ستاره‌شناسان سامانه‌ای چهار ستاره‌ای یافتند که در آن چهار ستاره یک سیاره را می‌سازند
به HD 98800 خوش آمدید، سامانه‌ای چهار ستاره‌ای نزدیک در صورت‌برج کراتر. این سامانه در فاصله‌ای حدود ۱۵۰ سال نوری قرار دارد و تقریباً ۱۰ میلیون سال سن دارد.
این سن، سامانه را در فاز تشکل قرار می‌دهد؛ دوره‌ای که ستارگان پس از تثبیت نهایی می‌رسند و مواد پیرامونی هنوز می‌توانند در نور مادون‌قرمز درخشند.
این سامانه متعلق به انجمن TW Hydrae است، گروهی شامل حدود بیست ستاره‌ی بسیار جوان که در فاصله‌ای حدود ۱۶۰ سال نوری از زمین قرار دارند. HD 98800 شامل چهار ستاره است که به شکل دو جفت دوستاره‌ی نزدیک، که در مجموع یک جفت وسیع‌تر را می‌سازند، سازمان یافته‌اند.
یکی از این دو جفت نزدیک به نام HD 98800B، دارای یک دیسک گرد و غبار است؛ در حالی که جفت دیگر این دیسک را ندارد. این دو جفت دوستاره به‌صورت گرانشی به‌هم پیوسته‌اند، اما با فاصله‌ای حدود ۵۰ واحد نجومی – تقریباً ۴٫۶۵ میلیارد مایل – از یکدیگر جدا شده‌اند.
دکتر ایلیز فورلان، که رهبری پژوهش را از دانشگاه کالیفرنیا لس‌آنجلس (UCLA) بر عهده داشت، اظهار کرد: «معمولاً وقتی ستاره‌شناسان در یک دیسک بقایای ستاره‌ای چنین خلأهایی می‌بینند، حدس می‌زنند یک سیاره مسیر را پاک‌سازی کرده است.»
دکتر فورلان افزود: «اما با توجه به وجود جفت ستاره‌ای بدون دیسک که در فاصله ۵۰ واحد نجومی قرار دارد، ذرات گرد و غبار که به سمت درون می‌چرخند، احتمالاً تحت نیروهای پیچیده و زمان‌مند قرار می‌گیرند؛ به همین دلیل تا کنون وجود یک سیاره فقط یک فرضیه است.»
مدارهایی که می‌کشند و کشیده می‌شوند
هر دوستارهٔ نزدیک یک مدار را در چند صد روز تکمیل می‌کند. مسیرهایشان دایرهٔ کامل نیستند؛ آن‌ها «بیضوی» هستند، به این معنا که ستارگان در یک زمان به یکدیگر نزدیک‌تر می‌شوند و در زمان دیگر از هم دور می‌شوند.
این جزئیات مهم است؛ زیرا تغییر فاصله می‌تواند دمای گرد و غبار نزدیک را افزایش داده و آن را به‌هم بزند.
این دو جفت دوستاره بر روی مسیری بسیار وسیع‌تر به‌یکدیگر می‌گردند که دورهٔ آن چند صد سال است. ستاره‌شناسان تنها یک لحظهٔ واحد از این چرخه را مشاهده کردند؛ پیکربندی نشان داده شده اینجا به‌تدریج با پیشرفت مدار گسترده تغییر خواهد کرد.
فاصله و روشنایی HD 98800
اندازه‌گیری دقیق فاصله برای HD 98800 با بهره‌گیری از یک ماهواره که جابجایی‌های کوچک موقعیتی را در حالی که زمین به‌دور خورشید می‌چرخید، اندازه‌گیری کرد.
دانستن فاصله امکان محاسبهٔ روشنایی ذاتی را برای ستاره‌شناسان فراهم کرد، نه فقط روشنایی ظاهری که از زمین می‌بینیم.
تصاویر، رنگ‌های آن‌ها را در نور آبی، نوری و نزدیک به مادون‌قرمز اندازه‌گیری کردند. با ترکیب رنگ و روشنایی، ستارگان در نمودار هرتس‌سپونگ‑راسل بالای «دنبالهٔ اصلی» قرار گرفتند؛ جایی که ستارگان بالغی مانند خورشید بیشتر عمر خود را می‌گذرانند.
آن‌ها دیگر در ابتدایی‌ترین فاز «ستارهٔ نوزاد» نیستند، بلکه روی مسیرهای پیش‌دنبالهٔ اصلی که به بلوغ منجر می‌شود، قرار گرفته‌اند. این مرحلهٔ میانی معمولاً «پست‑تی‑تورئی» نامیده می‌شود.
توافق برآوردهای سن و جرم
تیم‌ها دمای و درخشانی هر ستاره را با مدل‌های تکاملی ستارگان جوان مقایسه کردند. آن‌ها چندین فرضیه، از جمله اثرات گرد و غبار که می‌تواند نور ستارگان را سرخ‌رنگ کند، در نظر گرفتند.
نتایج بسیار نزدیک به‌یکدیگر بودند: چهار ستاره با سن‌هایی بین هفت تا دوازده میلیون سال منطبق بودند.
برآوردهای جرم نیز این تصویر را تکمیل می‌کردند. یک ستاره تقریباً برابر جرم خورشید است، دیگری کمی سبک‌تر است و حداقل یک ستاره تقریباً نصف جرم خورشید دارد. این مقادیر برای ستارگانی که هنوز در حال انقباض به سمت دنبالهٔ اصلی هستند اما به‌طور قوی می‌درخشند، منطقی به‌نظر می‌رسند.
دو کمربند در دیسک HD 98800
با استفاده از تلسکوپ فضایی اسپیتزر ناسا، دانشمندان نگاهی دقیق به دیسک احتمالی شکل‌گیری سیاره در اطراف HD 98800B انداختند.
اسپکترومتر مادون‌قرمز اسپیتزر دو کمربند گرد و غبار را آشکار کرد. یک کمربند در فاصله‌ی حدود ۵٫۹ واحد نجومی از جفت دودستهٔ مرکزی (حدود ۵۴۹ میلیون مایل) قرار دارد و احتمالاً شامل شهاب‌سنگ‌ها و دنباله‌دارهاست.
کمربند دیگر در محدوده‌ی ۱٫۵ تا ۲ واحد نجومی (حدود ۱۳۹٫۵ تا ۱۸۶ میلیون مایل) واقع شده و از دانه‌های ریز گرد و غبار تشکیل شده است. این دو با هم محیطی ساختاریافته را نشان می‌دهند که در آن برخوردها مواد جامد را آسیاب می‌کنند و حرارت به‌صورت مؤثر منتشر می‌شود.
HD 98800 در طول‌موج‌های مادون‌قرمز به‌طور شدیدی می‌درخشد، که نشانگر وجود گرد و غبار گرم فراوان است.
تحقیقات اولیه نشان دادند که ذرات نسبتاً بزرگ در یک دیسک فشرده به جای یک ابر گسترده حضور دارند.
تصاویر نوری قادر به تشخیص واضح دیسک نبودند، که نشان می‌دهد ساختار آن در نور مرئی کوچک یا کم‌نور است. افراط مادون‌قرمز بزرگ است و به‌نظر می‌رسد دیسک به‌صورت پایدار با جفت B همراه باشد و احتمالاً تحت تأثیر گرانش جفت دیگر قرار دارد.
گرد و غبار تحت تأثیر
مدار وسیع‌تری که بین دو جفت دوستاره وجود دارد، احتمالاً دیسک دور HD 98800B را تحت تأثیر قرار می‌دهد. کشش‌های گرانشی می‌توانند کمربندهای گرد و غبار را بازشکل دهند، ذرات را به‌سوی حلقه‌ها سوق دهند یا دیسک را خمیده کنند.
زمانی که مدار گسترده جفت‌ها را به‌سوی یکدیگر می‌کشاند، دیسک ممکن است نور ستارگان بیشتری را جذب کرده و در نتیجه در طول‌موج‌های مادون‌قرمز گرم‌تر و روشن‌تر شود.
این تعاملات می‌توانند زنجیره‌های برخوردی را تحریک کنند که اجسام بزرگتر را به دانه‌های ریزتر تبدیل می‌سازند؛ این امر با گرد و غبار ریز دیده‌شده در کمربند داخلی هم‌خوانی دارد.
دکتر فورلان توضیح داد: «سیاره‌ها همانند جاروهای کیهانی عمل می‌کنند؛ آن‌ها تمام کثیفی را که در مسیرشان اطراف ستارگان مرکزی قرار دارد، پاک می‌کنند.»
یک دیسک فشرده با دو کمربند متمایز نشانگر مناطق با ترکیب‌های مختلف جامدات و سرعت‌های متفاوت برخورد است.
کمربند بیرونی، که شامل مواد بزرگتر است، شبیه به مخزنی برای دنباله‌دارها و شهاب‌سنگ‌ها رفتار می‌کند. کمربند داخلی که با دانه‌های ریز حاکم است، به آسیاب فعال و گرمایش سریع‌تر نزدیک به ستارگان اشاره دارد.
منشأ و همسایگی
کینماتیک – یعنی چگونگی حرکت سامانه در فضا – ما را به یک مهد شناخته‌شده هدایت می‌کند.
زمانی که ستاره‌شناسان حرکت را به‌عکس کردند، مسیر احتمالاً از انجمن اسکورپیوس‑سنتوروس عبور کرده است؛ یک مجتمع بزرگ تشکیل ستارگان که دور بخش ما از کهکشان فاصلهٔ زیادی ندارند.
زمان‌بندی این عبور با تخمین‌های سنی سازگار است و ایدهٔ این که HD 98800 در همان ناحیه یا نزدیک به آن شکل گرفته و سپس به موقعیت کنونی‌اش رانده شده است را تأیید می‌کند.
عضویت در انجمن TW Hydrae سرنخ دیگری است. تخمین‌های سنی این انجمن با جوانی مشاهده‌شده در HD 98800 هم‌پوشانی دارد. تجمع هم در فضا و هم در زمان، مورد مبنی بر یک مبدأ مشترک را تقویت می‌کند.
درس‌ها از HD 98800
«خانهٔ کیهانی» کشف‌شده در HD 98800 نمونه‌ای نزدیک و نادر از یک سامانهٔ جوان چندستاره‌ای با یک دیسک ساختاریافته در اطراف یکی از جفت‌ها ارائه می‌دهد.
خصوصیت مشترک و در عین حال بی‌نظیر این سامانه، هم نادر و هم «بیضوی» است که به ستاره‌شناسان یک مورد مطالعهٔ ایده‌آل برای بررسی ستارگان در دوران اولیهٔ خود و چگونگی تأثیر سامانه‌های چندستاره‌ای بر شکل‌گیری سیارات می‌دهد.
حضور دو کمربند گرد و غبار در سامانه‌ای با چهار ستاره، محدودیت‌های مفیدی برای مدل‌های شکل‌گیری سیاره در بسترهای گرانشی پیچیده فراهم می‌کند؛ و همین‌طور نشان می‌دهد که مواد جامد قابل‌توجه می‌توانند در حین تکمیل انقباض ستارگان پابرجا بمانند.
تمام این خصوصیات، HD 98800 را به یک بستر آزمایشی قوی برای بررسی مدت زمان بقای دیسک‌های پروتوپلانتیاری، تحول آن‌ها تحت تأثیر چندین ستاره، و تأثیر این شرایط بر شکل‌گیری سیارات آینده تبدیل می‌کند.
مطالعهٔ کامل در مجله Astronomy and Astrophysics منتشر شد.