اخترشناسان دگرگونی جسم کوچک یخی که در مدار دورتری نسبت به مشتری به دور خورشید میچرخد و به دنبالهدار تبدیل میشود را مشاهده کردهاند؛ رویدادی که حلقه مفقوده بین دنبالهدارها و اجرام غیرفعال به نام «کنتورها» را فراهم میکند.
شیء مورد بحث 450P/LONEOS نام دارد و پس از نظارت رصدخانه لاول که آن را در سال 2004 کشف کرد، این نام بر آن نهاده شده است. این شیء یک کنتور است که نوعی جرم غیرفعال محسوب میشود و در خورشید میان مشتری و نپتون گردش میکند. تصور میشود که این اشیاء از کمربند کویپر در خارج از مدار پلوتو به داخل آمدهاند و مسیرشان شاید تحت تأثیر برهمکنشهای گرانشی دور با سیارات غولهای گازی یا حتی ضربهای از سوی یک ستاره عبوری تغییر کرده باشد.
از آنجا که مدار هر کنتور حداقل یکی از سیارات مشتری، زحل، اورانوس و نپتون را قطع میکند، مدار آنها در طول میلیونها سال ناپایدار است. در نتیجه، سیارات غولپیکر میتوانند آنها را حتی نزدیکتر به خورشید رانده یا کاملاً از منظومه شمسی بیرون پرتاب کنند.
مدتهاست که حدس زده میشود اشیایی که به سمت خورشید رانده میشوند، به آنچه «دنبالهدارهای خانواده مشتری» نامیده میشوند، تبدیل میگردند؛ دنبالهدارهایی با دوره تناوب مداری کمتر از 20 سال حول خورشید که تحت تأثیر گرانش مشتری قرار دارند.
تا کنون کسی ندیده است که یک کنتور به یک دنبالهدار خانواده مشتری تبدیل شود. دوره تناوب مداری 450P در حال حاضر 22 سال است، بنابراین هنوز یک دنبالهدار خانواده مشتری محسوب نمیشود، اما اخترشناسانی به رهبری چارلز شامبو، دانشمند سیارهشناسی از دانشگاه فلوریدای مرکزی، در حال مشاهده آغاز رفتار شبیه به دنبالهدار در این کنتور هستند. به ویژه، با استفاده از تلسکوپ گِمینی شمال در هاوایی، تشکیل ابری از گاز و گردوغبار به نام «کمه» را در اطراف هسته جامد 450P دیدهاند که در بازه زمانی 2019 تا 2024، زمان رسیدن 450P به حضیض (نزدیکترین نقطه به خورشید در مدارش)، روشنتر شده است.
اگر 450P این رفتار شبیه به دنبالهدار را ادامه دهد و یک ضربه گرانشی دیگر از سوی یکی از سیارات غولپیکر دریافت کند، ممکن است در نهایت به یک دنبالهدار خانواده مشتری تبدیل شود.
«مطالعه اشیایی مانند 450P به ما کمک میکند تا مراحل مختلف تکامل اجرام کوچک را به هم متصل کنیم»، شامبو در یک بیانیه اظهار داشت. «کنتورها احتمالاً با اشیاء فرا-نپتونی مرتبط هستند و برخی از آنها در نهایت به دنبالهدارهای کوتاهمدت تبدیل خواهند شد. با مطالعه فعالیت، ویژگیهای سطحی و ترکیب فرّار [موادی با نقاط جوش یا تصعید پایین مانند آب و دیاکسید کربن] آنها، میتوانیم بفهمیم که هستههای دنبالهدار چگونه هنگام حرکت به سمت داخل منظومه شمسی تغییر میکنند، چه مدت یخهای اولیه را حفظ میکنند و چه فرآیندهای فیزیکی یک جرم یخی ساکت را به یک دنبالهدار فعال تبدیل میکند.»
تیم شامبو با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST)، کمه 450P را تحلیل کرد و گاز دیاکسید کربن و نشانههایی از ذرات یخ بلوری و گردوغبار را یافت.
تبدیل آن از یک کنتور به دنبالهدار ناشی از یک «قرار سرنوشتساز» برای 450P دانسته میشود. با ردیابی مدار آن به قبل از کشف در سال 2004، اخترشناسان دریافتند که 450P در سال 1992 تا فاصله 2.9 میلیون مایل (4.6 میلیون کیلومتر) به زحل نزدیک شده است. این فاصله در مقیاس منظومه شمسی بسیار نزدیک است. برهمکنش گرانشی این شیء با سیاره حلقهدار باعث کوتاه شدن قابل توجه مدار 450P شد، به طوری که حضیض فعلی آن در 5.4 واحد نجومی (506 میلیون مایل یا 813 میلیون کیلومتر) قرار دارد که تنها کمی خارج از مدار مشتری در 5.2 واحد نجومی است.
آخرین حضیض آن در آگوست 2024 رخ داد و با نزدیکتر شدن به خورشید، 450P گرمای بسیار بیشتری نسبت به گذشته دریافت کرد.
«آن افزایش گرمای خورشیدی میتواند سطح و لایههای زیرسطحی هسته را گرم کند»، شامبو گفت. «با گرم شدن آن لایهها، یخهای فرّار یا گازهای گیر افتاده میتوانند آزاد شوند که میتوانند گردوغبار را از سطح بکشند و کمه را تولید کنند.»
اهمیت کشف گاز دیاکسید کربن توسط JWST در کمه در حال رشد 450P، همراه با فقدان کامل بخار آب، نشان میدهد که فعالیت روی 450P توسط دیاکسید کربن هدایت میشود.
«در فاصله 450P از خورشید، هسته برای تصعید معمولی یخ آب بیش از حد سرد است تا منبع اصلی فعالیت باشد، بنابراین تشخیص دیاکسید کربن سرنخ مهمی درباره چیزی که کمه را توانمند میکند به ما میدهد»، شامبو افزود.
در حالی که بخار آبی وجود ندارد، JWST نشانههایی از ذرات جامد یخ آب بلوری را ثبت کرده است.
«یخ آب بلوری احتمالی نیز جالب است زیرا نشان میدهد که برخی از یخهای موجود در کمه تحت تأثیر حرارت یا پردازش فیزیکی قرار گرفتهاند، نه اینکه از زمان شکلگیری کاملاً دستنخورده باقی مانده باشند»، شامبو اظهار داشت.
روی اجرام دنبالهدار بکر و اشیاء کمربند کویپر، یخ معمولاً در حالت آمورف (بیشکل) است، به این معنی که مولکولهای آب یخزده ساختار خاصی ندارند و به گونهای مرتب نشدهاند که به یخ تراکمی متخلخل میدهد که اجازه میدهد کیسههایی از گاز را در خود حبس کند. همانطور که 450P به خورشید نزدیکتر میشود، گرمای اضافی دریافتی باعث میشود یخ آمورف به یخ بلوری با ساختار منظمتر تبدیل شود. در طی این تحول، گازها فرار کرده و ذرات گردوغبار و یخ را همراه خود از سطح میکشند. بنابراین، حضور یخ بلوری به ما میگوید که 450P در حال دگرگونی حرارتی از حالت بکر خود است که احتمالاً به زمان تولد منظومه شمسی 4.5 میلیارد سال پیش بازمیگردد.
تنها بخش بسیار کوچکی از کنتورها تاکنون علائم فعالیت را نشان دادهاند که این امر باعث میشود حضیض اخیر 450P بسیار مهم باشد، زیرا نمونهای نادر از مرحله اولیه تبدیل یک کنتور به دنبالهدار است.
«کنتورها از نظر علمی مهم هستند زیرا تصور میشود اشیاء گذری باشند که از بخشهای دورتر منظومه شمسی منشأ گرفتهاند و به تدریج در حال تکامل به سمت تبدیل شدن به دنبالهدارهای خانواده مشتری هستند»، شامبو گفت. «در این معنا، آنها راهی برای مطالعه مواد نسبتاً اولیه از منظومه شمسی بیرونی در حالی که شروع به پاسخگویی به گرمای شدیدتر خورشیدی میکنند، به ما میدهند.»
یافتهها برای انتشار آینده در «مجله علوم سیارهای» پذیرفته شده و هماکنون در آرشیو پیشچاپ arXiv در دسترس است.