Մոլորակային համակարգերի կազմավորման քիմիական «բանալիները» հուշում են, որ Երկրի «եղբայրները և քույրերը» կարող են տարբեր լինել
Միջազգային գիտական խումբը, որի կազմում է հայազգի աստղագետ Գարիկ Իսրայելյանը, հայտնաբերել է, որ երկրանման մոլորակների քիմիական կառուցվածքը կարող է խիստ տարբերվել երկրայինից: Այս փաստը կարող է կտրուկ ազդեցություն ունենալ երկրանման մոլորակների վրա կենսոլորտի և կյանքի առկայության և կազմավորման գործում:
Հետազոտական խմբի կազմում են Ջեյդ Կարտեր-Բոնդը և Դեյվիդ Օ’Բրայենը (Մոլորակային հետազոտությունների ինստիտուտ, Արիզոնա, ԱՄՆ), Էլիսա Դելգադո Մենան և Նունու Սանտուշը (Պորտուի համալսարան, Պորտուգալիա), Գարիկ Իսրայելյանը և Ջոնայ Գոնսալես Էրնանդեսը (Կանարյան կղզիների աստղաֆիզիկայի ինստիտուտ): Ամբողջական արդյունքները կհրապարակվեն 2012թ. մարտի 1-ին Astrophysical Journal Letters ամերիկյան հեղինակավոր ամսագրում:
Մոլորակների մայր աստղերի լուսոլորտների բաղադրության ուսումնասիրությունը մի բանալի է, որ թույլ է տալիս հասկանալ, թե ինչպես են ձևավորվում նախամոլորակները, ինչպես նաև թե որ նախամոլորակային ամպերից են առաջանում մոլորակներ և որոնցից` ոչ: Այս ուսումնասիրությունները, որոնք կարևոր հետևանքներ կունենան հսկա մոլորակների էվոլյուցիայի և ձևավորման մոդելների համար, նաև մեզ օգնում են հետազոտել արտարեգակնային մոլորակների ներքին և մթնոլորտային կառուցվածքը և բաղադրությունը:
Տեսական ուսումնասիրությունները վկայում են, որ C/O և Mg/Si քիմիական տարրերի բաղադրության առավել կարևոր հարաբերակցություններն են երկրային մոլորակների հանքաբանությունը որոշելու համար և նրանք կարող են մեզ տեղեկություններ տալ այդ մոլորակների բաղադրության վերաբերյալ: C/O հարաբերակցությունը վերահսկում Si-ի տարածվածությունը կարբիդի և օքսիդային տեսակների մեջ, մինչդեռ Mg/Si-ը տեղեկատվություն է տալիս սիլիկատային հանքաբանության մասին: 2010թ. Բոնդը և այլոք իրականացրին մոլորակի ձևավորման առաջին թվային սիմուլյացիաները, որտեղ նախամոլորակային ամպի քիմիական բաղադրությունը ընդունված էր որպես մուտքագրման պարամետր: Արդյունքում գտնվեց, որ երկրային մոլորակներն առաջանում են ամենատարբեր քիմիական բաղադրության սիմուլյացիաներում, այնպես որ դրանք կարող են Երկրից շատ տարբեր լինել:
Դելգադո Մենան և այլոք (2010) իրականացրել են HARPS սպեկտրագրով ստացված բարձր որակի համասեռ ընտրանքից վերցրած մոլորակներ ունեցող 61 և մոլորակներ չունեցող 270 աստղերի C, O, Mg և Si բաղադրությունների առաջին մանրամասն և ամբողջական ուսումնասիրությունը: Նրանք գտան արեգակնայինից խիստ տարբերվող հանքաբանական հարաբերակցություններ, դրանով ցույց տալով, որ գոյություն ունեն ամենատարբեր մոլորակային համակարգեր, որոնք նման չեն Արեգակնային համակարգին: Մոլորակներ ունեցող շատ աստղեր ունեն Mg/Si-ի 1-ից ցածր արժեք, ուստի նրանց մոլորակները պետք է ունենան Si-ի մեծ քանակություն այնպիսի նյութեր ստեղծելու համար, ինչպիսին է MgSiO3: Բաղադրության այսպիսի տեսակը կարող է կարևոր հետևանքներ ունենալ այնպիսի մոլորակային գործընթացների համար, ինչպիսիք են շերտերի տեկտոնիկան, մթնոլորտային բաղադրությունը և հրաբուխների առկայությունը:
«Տիեզերքում կարող են լինել միլիարդավոր երկրանման մոլորակներ, բայց նրանց ճնշող մեծամասնությունը կարող է ունենալ միանգամայն այլ ներքին և մթնոլորտային կառուցվածք: Մոլորակների կազմավորումը քիմիապես ոչ արեգակնային միջավայրում (ինչը շատ տարածված է Տիեզերքում) կարող է հանգեցնել տարօրինակ աշխարհների ձևավորմանը, Երկրից շատ տարբեր: Ռադիոակտիվ և որոշ հրակայուն տարրերի (հատկապես Si) քանակությունը կարող է արմատական ազդեցություն ունենալ մոլորակային գործընթացների վրա, ինչպիսիք են շերտերի տեկտոնիկան և հրաբխային ակտիվությունը», – եզրակացնում է Գարիկ Իսրայելյանը:
Վերջին թվային սիմուլյացիաները ցույց են տվել, որ ամենայն հավանականությամբ գոյություն ունի արտարեգակնային երկրանման մոլորակների ամենատարբեր քիմիական բաղադրություն: Այն մոլորակները, որոնց առաջացումը սիմուլացվել է Mg/Si-ի 1-ից փոքր արժեք ունեցող աստղերի շուրջ, ստացվել են Mg-ի պակասությամբ (Երկրի համեմատ)` բաղկացած սիլիկատային տեսակներից, ինչպիսիք են պիրոքսենը և դաշտային շպատների տարբեր տեսակները: Մոլորակային ածխածնային բաղադրությունները նույնպես տարբերվում են մայր աստղերի C/O հարաբերակցության համաձայն: Կանխատեսված բաղադրությունները համապատասխանում են աղտոտված սպիտակ թզուկների դիտումներին (որոնք ակրեցիայի են ենթարկել իրենց ներքին մոլորակները կարմիր հսկայի նախորդող փուլի ընթացքում):
«Մոլորակներ ունեցող հայտնի մայրական աստղերի C/O և Mg/Si առանցքային հարաբերակցությունների դիտվող տատանումները ենթադրում են, որ ամենայն հավանականությամբ գոյություն ունի արտարեգակնային երկրանման մոլորակների քիմիական բաղադրության լայն տեսականի` համեմատաբար «երկրանման» մոլորակներից մինչև այնպիսիք, որոնց մոտ գերակշռում է ածխածինը, օրինակ գրաֆիտի և կարբիդի փուլերում (օրինակ SiC, TiC)», – ընդգծում է Դելգադո Մենան:
Այս աշխատանքում օգտագործվել են Դելգադո Մենայի և այլոց (2010) արդյունքները, քանի որ դրանք առաջինն էին, որտեղ որոշվել էին բոլոր անհրաժեշտ տարրերի բաղադրությունները ամբողջապես ներքին համաձայնեցված ձևով` օգտագործելով բարձրորակ սպեկտրներ և նույնական մոտեցում բոլոր աստղերի և տարրերի համար, ինչպես մայրական, այնպես էլ ոչ մայրական աստղերի մեծ ընտրանքի համար:
Քիմիական և դինամիկ սիմուլյացիաները զուգորդվել են` ենթադրելով, որ յուրաքանչյուր սաղմ պահպանում է իր ձևավորման վայրի բաղադրությունը և նույնը ներդնում է սիմուլացված երկրային մոլորակում: Ամենաներքին երկրային մոլորակները (որոնք գտնվում են մայր աստղից 0.5 ա.մ.-ից մոտ) պարունակում են Al և Ca հրակայուն տարրերի զգալի քանակություն (մոլորակի զանգվածի ~47%-ը): Մայր աստղից 0.5 ա.մ.-ից այն կողմ ձևավորվող մոլորակները հեռավորության աճման հետ պարունակում են ավելի ու ավելի պակաս Al և Ca: Մի մոլորակային համակարգ` 55 Cnc, ունի 1-ից մեծ C/O հարաբերակցություն (C/O = 1.12): Այս համակարգը առաջացրել է ածխածնով հարուստ «երկրանման» մոլորակներ: Այս աշխատանքում դիտարկված բոլոր երկրային մոլորակներն ունեն բաղադրություններ, որտեղ գերակշռում են O, Fe, Mg և Si, և այս տարրեի մեծ մասը առաքվում է սիլիկատների կամ մետաղների (երկաթի դեպքում) տեսքով: Սակայն C/O<0.8 (HD17051, HD19994) և C/O>0.8 (55Cnc) բաղադրությամբ համակարգերում կազմավորվող մոլորակների միջև կարևոր տարբերություններ են գտնվել:
«Մենք ինտենսիվ աշխատում ենք քիմիական բաղադրության չափման սխալների նվազեցման և տեսական մոդելների և թվային սիմուլյացիաների արդյունքներն ավելի հուսալի դարձնելու ուղղությամբ», – մեկնաբանում է Գոնսալես Էռնանդեսը, – «շատ աշխատանք կա անելու»:
Հայազգի աստղագետ Գարիկ Իսրայելյանը 1987-ին ավարտել է ԵՊՀ և աշխատել ՀՀ ԳԱԱ Բյուրականի աստղադիտարանում: 1992-ին պաշտպանել է թեկնածուական թեզ: Այնուհետև աշխատակցել է մի շարք երկրների աստղագիտական կենտրոններում և 2000-ից հանդիսանում է Կանարյան կղզիների աստղաֆիզիկայի ինստիտուտի «Աստղային քիմիական բաղադրություններ» նախագծի ղեկավարը: Նա շվեյցարացի աստղաֆիզիկոս Միշել Մայորի և պորտուգալացի աստղաֆիզիկոս Նունու Սանտուշի հետ միասին հանդիսանում է Վիկտոր Համբարձումյանի անվան միջազգային մրցանակի առաջին` 2010թ., դափնեկիրներից մեկը:
Հայկական աստղագիտական ընկերություն
