تلسکوپ بزرگ آلما در صحرای آتاکاما موفق به رصد «لرزش» خاصی در دیسک سیاره‌ساز اطراف ستاره‌ای جوان در فاصله ۵۳۰ سال نوری از زمین شد. این یافته‌ها از مدل «فروپاشی گرانشی» برای شکل‌گیری سیارات حمایت و چالش‌هایی جدی برای نظریه‌های سنتی ایجاد می‌کنند.

طبق نظریه سحابی، ستارگان و سیستم‌های سیاره‌ای آن‌ها از فروپاشی گرانشی ابری از گاز و غبار به وجود می‌آیند.

این فرآیند باعث تشکیل یک دیسک اطراف ستاره جدید می‌شود که به مرور زمان سیارات و دیگر اجسام آسمانی از آن شکل می‌گیرند.

زمین و دیگر اجسام منظومه شمسی حدود ۴/۵ میلیارد سال پیش با همین روش به وجود آمدند.

با این حال، هنوز بحث‌هایی در مورد جزئیات دقیق این فرآیند وجود دارد.

برخی دانشمندان مدل سنتی «تجمع تدریجی» را دقیق‌تر می‌دانند، در حالی که دیگرانی هم از مدل فروپاشی گرانشی حمایت می‌کنند.

مدل تجمع تدریجی

بر اساس این مدل که نظریه‌ای سنتی درباره شکل‌گیری سیارات است، سیارات از تجمع تدریجی ذرات ریز گاز و غبار موجود در دیسک سیاره‌ساز به وجود می‌آیند.

ابتدا این ذرات کوچک به یکدیگر می‌چسبند و ساختارهایی به نام «خرده سیاره» را تشکیل می‌دهند.

این خورده‌ سیاره‌ها با هم برخورد کرده و به توده‌های بزرگ‌تر تبدیل می‌شوند که در نهایت باعث شکل‌گیری سیارات می‌شود.

این فرایند به زمان طولانی نیاز دارد و به تدریج از ذرات کوچک به اجرام بزرگ ختم می‌شود.

مدل فروپاشی گرانشی

سیارات در این مدل، در نتیجه فروپاشی گرانشی مواد درون دیسک سیاره‌ساز به وجود می‌آیند.

بر اساس این مدل، هنگامی که جرم دیسک سیاره‌ساز در مقایسه با جرم ستاره مرکزی به اندازه کافی بزرگ باشد، ناپایداری‌های گرانشی، باعث تجمع سریع توده‌های گاز و غبار می‌شود و با تکه تکه شدن بازوهای مارپیچی، سیارات به وجود می‌آیند.

در مدل فروپاشی گرانشی، به جای آنکه ذرات ریز گرد و غبار به تدریج و طی میلیون‌ها سال به هم بچسبند و سیارات را تشکیل دهند، توده‌های بزرگ از مواد دیسک به دلیل ناپایداری‌های گرانشی در زمان بسیار کوتاه‌تری فرو می‌پاشند و هسته‌های سیاره‌ای بزرگ را تشکیل می‌دهند.

این مدل به ویژه در مورد سیارات غول‌پیکر، مانند مشتری یا زحل، که دارای جرم بسیار بزرگی هستند، کاربرد بیشتری دارد.

این نظریه تلاش می‌کند توضیح دهد که چگونه سیارات غول‌پیکر در زمان نسبتا کوتاهی پس از تشکیل ستاره‌های مرکزی شکل می‌گیرند، چرا که طبق مدل از تجمع تدریجی، این سیارات به زمانی بسیار طولانی‌تر نیاز دارند تا این اندازه را پیدا کنند.

اکنون تیمی از اخترشناسان بین‌المللی به رهبری جسیکا اسپیدی، با استفاده از آرایه تلسکوپ بزرگ آلما، شواهدی از مدل از فروپاشی گرانشی در دیسک سیاره‌ساز اطراف ستاره «ای‌بی» در صورت فلکی ارابه‌ران پیدا کرده‌اند.

این ستاره که در فاصله ۵۳۰ سال نوری از زمین قرار دارد، حدود چهار میلیون سال سن دارد و پیش‌مرحله‌ای از ستاره‌ای نوع A است.

از سال ۲۰۱۷، تلسکوپ آلما این سیستم را تحت نظر داشته و به شواهدی درباره سیارات در حال شکل‌گیری در این دیسک، از جمله یک غول گازی با جرمی معادل ۹ برابر مشتری دست یافته است.

تیم اسپیدی با کمک حساسیت بالای آلما به بررسی حرکات گازهای موجود در بازوهای مارپیچی این دیسک پرداختند.

این شواهد نشان می‌دهند سیارات جوان زمان کافی برای تشکیل در مدل سنتی تجمع تدریجی نداشته‌اند.

چهار سال پیش، کاساندرا هال از دانشگاه جورجیا مطالعه‌ای را هدایت کرد که در آن شبیه‌سازی‌هایی از رفتار دیسک‌های ناپایدار گرانشی انجام شد.

این شبیه‌سازی‌ها نشان داد که دیسک‌های ناپایدار باید دارای «لرزش‌هایی» خاص در میدان حرکت خود باشند. اکنون، مشاهدات تیم اسپیدی این «لرزش‌ها» را تایید کرده است.

این یافته‌ها نشان می‌دهد که ناپایداری گرانشی نقش مهمی در شکل‌گیری سیارات در دیسک‌های سیاره‌ساز دارد و ممکن است درک ما از این فرآیند را به چالش بکشد.