کوتوله‌ای سفید با دو حلقهٔ گاز

بسیاری از سامانه‌های سیاره‌ای از ستاره‌شان دیرپاترند. وقتی ستاره به یک کوتولهٔ سفید (white dwarf) — بازماندهٔ چگالی که بر جا می‌ماند — تبدیل می‌شود، قرص‌هایی از غبار می‌توانند پیرامونش شکل بگیرند و آوار سیاره‌ای که بر آن فرو می‌افتد ردهایی شیمیایی در جوّش بر جا می‌گذارد. چند تا از این قرص‌ها گاز هم دارند. این گاز در طول‌موج‌های دقیقی می‌درخشد، بیشتر در سه‌گانه‌ای از خطوط فروسرخ کلسیم. در همهٔ 21 قرص گازی شناخته‌شده تاکنون، هر خط یک شکل دارد: دو قله.

چرا حلقه‌ای چرخان دو قله رسم می‌کند

قرص گازی که از زاویه‌ای مایل دیده شود، یک سویش به سوی ما می‌آید و سوی دیگرش دور می‌شود. اثر دوپلر نور سوی نزدیک‌شونده را به طول‌موج‌هایی اندکی کوتاه‌تر و نور سوی دورشونده را به طول‌موج‌های بلندتر جابه‌جا می‌کند. هر خط به دو قله تقسیم می‌شود که هرچه گاز تندتر بچرخد از هم دورترند — و همان‌طور که قوانین کپلر می‌طلبند، گازِ نزدیک‌تر به ستاره تندتر می‌چرخد.

قرص بیست‌ودوم

Nicola Pietro Gentile Fusillo از دانشگاه تریسته و رصدخانهٔ نجومی تریستهٔ INAF، و همکارانی از واریک، والپارایسو، لندن و کیل متوجه شدند که کوتولهٔ سفید WD J1328−1450 بیش از آنچه از یک ستارهٔ عریان انتظار می‌رود نور فروسرخ گسیل می‌کند: نشانه‌ای از غبار گرم. آن‌ها این ستاره را با طیف‌نگار X-shooter روی تلسکوپ بسیار بزرگ (Very Large Telescope) رصدخانهٔ جنوبی اروپا (European Southern Observatory)، در 2021 و دوباره در 2023 رصد کردند.

جرم این ستاره 0.47 برابر جرم خورشید است که در گوی‌ای با شعاع 1.5% شعاع خورشید فشرده شده است. کلسیم، منیزیم و سیلیسیم در جوّش نشان می‌دهند که در حال بلعیدن مواد سیاره‌ای است. اما خطوط کلسیم و اکسیژن آن به جای دو قله، چهار قله دارند.

سه خط کلسیم WD J1328−1450 (a)، هر کدام با چهار قله، در برابر خطوط دوقله‌ای معمول SDSS J1228+1040، قرص گازی نمونه (b). — شکل 1، Gentile Fusillo و همکاران (2026)، arXiv:2610.37773.

دو حلقه و یک شکاف

گروه خطوط را با دو حلقهٔ تخت گاز، یکی درون دیگری، بازتولید کرد. اگر بر حسب شعاع خورشید اندازه گرفته شود، حلقهٔ درونی از 0.14 تا 0.34 و حلقهٔ بیرونی از 0.54 تا 1.93 گسترده است، با شکافی خالی در میان. حتی لبهٔ درونی حدود نُه برابر شعاع خود ستاره از آن فاصله دارد.

دو قلهٔ حلقهٔ درونی حدود 1,024 کیلومتر بر ثانیه از هم فاصله دارند و دو قلهٔ حلقهٔ بیرونی حدود 420: گاز درونی تندتر می‌چرخد. در طول حدود دو سال، شکل خطوط به‌زحمت تغییر کرد: حلقه‌ها پایدارند.

گاز درخشان کلسیم از بالا و به مقیاس: حلقهٔ درونی A، حلقهٔ بیرونی B و شکاف. میلهٔ بالا سمت چپ یک شعاع خورشیدی است؛ سرخ تیره‌تر یعنی گاز درخشان‌تر. — شکل 3، Gentile Fusillo و همکاران (2026)، arXiv:2610.37773.

منیزیم تنها در درون

یک خط منیزیم تنها دو قله دارد: فقط از حلقهٔ درونی می‌آید. اگر حلقهٔ بیرونی، نسبت به کلسیم، به اندازهٔ حلقهٔ درونی منیزیم داشت، قله‌هایش با بیش از شش برابر سطح نوفه خودنمایی می‌کردند. این قله‌ها غایب‌اند. نسبت منیزیم به کلسیم اثر انگشت یک ماده است: حدود 5 تا 15 در کندریت‌ها، خانواده‌ای از شهاب‌سنگ‌های سنگی، حدود 8 در گوشتهٔ زمین و حدود 1.6 در پوسته‌اش. دو حلقه احتمالاً از اجسام مادر متفاوتی آمده‌اند — یا از لایه‌های متفاوت یک جسم واحد که به گوشته‌ای غنی از منیزیم و پوسته‌ای فقیر از منیزیم تفکیک شده بود.

چیزی باید هر حلقه را تغذیه کند

گاز در چنین قرصی پخش می‌شود، اما همین که به سوی بیرون برود و زیر حدود 1,200–1,500 کلوین سرد شود، دوباره به دانه‌ها چگالیده می‌شود: هر حلقه نزدیک جایی می‌ماند که گازش ساخته می‌شود. پس چه چیزی در دو جای جدا گاز می‌سازد؟ غباری که در لبهٔ درونی قرص تبخیر می‌شود نمی‌تواند شکافی بر جا بگذارد؛ برخوردهایی که غبار را خرد می‌کنند به ترمزی ناشناخته نیاز دارند که تنها درون شکاف عمل کند.

دو کوتولهٔ سفید آن‌قدر نزدیک به هم که تشخیص‌ناپذیر باشند؟ Gaia یک ستاره می‌بیند و تنها 0.067% کوتوله‌های سفید اصلاً قرص گازی دارند: دو قرص هم‌زمان بسیار بعید است. یک سیاره که شکاف را پاک کرده؟ به محاسبهٔ نویسندگان، حتی بزرگ‌ترین جسم آهنی که بتواند نزدیک شکاف جان به در ببرد، به قطر 440 کیلومتر، گرانشی بسیار ناچیزتر از آن دارد که گاز داغ را نگه دارد — و توضیح نمی‌دهد که گاز در دو حلقهٔ دو سوی آن چگونه ساخته می‌شود.

نویسندگان به جای آن به SDSS J1228+1040 رو می‌کنند، جایی که سیگنالی که تقریباً هر دو ساعت تکرار می‌شود تنها با جسمی جامد و چگال درون قرص توضیح‌پذیر است که با برهم‌کنش با غبار گاز می‌سازد. پیشنهاد آن‌ها: یک سیاره‌خُرد (planetesimal) از این دست — جسمی جامد و کوچک از همان نوعی که سیاره‌ها از آن ساخته می‌شوند — در هر حلقه.

یک بازمانده چقدر می‌تواند بزرگ باشد؟

این‌قدر نزدیک به ستاره، گرانش سوی نزدیک یک جسم را سخت‌تر از سوی دورش می‌کشد و می‌تواند آن را از هم بدرد. جسمی بی‌استحکام درونی به چگالی‌ای بالاتر از هر مادهٔ شناخته‌شده‌ای نیاز داشت: دست‌کم 3,600 گرم بر سانتی‌متر مکعب در لبهٔ درونی حلقهٔ درونی. دو بازمانده باید استحکام درونی داشته باشند. با چگالی آهن و استحکام اجسام سنگی منظومهٔ شمسی، قطر جسم درونی حداکثر می‌تواند در لبهٔ درونی حلقه‌اش 45 کیلومتر و در لبهٔ بیرونی آن 172 کیلومتر باشد — یک سیارک معمولی. جسم بیرونی می‌تواند در لبهٔ درونی حلقه‌اش به 346 کیلومتر و در لبهٔ بیرونی آن به 2,340 کیلومتر برسد و یک جسم سنگی در لبهٔ بیرونی به حدود 3,500 کیلومتر: از اندازهٔ سرس (Ceres) تا اندازهٔ پلوتو، یا حتی ماه.

سایه‌ای می‌تواند شکاف را تقلید کند

یک گزینهٔ دیگر همچنان باز است: یک قرص واحد که لبهٔ درونی پف‌کرده‌اش بر ناحیهٔ میان 0.34 و 0.54 شعاع خورشید سایه می‌اندازد. این همچنین توضیح می‌داد چرا حلقهٔ درونی رو به بیرون کم‌نور می‌شود در حالی که حلقهٔ بیرونی پرنورتر می‌شود. اما هیچ کوتولهٔ سفید دیگری، و هیچ ستارهٔ جوانی با قرص گازی، چهار قله نشان نمی‌دهد — حتی WD J0846+5703 که قرص غبارش نسبت به ستاره‌اش بیش از دو برابر درخشان‌تر است. نویسندگان هیچ شاهد مستقیمی برای چنین سایه‌ای نمی‌یابند و دلیلی هم نمی‌بینند که چرا فقط اینجا پدیدار شود.

چند شکل قرص به یک اندازه با غبار جورند. و نرخ تغذیهٔ معمولی ستاره جا را برای قرصی جوان باز می‌گذارد که شاید تنها 300,000 تا 600,000 سال است تغذیه می‌شود، در مرحله‌ای آغازین و آشوبناک.

حلقه‌هایی در دو سر زندگی یک سیاره

حلقه‌هایی که با شکاف‌ها از هم جدا شده‌اند منظره‌ای آشنا در قرص‌های پیش‌سیاره‌ای (protoplanetary discs) هستند، جایی که سیاره‌ها پیرامون ستاره‌های جوان زاده می‌شوند. مقیاس و ستارهٔ مرکزی به سختی می‌توانستند از این متفاوت‌تر باشند. با این حال، به نوشتهٔ نویسندگان، WD J1328−1450 حاکی از آن است که فرایندهای مشابهی ممکن است سامانه‌های سیاره‌ای را هم در زادنشان و هم در واپسین پایانشان شکل دهند.