یک پژوهش جدید، نظریه‌ی قدیمی مبنی بر این‌که هسته‌ی غیرمعمول مشتری بر اثر یک برخورد سیاره‌ای عظیم شکل گرفته را به چالش می‌کشد. در عوض، دانشمندان اکنون بر این باورند که “هسته‌ی رقیق” آن، که ترکیبی مبهم از سنگ، یخ، هیدروژن و هلیوم است، به‌تدریج و هم‌زمان با رشد سیاره شکل گرفته است!
رمز و راز مربوط به درون سیاره‌ی مشتری یک چرخش غیرمنتظره داشته و پژوهش جدید نشان می‌دهد که شاید یک برخورد غول‌آسا هسته‌ی غیرمعمول این سیاره را ایجاد نکرده باشد.
سال‌ها دانشمندان بر این باور بودند که درون مشتری را می‌توان با یک برخورد عظیم در اوایل تاریخ این سیاره توضیح داد. در این سناریو، سیاره‌ای با تقریباً نیمی از مواد هسته‌ی مشتری به این غول گازی برخورد کرده و لایه‌های مرکزی آن را به‌اندازه‌ای به هم ریخته که ساختار امروزی آن را شکل دهد.
اما پژوهشی که در نشریه‌ی “اطلاعات ماهانه‌ی انجمن سلطنتی اخترشناسی” (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society) منتشر شده، توضیح متفاوتی ارائه می‌دهد. بر اساس این پژوهش، هسته‌ی مشتری به‌احتمال زیاد از طریق جذب تدریجی عناصر سنگین و سبک در طول رشد و تکاملش شکل گرفته است.
اطلاعات فضاپیمای جونو پرسش‌هایی را ایجاد می‌کند
داده‌های فضاپیمای جونو (Juno) ناسا نشان داد که هسته‌ی مشتری به‌طور ناگهانی پایان نمی‌یابد، همان‌طور که دانشمندان قبلاً تصور می‌کردند. در عوض، این هسته به‌آرامی با لایه‌های اطراف غنی از هیدروژن ترکیب می‌شود و چیزی را تشکیل می‌دهد که “هسته‌ی رقیق” نامیده می‌شود.
از زمانی‌که جونو این ساختار شگفت‌انگیز را کشف کرد، پژوهشگران در تلاش بوده‌اند تا مشخص کنند چگونه چنین هسته‌ی رقیقی می‌تواند شکل گرفته باشد. برای بررسی این ایده، دانشمندان دانشگاه دورهام با همکاران خود در ناسا، SETI و CENSSS دانشگاه اسلو، شبیه‌سازی‌های کامپیوتری پیشرفته‌ای از برخوردهای سیاره‌ای انجام دادند. این مدل‌ها از روش‌های جدیدی برای ردیابی بهتر چگونگی ترکیب مواد مختلف استفاده کردند تا به آزمایش این‌که آیا یک برخورد غول‌آسا می‌توانسته مسئول شکل غیرمعمول هسته باشد یا خیر، کمک کنند.
مواد هسته در شبیه‌سازی‌ها به سرعت دوباره ته‌نشین می‌شوند و هسته‌ای با مرز مشخص تشکیل می‌دهند.
ابرکامپیوترها مشتری را در بوته‌ی آزمایش قرار می‌دهند
این شبیه‌سازی‌ها بر روی ابرکامپیوتر DiRAC COSMA در دانشگاه دورهام و با استفاده از نرم‌افزار پیشرفته و متن‌باز SWIFT اجرا شدند.
این پژوهش نشان داد که در هیچ‌یک از شبیه‌سازی‌های انجام‌شده، حتی در آن‌هایی که برخوردهای تحت شرایط بسیار شدید را شامل می‌شدند، یک ساختار هسته‌ی رقیق و پایدار تولید نشد.
در عوض، شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که مواد متراکم هسته‌ی سنگی و یخی که بر اثر برخورد جابه‌جا شده بودند، به‌سرعت دوباره ته‌نشین می‌شوند و یک مرز مشخص با لایه‌های بیرونی هیدروژن و هلیوم ایجاد می‌کنند، به‌جای این‌که یک منطقه‌ی انتقالی صاف بین دو ناحیه تشکیل دهند.
واکنش دانشمندان به یافته‌ها
دکتر توماس سندنس، نویسنده‌ی اصلی این پژوهش از دانشگاه دورهام، در مورد این یافته‌ها می‌گوید:
کاوش در این‌که یک سیاره‌ی غول‌پیکر مانند مشتری چگونه به یکی از خشونت‌بارترین رویدادهایی که یک سیاره در حال رشد می‌تواند تجربه کند پاسخ می‌دهد، شگفت‌انگیز است.
ما در شبیه‌سازی‌های خود می‌بینیم که این نوع برخورد به‌معنای واقعی کلمه سیاره را تا هسته‌اش می‌لرزاند، اما نه به روشی که بتواند درون مشتری را که امروز می‌بینیم، توضیح دهد.
این تصویر از شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهد که چگونه برخورد جسم برخوردکننده با هسته مشتری، الگوهای قابل توجهی از ناپایداری‌های سیال را با ترکیب مواد ایجاد می‌کند.
زحل نیز به این معما می‌افزاید
مشتری تنها سیاره‌ای نیست که هسته‌ی رقیق دارد، چرا که دانشمندان اخیراً شواهدی یافته‌اند که زحل نیز چنین هسته‌ای دارد.
دکتر لوئیز تئودورو از دانشگاه اسلو می‌گوید:
این واقعیت که زحل نیز هسته‌ی رقیق دارد، این ایده را تقویت می‌کند که این ساختارها نتیجه‌ی برخوردهای نادر و با انرژی بسیار بالا نیستند، بلکه به‌تدریج در طول فرآیند طولانی رشد و تکامل سیاره‌ای شکل می‌گیرند.
یافته‌های این پژوهش همچنین می‌تواند به درک و تفسیر دانشمندان از بسیاری از سیارات فراخورشیدی به اندازه‌ی مشتری و زحل که در اطراف ستارگان دوردست مشاهده شده‌اند، کمک کند. اگر هسته‌های رقیق بر اثر برخوردهای نادر و شدید ایجاد نمی‌شوند، پس شاید اکثر یا همه‌ی این سیارات دارای درون‌مایه‌های پیچیده‌ای مشابه باشند.
ابزارهای جدید برای رازهای کیهانی
دکتر جیکوب کگرریس، یکی از نویسندگان این پژوهش، می‌گوید:
برخوردهای غول‌آسا بخش کلیدی از تاریخ بسیاری از سیارات هستند، اما نمی‌توانند همه‌چیز را توضیح دهند!
این پروژه همچنین گامی دیگر در توسعه‌ی روش‌های جدید ما برای شبیه‌سازی این رویدادهای فاجعه‌بار با جزئیات بیشتر تسریع کرد و به ما کمک می‌کند تا چگونگی شکل‌گیری تنوع شگفت‌انگیز جهان‌هایی را که در منظومه‌ی شمسی و فراتر از آن می‌بینیم، محدودتر کنیم.
