آیا خورشید میلیاردها سال پیش یک سیاره را بلعیده است؟

یک مطالعه جدید نشان می‌دهد سیاره‌ای سنگی با جرمی حدود ۵.۶ برابر زمین ممکن است در دوران جوانی خورشید به درون آن سقوط کرده باشد؛ رویدادی که به گفته پژوهشگر این مطالعه می‌تواند چند معمای قدیمی درباره ساختار، امواج صوتی و ترکیب شیمیایی خورشید را به‌طور هم‌زمان توضیح دهد.

به گزارش سیناپرس، خورشید یکی از شناخته‌شده‌ترین ستاره‌های جهان است، اما مدل‌های علمی هنوز در توضیح برخی ویژگی‌های درونی آن با داده‌های رصدی اختلاف دارند. اکنون مطالعه‌ای به سرپرستی «Mutlu Yıldız» از دانشگاه اژه در ترکیه، سناریویی متفاوت را مطرح کرده است: خورشید در سال‌های ابتدایی شکل‌گیری خود ممکن است یک سیاره را بلعیده باشد.

این پژوهش که در نشریه Monthly Notices of the Royal Astronomical Society منتشر شده، نشان می‌دهد چنین رویدادی می‌تواند به توضیح چند اختلاف دیرینه میان مدل‌های نظری خورشید و مشاهدات واقعی کمک کند.

ردپای یک سیاره در ترکیب خورشید

دانشمندان با استفاده از داده‌های دقیق مربوط به جرم، اندازه، درخشندگی و سن خورشید و همچنین داده‌های «خورشیدلرزه‌شناسی» یا هلیوسایسمولوژی، ساختار درونی این ستاره را بررسی می‌کنند. امواج صوتی درون خورشید اطلاعاتی شبیه یک سونوگرافی از لایه‌های داخلی آن در اختیار پژوهشگران قرار می‌دهد.

با این حال، مدل‌های فعلی در توضیح هم‌زمان سرعت انتشار صوت در عمق‌های مختلف خورشید، مرز لایه بیرونی متلاطم و ترکیب عناصر موجود در سطح خورشید با چالش مواجه‌اند. به‌روزرسانی هر بخش از مدل گاهی باعث ایجاد اختلاف در بخش دیگری می‌شود.

ییلدیز برای بررسی این مسئله از برنامه شبیه‌سازی ستاره‌ای MESA استفاده کرد و دو مرحله از تغییرات احتمالی در دوران جوانی خورشید را مدل‌سازی کرد. در این مدل، نخست ورود ماده غنی از عناصر سنگین ــ به‌عنوان نماینده یک سیاره بلعیده‌شده ــ و سپس ورود گاز فقیر از عناصر سنگین، که می‌تواند بقایای دیسک اولیه پس از شکل‌گیری سیارات باشد، در نظر گرفته شد.

سیاره‌ای با جرمی ۵.۶ برابر زمین

در میان مدل‌های بررسی‌شده، مدلی که در آن بلعیدن یک سیاره با الگوی مشخصی از اختلاط مواد درون خورشید ترکیب شده بود، بهترین تطابق کلی را با داده‌های واقعی نشان داد. این مدل به وجود یک سیاره فرازمینی از نوع «ابرزمین» با جرمی حدود ۵.۶ برابر جرم زمین اشاره دارد؛ جرمی معادل تقریباً یک‌سوم جرم نپتون. البته مدل‌های نزدیک به بهترین حالت، محدوده‌ای حدود ۵ تا ۱۰ برابر جرم زمین را نیز نشان دادند.

بر اساس این شبیه‌سازی، مواد حاصل از سیاره بلعیده‌شده می‌توانسته در لایه‌ای غنی از عناصر سنگین، درست زیر بخش متلاطم بیرونی خورشید، باقی مانده باشد و ساختار داخلی این ستاره را تغییر دهد.

معمای لیتیوم؛ سرنخ دیگری از گذشته خورشید

یکی دیگر از نکات مهم این مطالعه، مقدار بسیار کم لیتیوم در سطح خورشید است. شواهد به‌دست‌آمده از شهاب‌سنگ‌ها نشان می‌دهد منظومه شمسی اولیه مقدار قابل‌توجهی از این عنصر داشته است، اما میزان لیتیوم موجود در سطح خورشید امروزی بیش از صد برابر کمتر شده است.شبیه‌سازی ییلدیز نشان می‌دهد اگر ماده سیاره بلعیده‌شده خود لیتیوم کمی داشته و جرم آن بین ۴.۶ تا ۵.۸ برابر جرم زمین بوده باشد، مدل می‌تواند مقدار کنونی لیتیوم خورشید را تقریباً به‌طور دقیق بازتولید کند؛ محدوده‌ای که با برآورد جرم سیاره در مدل اصلی نیز همپوشانی دارد.

آیا یک سیاره می‌تواند از سقوط در خورشید جان سالم به در ببرد؟

یکی از پرسش‌های مهم این است که آیا یک سیاره اساساً می‌تواند پیش از رسیدن به سطح خورشید متلاشی نشود. پژوهشگر برای بررسی این موضوع، پایداری سیاره در برابر نیروهای کشندی خورشید را نیز محاسبه کرد. بر اساس نتایج، یک سیاره سنگی و فشرده که پیش‌تر پوشش گازی خود را از دست داده باشد، می‌توانسته در نزدیکی سطح خورشید همچنان پایدار بماند. در مقابل، سیارات پف‌کرده و غنی از گاز احتمالاً پیش از رسیدن به این مرحله بخش قابل‌توجهی از مواد خود را از دست می‌دادند.

شبیه‌سازی‌ها همچنین نشان دادند که یک سیاره سنگی می‌توانسته هنگام عبور از لایه‌های بیرونی و متلاطم خورشید، تنها بخش اندکی از جرم خود را بر اثر فشار، اصطکاک و گرما از دست بدهد و تا عمق موردنظر، عمدتاً دست‌نخورده باقی بماند؛ جایی که در نهایت مواد آن در خورشید حل شده است.

با وجود این نتایج، پژوهش حاضر اثبات نمی‌کند که خورشید قطعاً در حدود ۴.۵ میلیارد سال پیش سیاره‌ای را بلعیده است. آنچه این مطالعه نشان می‌دهد این است که سناریوی بلعیده‌شدن یک سیاره می‌تواند راهی برای توضیح هم‌زمان چند مورد از اختلاف‌های موجود میان مدل‌های خورشیدی و داده‌های رصدی باشد؛ از ناهنجاری‌های سرعت صوت گرفته تا کمبود لیتیوم در سطح خورشید.

به این ترتیب، سیاره فرضی این پژوهش که پژوهشگر آن را «Dev Dilek» نامیده است، فعلاً یک توضیح نظری برای ویژگی‌های اسرارآمیز خورشید است، نه سیاره‌ای که وجود آن به‌طور مستقیم مشاهده شده باشد.

مترجم:نداجوادهراتی