ԱՄՆ-ի Փրինսթոնի պլազմային ֆիզիկայի լաբորատորիայի (PPPL) գիտնականները բեկումնային ձեռքբերում են գրանցել՝ առաջին անգամ լաբորատոր պայմաններում վերարտադրելով մի գործընթաց, որը կարող է հիմքում ընկած լինել մոլորակների ձևավորմանը: Օգտագործելով պտտվող գլանների և հեղուկ մետաղի տեղակայանք՝ նրանք դիտարկել են, թե ինչպես են մոդելային հավաքման սկավառակում մասնիկները հավաքվում խտացումների մեջ, որոնք նման են ծնվող մոլորակներին: Հետազոտությունը, որը հրապարակվել է Physical Review Letters (PRL) ամսագրում, լույս է սփռում մոլորակների ծննդի առեղծվածի վրա և բանալի է տրամադրում տիեզերքում ընթացող գործընթացները հասկանալու համար:

Ի՞նչ են հավաքման սկավառակները

Հավաքման սկավառակները պտտվող օղակներ են, որոնք կազմված են գազից, փոշուց և պլազմայից և շրջապատում են երիտասարդ աստղերը, սև խոռոչները կամ նեյտրոնային աստղերը: Հաշվի է առնվում, որ հենց նման սկավառակներից են ձևավորվում մոլորակները, երբ փոշու մասնիկները կպչում են իրար՝ առաջացնելով պլանետեզիմալներ՝ ապագա մոլորակների սաղմեր: Սակայն այդ գործընթացը սկսող մեխանիզմները մինչ այժմ մնում էին անհասկանալի՝ տիեզերքում դրանց դիտարկման բարդության պատճառով:

Տիեզերքում հավաքման սկավառակները կարող են ձգվել հարյուրավոր միլիոնավոր կիլոմետրեր, ինչպես օրինակ՝ երիտասարդ աստղերի շուրջ գտնվող պրոտոմոլորակային սկավառակները: Օրինակ՝ այն սկավառակը, որից ձևավորվել է Երկիրը, գոյություն է ունեցել մոտ 4.6 միլիարդ տարի առաջ՝ երիտասարդ Արևի շուրջ: Նման գործընթացների ուղղակի դիտարկումը բարդ է, ուստի լաբորատոր փորձերը դառնում են դրանց ուսումնասիրության կարևոր գործիք:

Ինչպե՞ս մոդելավորեցին մոլորակների ծնունդը

Փրինսթոնի գիտնականները մշակել են եզակի տեղակայանք, որը բաղկացած է երկու համակենտրոն պտտվող մետաղական գլաններից, որոնց միջև գտնվում էր հեղուկ՝ ընդօրինակելով պլազմայի հատկությունները՝ իոնացված գազ, որը բնորոշ է հավաքման սկավառակներին: Հեղուկ մետաղը, օրինակ՝ գալիումը, օգտագործվել է տիեզերական պլազմայի դինամիկան վերարտադրելու համար, որը էլեկտրամագնիսական ուժերի ազդեցությամբ վարվում է հեղուկի նման:

Հիմնական բացահայտումն այն էր, որ գլանների տարբեր արագություններով պտտվելիս հեղուկում առաջանում էին անկայունություններ՝ փոքր «տատանումներ» կամ խանգարումներ: Այդ տատանումները հանգեցնում էին մասնիկների բաժանման. ավելի ծանր մասնիկները շարժվում էին դեպի դուրս, իսկ թեթևները՝ դեպի ներս՝ առաջացնելով խիտ խտացումներ:

«Մեր փորձերը ցույց տվեցին, որ նման տատանումները կարող են առաջանալ ավելի հաճախ, քան մենք կարծում էինք, և, հնարավոր է, հենց դրանք են սկսում մոլորակների ծննդի գործընթացը», - նշել է հետազոտության համահեղինակ Ին Վանը:

Այս խտացումները, տիեզերական գործընթացների հետ համեմատությամբ, կարող են հիմք դառնալ պլանետեզիմալների ձևավորման համար, որոնք ժամանակի ընթացքում վերածվում են Երկրի կամ Յուպիտերի նման մոլորակների:

Ինչու՞ է սա կարևոր

Փորձը բացահայտել է մի քանի կարևոր ասպեկտներ.

  • Անկայունություններ առանց գրավիտացիայի. Զարմանալիորեն, մասնիկների կուտակմանը հանգեցնող տատանումների առաջացման համար գրավիտացիա պետք չէ: Բավարար է նյութի շարժման արագությունների տարբերությունը, ինչը այս մեխանիզմը դարձնում է ունիվերսալ: Նման անկայունություններ դիտվում են տիեզերքում, օրինակ՝ արևային կորոնայում կամ սև խոռոչների մոտ:
  • Գործընթացի ունիվերսալություն. Նմանատիպ անկայունությունները կարող են դեր խաղալ ոչ միայն մոլորակների ձևավորման, այլև այլ աստղաֆիզիկական երևույթներում, ինչպիսիք են սև խոռոչների վրա նյութի հավաքումը կամ Սատուրնի նման մոլորակների շուրջ օղակների ձևավորումը:
  • Երկրային անալոգներ. Փորձը հաստատում է, որ տիեզերքում մեծ մասշտաբներով ընթացող գործընթացները կարող են վերարտադրվել լաբորատորիայում՝ օգտագործելով համապատասխան հատկություններով հեղուկներ:

Կապը իրական տիեզերքի հետ

Ստացված արդյունքները օգնում են բացատրել, թե ինչպես է գազի և փոշու խաոտիկ ամպից ծնվում կարգավորված կառուցվածքներ, ինչպիսիք են մոլորակները: Օրինակ՝ պրոտոմոլորակային սկավառակներում անկայունությունները կարող են առաջանալ մագնիսական դաշտերով կամ խտության տարբերություններով առաջացած տուրբուլենտությունից: Սա հանգեցնում է փոշու կենտրոնացման որոշակի տարածքներում, որտեղ այն սկսում է կպչել՝ առաջացնելով ավելի խոշոր մարմիններ:

«Մենք առաջին անգամ ցույց տվեցինք, որ պլազմային սկավառակներում անկայունությունները կարող են սկսել մոլորակների ծննդին նմանվող գործընթաց, և դա տեղի է ունենում նույնիսկ ուժեղ գրավիտացիայի բացակայության դեպքում», - ընդգծել են հեղինակները:

Հետազոտությունն ունի նաև նշանակություն էկզոմոլորակների ուսումնասիրության համար: Հասկանալով մեր Արեգակնային համակարգում մոլորակների ձևավորման մեխանիզմները՝ կարելի է կանխատեսել, թե ինչ տիպի մոլորակներ են ավելի հավանական այլ աստղային համակարգերում, ներառյալ պոտենցիալ բնակելի աշխարհները:

Ի՞նչ է հաջորդը

Հեղինակները պլանավորում են կատարելագործել փորձը՝ ավելացնելով.

  • Մագնիսական դաշտեր. Պրոտոմոլորակային սկավառակներում կարևոր դեր խաղացող մագնիսապտույտային անկայունությունների (MRI) մոդելավորման համար:
  • Ավելի բարդ նյութեր. Տարբեր չափերի հեղուկների և մասնիկների խառնուրդների օգտագործում՝ պրոտոմոլորակային սկավառակների կազմը ավելի ճշգրիտ ընդօրինակելու համար:
  • Հաշվողական մոդելավորում. Լաբորատոր տվյալները ALMA-ի նման հեռադիտակների դիտարկումների հետ համեմատելու համար, որոնք իրական ժամանակում ուսումնասիրում են պրոտոմոլորակային սկավառակները:

Այս քայլերը կօգնեն ավելի խորը հասկանալ, թե ինչպես են ձևավորվում մոլորակները և ստուգել աստղային համակարգերի էվոլյուցիայում անկայունությունների դերի մասին վարկածները:

Եզրակացություն

Փրինսթոնի լաբորատորիայի գիտնականները առաջին անգամ լաբորատոր պայմաններում մոդելավորել են մոլորակների ձևավորման գործընթացը՝ օգտագործելով պտտվող գլաններ և հեղուկ մետաղ, որն ընդօրինակում է հավաքման սկավառակի պլազման: Նրանց բացահայտումը, որը հրապարակվել է Physical Review Letters-ում, ցույց է տալիս, որ նյութի շարժման անկայունությունները կարող են սկսել մասնիկների կուտակման գործընթաց՝ հանգեցնելով մոլորակների ծննդին, նույնիսկ առանց գրավիտացիայի մասնակցության: Այս փորձը ոչ միայն մեզ ավելի է մոտեցնում Երկրի և այլ մոլորակների ծագման առեղծվածի բացահայտմանը, այլև ցույց է տալիս, թե ինչպես կարող են երկրային տեխնոլոգիաները վերարտադրել տիեզերական գործընթացները: Ապագա հետազոտությունները խոստանում են էլ ավելի բացահայտել աշխարհների ձևավորման գաղտնիքները՝ մեր Արեգակնային համակարգից մինչև հեռավոր էկզոմոլորակներ: