جایی که ستاره‌ای جوان کربنش را می‌سوزاند
کربن ستون فقرات حیات به شکلی است که می‌شناسیم: بیش از نیمی از جرم خشک بدن انسان. با این حال زمین به‌طرز عجیبی از آن کم‌بهره است. تودهٔ سنگ‌های سیارهٔ ما، به نسبت جرمش، حدود چهار مرتبهٔ بزرگی — ده هزار برابر — کمتر از خورشید، یا از غبار میان‌ستاره‌ای که زمین از آن زاده شد، کربن دارد. چند توضیح پیشنهاد شده است، از نور فرابنفش تا اکسایش، اما هیچ‌یک به‌طور کامل آن را توضیح نمی‌دهد.
یک مظنون، گرماست. کربن در دانه‌های غبار به چند شکل وجود دارد — کربن بی‌شکلِ دوده‌مانند، هیدروکربن‌ها، گرافیت — که در دماهای متفاوتی تجزیه می‌شوند. از حدود 500 کلوین، یعنی خط دوده (soot line)، فرّارترین شکل‌ها می‌گریزند؛ تا حدود 1,200 کلوین، حتی کربن بی‌شکل نیز از میان رفته است. پژوهش‌های پیشین برآورد کرده‌اند که این گرمایش باید در نخستین میلیون سال شکل‌گیری زمین رخ داده باشد.
ستاره‌ای که در «زمان صفر» غافلگیر شد
HOPS-68 ستاره‌ای بسیار جوان در ابر مولکولی شکارچی است، در فاصلهٔ حدود 414 پارسک. پژوهشی همراه از سوی همین گروه نشان داد که میانهٔ قرص درونی آن به 1,400 کلوین می‌رسد — به اندازه‌ای داغ که همهٔ غبار بخار شود. منظومهٔ شمسی ما نیز از چنین مرحله‌ای گذشته است: این همان «زمان صفر» در سابقهٔ شهاب‌سنگ‌هاست، هنگامی که دانه‌های غنی از کلسیم و آلومینیم از گاز داغ نزدیک خورشید جوان چگالیده شدند. تنها دو ستارهٔ جوان کم‌جرم نامزدهای شناخته‌شدهٔ آن لحظه‌اند، هر دو در شکارچی.
ف. ج. بالیو (F. J. Ballieux)، م. ک. مک‌کلور (M. K. McClure) و همکاران، در دانشگاه لیدن با شریکانی در ایالات متحده و آلمان، اکنون کربن را در طیف این ستاره بررسی کرده‌اند، طیفی که ابزار فروسرخ میانی (Mid-Infrared Instrument) تلسکوپ JWST گرفته است، همراه با داده‌های بایگانی آرایهٔ (زیر)میلی‌متری ALMA.
طیفی پر از هیدروکربن
نور HOPS-68 آکنده از اثر انگشت مولکول‌های کربنی بسیاری است:
- هیدروژن سیانید و استیلن گرم، در دمای حدود 320 و 430 کلوین، به مقدار زیاد — حدود 20 برابر بیشتر از پیرامون آن ستارهٔ دیگرِ «زمان صفر». این مولکول‌ها با سرعت 39 تا 53 کیلومتر بر ثانیه نسبت به ستاره به سوی ما حرکت می‌کنند، مانند گاز اکسیژن‌داری که ردِ بادی که از قرص می‌وزد را نشان می‌دهد؛
- مولکول‌های سردتر، در حدود 40 تا 55 کلوین، از جمله دی‌استیلن (C₄H₂)، رادیکال متیل و کربن مونوسولفید، احتمالاً در قرص بیرونی یا در امتداد دیواره‌های حفره‌ای که جریان خروجی ستاره کنده است؛
- تری‌استیلن (C₆H₂)، زنجیره‌ای از شش اتم کربن، که پیرامون ستاره‌ای جوان برای نخستین بار آشکار شده است.
ALMA سرنخ دیگری می‌افزاید: رادیکال C₂H دیواره‌های حفرهٔ جریان خروجی را می‌پوشاند و به‌جای فروافتادن، همراه با جت به بیرون حرکت می‌کند.
یک منطقهٔ نابودی کربن
نویسندگان سناریویی پیشنهاد می‌کنند. میان خط دوده و نقطه‌ای که در آن حتی کربن بی‌شکل بخار می‌شود — تقریباً 500 تا 1,200 کلوین — جایی قرار دارد که آن را «منطقهٔ نابودی کربن دیرگداز» (refractory carbon destruction zone) می‌نامند: در آنجا، همهٔ کربن جامد دانه‌ها را ترک می‌کند و به گاز تبدیل می‌شود. در HOPS-68، ناحیهٔ درونی بسیار داغ این منطقه را به بیرون می‌راند و بزرگ‌ترش می‌کند. کربن آزادشده سپس یا به کام ستاره فرو می‌رود یا باد قرص آن را با خود می‌برد.
در هر دو حالت، غبارِ ناحیه‌ای که سیاره‌های سنگی در آن شکل می‌گیرند کربن خود را از دست می‌دهد. به گفتهٔ گروه، همین فرایند ممکن است در کمبود کربن زمین سهیم بوده باشد. اینکه باد در واقع چه مقدار کربن را می‌برد، هنوز باید اندازه‌گیری شود.
دورتر، نور فرابنفش استیلن را به C₂H می‌شکند، که با استیلن بیشتری واکنش می‌دهد و زنجیره‌های بلندتری مانند C₄H₂ و C₆H₂ می‌سازد. میان 900 و 1,100 کلوین، منطقهٔ نابودی شاید حتی هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای بسازد، همچون در یک شعله — چیزی که هنوز باید تأیید شود.
از یک پیش‌ستاره تا سیارک‌ها
این پژوهش دو پیامد گسترده‌تر دارد. نخست، زنجیره‌های کربنی که پیرامون دیگر ستاره‌های جوان دیده شده‌اند معمولاً به گازی نسبت داده شده‌اند که از پوش پیرامونی فرو می‌افتد؛ در HOPS-68 این زنجیره‌ها آشکارا به بیرون جریان دارند، که نشان می‌دهد این شیمی ممکن است در عوض ردِ جریان‌های خروجی را نشان دهد.
دوم، نمونه‌هایی که از سیارک‌های ریوگو (Ryugu) و بنو (Bennu) به زمین بازگردانده شده‌اند، مقدار فراوانی مادهٔ آلی زنجیره‌ای («آلیفاتیک») دارند. از آنجا که زنجیره‌های بلند HOPS-68 بیرون از باد شکل می‌گیرند، باد آن‌ها را نمی‌برد؛ آن‌ها بعدها می‌توانند دوباره روی قرص بیرونی فرود آیند. نویسندگان پیشنهاد می‌کنند که چنین زنجیره‌هایی شاید در مادهٔ آلی سیارک‌ها و شهاب‌سنگ‌ها سهیم باشند. اگر چنین باشد، HOPS-68 در یک سامانهٔ جوان، هم شکل‌گیری آن دانه‌های شهاب‌سنگی و هم مادهٔ غنی از کربنی را که این دانه‌ها در آن جای گرفته‌اند نشان می‌دهد — سنگ رشیدی (Rosetta stone) برای شکل‌گیری نخستین اجرام کوچک یک سامانهٔ سیاره‌ای.