کشف راز شکل‌گیری «آدم‌برفی‌های» یخی در منظومه شمسی

اجرام یخی آدم‌برفی‌شکل: راز کمربند کویپر

در دوردست‌های منظومه شمسی، فراتر از سیاره نپتون، منطقه‌ای وسیع به نام کمربند کویپر قرار دارد. این منطقه میزبان اجرام یخی باستانی است که میلیاردها سال پیش، همزمان با تولد منظومه شمسی، شکل گرفته و بدون تغییر باقی مانده‌اند. دانشمندان این اجرام را «سیاره‌های کوچک» می‌نامند.

نکته‌ای که سال‌ها ذهن ستاره‌شناسان را به خود مشغول کرده بود، شکل منحصر به فرد تقریباً ۱۰ درصد از این اجرام است: دو کره به هم پیوسته که ظاهری شبیه به آدم‌برفی دارند. سوال اصلی این بود که چگونه این اجرام بدون هیچ گونه دخالت خارجی به این شکل خاص درآمده‌اند؟

شبیه‌سازی پیشگامانه جکسون بارنز

جکسون بارنز، دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه ایالتی میشیگان، با استفاده از ابررایانه‌ها، یک شبیه‌سازی دقیق از رویدادهایی که میلیاردها سال پیش رخ داده‌اند، ایجاد کرد. مدل‌های پیشین فرض می‌کردند که برخورد اجرام منجر به ذوب شدن و ادغام آنها در یک کره واحد می‌شود که این نظریه قادر به توضیح شکل «آدم‌برفی» نبود.

اما شبیه‌سازی بارنز رویکردی متفاوت داشت؛ این مدل به اجرام اجازه می‌داد تا استحکام خود را حفظ کنند و بدون ادغام کامل، یکدیگر را نگه دارند. این رویکرد جدید، راه را برای درک چگونگی شکل‌گیری طبیعی این اجرام باز کرد.

فروپاشی گرانشی: مکانیزم اصلی شکل‌گیری

در مراحل اولیه شکل‌گیری کهکشان راه شیری، همه چیز به صورت یک ابر عظیم از گرد و غبار و گاز وجود داشت. تحت تاثیر نیروی گرانش، این مواد شروع به جمع شدن کرده و توده‌های بزرگ‌تری را تشکیل دادند. این فرآیند همیشه هموار نبود؛ گاهی اوقات، هنگام چرخش ابر، ناگهان در خود فرو می‌ریخت و توده حاصل را به دو قطعه جداگانه که به دور یکدیگر می‌چرخیدند، پاره می‌کرد.

این دو قطعه در یک مدار مارپیچی تنگ به چرخش خود ادامه داده و به آرامی به یکدیگر نزدیک شدند تا زمانی که به آرامی با هم برخورد کردند. پس از برخورد، آنها در کنار هم باقی ماندند و شکل کروی خود را حفظ کردند. بدین ترتیب، بدون هیچ گونه مداخله خارجی، شکل «آدم‌برفی» متولد شد.

پروفسور ست جاکوبسون، رهبر این مطالعه، اظهار داشت: «اگر ۱۰ درصد از این اجرام به شکل آدم‌برفی باشند، پس فرآیندی که آنها را تشکیل داده است نمی‌تواند استثنایی باشد. فروپاشی گرانشی کاملاً با آنچه در فضا می‌بینیم سازگار است.»

مشاهدات فضاپیمای نیوهورایزنز و تأیید نظریه

در ژانویه ۲۰۱۹، فضاپیمای نیوهورایزنز ناسا اولین تصاویر نزدیک از این اجرام را ثبت کرد. این تصاویر حیاتی، دانشمندان را به بازنگری درک خود از این پدیده واداشت. با بررسی دقیق‌تر کمربند کویپر، آنها کشف کردند که تقریباً ۱۰ درصد از اجرام موجود در آنجا، در واقع دوتایی‌های تماسی به شکل آدم‌برفی هستند.

به لطف شبیه‌سازی‌های کامپیوتری پیشرفته و تصاویر ارسالی از فضاپیما، دانشمندان سرانجام توانستند یک راز چند دهه‌ای را حل کنند. اجرام یخی «آدم‌برفی‌ها» در مناطق بیرونی منظومه شمسی، نه در اثر برخوردهای شدید و پدیده‌های خارق‌العاده، بلکه به روشی ساده و زیبا شکل گرفته‌اند: جاذبه، گرد و غبار را جمع کرد، جرم به دو قسمت تقسیم شد و دو نیمه به آرامی به هم نزدیک شدند تا به آرامی یکدیگر را لمس کرده و بدین ترتیب، «آدم‌برفی‌ها» در فضا متولد شدند.