود، می‌تواند به توضیح پیدایش سیاره‌های عظیم و عجیب در مدار ستارگان نسبتاً جوان کمک کند.
قرص پیش‌سیاره‌ای که از مواد اطراف یک ستاره تازه شکل گرفته تشکیل شده، نقشی کلیدی در این فرآیند ایفا می‌کند. چرخش این قرص تحت تأثیر گرانش ستاره مرکزی است، اما اگر به اندازه کافی بزرگ شود، ممکن است تحت تأثیر گرانش خودش قرار بگیرد و باعث ناپایداری و تشکیل بازوهای مارپیچی درون قرص شود، شبیه به ابرهایی که در گردبادها می‌چرخند. به گفته جسی اسپیدی، دانشجوی دانشگاه ویکتوریای کانادا، این ستاره‌ها مانند مرکز یک طوفان عمل می‌کنند.
در ویدیوی شبیه‌سازی زیر، مشاهده می‌شود که چگونه اجرامی با جرمی بین پنج تا ۱۵ برابر سیاره مشتری، از طریق ناپایداری گرانشی در یک قرص بسیار جوان شکل می‌گیرند.
به گفته جسی اسپیدی، اگر بازوهای مارپیچی در یک قرص پیش‌سیاره‌ای بتوانند مواد کافی از محیط اطراف خود جذب کنند، می‌توانند توده‌هایی ایجاد کنند که به سرعت فرو می‌پاشند و به سیاره‌های غول‌پیکر گازی تبدیل می‌شوند. برخلاف فرآیند «پایین به بالا» که طی آن شکل‌گیری سیاره‌ها به وسیله برافزایش هسته میلیون‌ها سال طول می‌کشد، این پدیده تنها در چندصد سال به وقوع می‌پیوندد. اسپیدی توضیح می‌دهد:
«این دو نظریه برای مدتی طولانی در علم نجوم در رقابت بودند؛ اما اکنون برای اولین بار شواهد محکمی داریم که نشان می‌دهند شکل‌گیری سیاره از طریق ناپایداری گرانشی، یک مسیر محتمل است.»
قرص‌های پیش‌سیاره‌ای ناپایدار که تحت تأثیر ناپایداری گرانشی قرار دارند، می‌توانند مکانی ایده‌آل برای شکل‌گیری سیاره‌های عظیم در فاصله‌های دور از ستاره میزبان باشند. این موضوع به این معنی است که روش برافزایش هسته برای چنین سیاره‌هایی مناسب نیست. برای مثال، در سال ۲۰۲۲ ستاره‌شناسان کشف یک پیش‌سیاره را در اطراف ستاره جوان ای‌بی ارابه‌ران گزارش دادند. این پیش‌سیاره که جرمی ۹ برابر سیاره مشتری داشت، در فاصله‌ای ۱۳.۸ میلیارد کیلومتری از ستاره خود قرار گرفته بود. این فاصله، دو برابر فاصله میان خورشید و پلوتو است و ستاره مورد نظر نیز تنها حدود چهار میلیون سال عمر دارد.
تحقیقات جدید، حتی اگر به نتایج دقیقی دست یابد، تنها تأیید می‌کند که ناپایداری گرانشی رخ می‌دهد، اما هنوز نمی‌تواند به‌طور قطعی اثبات کند که این پدیده به‌تنهایی مسئول شکل‌گیری سیارات است. احتمال دارد که این فرآیند در کنار سازوکار برافزایش هسته، نقش مهمی در شکل‌گیری سیارات ایفا کند. در واقع، انتظار داریم که همه محیط‌های شکل‌گیری سیاره‌ای، مرحله ناپایداری گرانشی را تجربه کنند؛ مرحله‌ای که طی آن سیارات ممکن است از طریق فروپاشی گرانشی و برافزایش هسته به وجود آیند.
ستاره‌شناسان این پژوهش قصد دارند در آینده نشانه‌های ناپایداری گرانشی را در منظومه‌های ستاره‌ای جوان‌تر جستجو کنند. آنها امیدوارند که سرانجام بتوانند علائمی از این مکانیزم را در سیارات کاملاً شکل‌گرفته کشف کنند.
به گفته‌ی اسپیدی، این تحقیقات به دنبال جمع‌آوری اطلاعات بیشتر در مورد تنوع سیارات و روش‌های مختلف شکل‌گیری آنها است، و می‌تواند رازهایی جدید از منظومه شمسی برملا کند. او معتقد است: «جهان بسیار پیچیده‌تر و خلاقانه‌تر از آن چیزی است که تصور می‌کنیم و به همین دلیل بررسی تمامی احتمالات برای ما بسیار جذاب است.»
نظرات کاربران