نظام الكواكب “من الداخل إلى الخارج” يحير علماء الفلك

نظام الكواكب “من الداخل إلى الخارج” يحير علماء الفلك

بقلم جاسيك كريوكو حرره لي بيلينغز

يحتوي نظامنا الشمسي النموذجي المألوف على عوالم صخرية دافئة مثل عطارد والأرض تدوران بالقرب من نجمهما، بينما تمتد الكواكب الغازية العملاقة مثل المشتري وزحل في مدارات أبعد. وقد وجد الباحثون أن هذا النمط نفسه ينطبق على العديد من الأنظمة الكوكبية الأخرى، ويفسرون ذلك عادةً على أنه عوالم خارجية تتراكم على الجليد والغاز والغبار الأكثر وفرة بعيدًا عن النجوم الصغيرة. لكن الآن اكتشف فريق عالمي من علماء الفلك بقيادة توماس ويلسون، عالم الفيزياء الفلكية في جامعة وارويك في إنجلترا، نظامًا كوكبيًا يبدو أنه قد تم بناؤه من الداخل إلى الخارج، مع وجود عوالم أكبر أقرب إلى عوالم أصغر أبعد. يتم نشر النتيجة اليوم في علوم.

كشفت ملاحظاتهم عن نجم قزم M خافت وبارد يُدعى LHS 1903 عن نظام به عالم صخري عند حافته الخارجية. LHS 1903 هو نجم قديم، يبلغ عمره حوالي سبعة مليارات سنة، وتبلغ كتلته حوالي نصف كتلة شمسنا فقط، ولكن للوهلة الأولى بدا ترتيب كواكبه مشابهًا إلى حد ما لترتيبنا.

رصد القمر الصناعي لمسح الكواكب الخارجية العابرة (TESS) التابع لناسا ثلاثة كواكب هناك تسمى LHS 1903 b وc وd. العالم الأعمق، الكوكب ب، عبارة عن أرض عملاقة كثيفة وصخرية. بعد ذلك يأتي الكوكبان c وd، وكلاهما ينتميان إلى الكواكب الفرعية لنبتون، وهما عوالم ذات أجواء غازية سميكة. لكن الصورة تغيرت عندما استخدم الفريق الدولي القمر الصناعي لتوصيف الكواكب الخارجية (CHEOPS) التابع لوكالة الفضاء الأوروبية لإلقاء نظرة فاحصة.

حول دعم الصحافة العلمية

إذا كنت تستمتع بهذا المقال، ففكر في دعم صحافتنا الحائزة على جوائز من خلال الاشتراك. من خلال شراء اشتراك، فإنك تساعد على ضمان مستقبل القصص المؤثرة حول الاكتشافات والأفكار التي تشكل عالمنا اليوم.

ومن خلال تحليل بيانات CHEOPS، وجد الباحثون كوكبًا رابعًا، LHS 1903 e، كامنًا عند حافة النظام. يشرح ويلسون: “يُعتقد أن الكواكب ذات المسافات البعيدة تكون مبنية في مناطق أكثر برودة تحتوي على الكثير من الغاز والجليد، مما قد يخلق عوالم غنية بالغاز ذات أجواء كبيرة”. ولكن من خلال الإسناد الترافقي للبيانات الواردة من عدة مراصد عالمية، اكتشف الفريق أن LHS 1903 e عبارة عن نواة صخرية عارية دون أي علامة على وجود غلاف جوي غازي. كان وجود عالم خارجي صخري بمثابة لغز. هل كان يحتوي ذات يوم على غلاف جوي سميك فُقد بعد ذلك في بعض الكوارث الكونية، مثل الاصطدام العملاق؟ هل تشكل صغيرًا، أقرب إلى النجم، وهاجر بطريقة ما إلى الخارج؟

ولتفسير وجودها، اقترح الباحثون آلية تسمى التكوين المنضب للغاز. وتشير فرضيتهم إلى أن الكواكب المحيطة بـ LHS 1903 تشكلت بشكل تسلسلي، واحدًا تلو الآخر، بدءًا من العوالم الأعمق. يقول ويلسون: “إن آلية التكوين التسلسلي تعني أن الكواكب الداخلية بُنيت في وقت مبكر، في بيئة غنية بالموارد، في حين تم بناء الجسم الخارجي أخيرًا في منطقة فقيرة” بعد جرف الغاز الوفيرة. ويجب أن يكون الكوكب الخارجي، وفقًا للفريق، قد اندمج، حصاة بعد حصاة، من الحطام الصخري المتبقي. واستنادًا إلى عمليات المحاكاة الديناميكية وحقيقة أن مدارات الكواكب في النظام تبدو مستقرة، وجد ويلسون وزملاؤه أن السيناريوهات الأكثر براقة مثل الاصطدامات أو الهجرة غير محتملة. لكن مثل هذه الاحتمالات ليست مستبعدة تماما.

تقول لورين فايس، عالمة الفيزياء الفلكية في جامعة نوتردام، التي لم تشارك في الدراسة: “يتكون الفريق الذي أجرى هذا العمل من خبراء في أعلى المجال، وقد قاموا بعمل جيد للغاية فيما يتعلق بالبيانات”. وتضيف: “فيما يتعلق باستنتاجهم بأن LHS 1903 e قد تشكل في بيئة مستنفدة للغاز، كنت أود أن أرى تجربة أكثر تفصيلاً تستكشف سيناريو الاصطدام العملاق”.

إذا كانت فرضية تكوين الغاز المستنفد للفريق صحيحة، فإن هذا الاكتشاف سيضيف قطعة مهمة إلى فهمنا للفجوة في توزيع حجم الكواكب الخارجية – ما يسمى “وادي نصف القطر” الذي يفصل بين العوالم الصخرية الأصغر من العوالم الغازية الأكبر. في حين أن الآليات الفيزيائية الفلكية وراء هذه الفجوة مفهومة جيدًا بالنسبة للنجوم الشبيهة بالشمس، إلا أنها كانت موضوع نقاش حاد بالنسبة للنجوم القزمة من النوع M. يمكن أن يكون LHS 1903 مختبرًا طبيعيًا للحصول على الإجابات لأنه يحتوي على كواكب على جانبي هذا “الوادي”. ونظرًا لأن هذه العوالم المتباينة تدور جميعها حول نفس النجم، فإنه يتم التحكم في متغيرات مثل عمر النجوم والمعادن، مما يسمح لعلماء الفلك بتقييد تاريخ التكوين بشكل أفضل.

يقول كيفين هارديجري أولمان، عالم الفلك في معهد علوم الكواكب الخارجية التابع لوكالة ناسا، والذي لم يشارك في الدراسة: “تفتح هذه الدراسة رؤى جديدة حول عملية تكوين أنظمة متعددة الكواكب تدور حول نجوم قزمة من النوع M”. “إن العثور على المزيد من هذه الأنظمة سيساعدنا حقًا على تحسين وتقييد نماذج تكوين الكواكب في المستقبل القريب.”

قبل البحث عن أنظمة أخرى مماثلة، يريد ويلسون استكشاف LHS 1903 بشكل أعمق قليلاً. ويقول: “سيكون تلسكوب جيمس ويب الفضائي حاسمًا هنا، لأنه يسمح لنا بدراسة كيفية بناء الأغلفة الجوية للكواكب، وهو ما يمكن أن يكون دليلًا رئيسيًا على تكوينها”.

حان الوقت للدفاع عن العلم

إذا استمتعت بهذا المقال، أود أن أطلب دعمكم. العلمية الأمريكية لقد عمل كمدافع عن العلوم والصناعة لمدة 180 عامًا، وربما تكون اللحظة الحالية هي اللحظة الأكثر أهمية في تاريخ القرنين.

لقد كنت العلمية الأمريكية مشترك منذ أن كان عمري 12 عامًا، وقد ساعد ذلك في تشكيل الطريقة التي أنظر بها إلى العالم. SciAm يثقفني ويسعدني دائمًا، ويلهمني شعورًا بالرهبة تجاه عالمنا الواسع والجميل. وآمل أن يفعل ذلك بالنسبة لك أيضا.

إذا كنت الاشتراك في العلمية الأمريكيةأنت تساعد في ضمان أن تغطيتنا تركز على البحث والاكتشاف الهادف؛ وأن لدينا الموارد اللازمة للإبلاغ عن القرارات التي تهدد المختبرات في جميع أنحاء الولايات المتحدة؛ وأننا ندعم العلماء الناشئين والعاملين على حد سواء في وقت لا يتم فيه الاعتراف بقيمة العلم نفسه في كثير من الأحيان.

وفي المقابل، تحصل على الأخبار الأساسية، ملفات بودكاست آسرة، ورسوم بيانية رائعة، لا يمكنك تفويت النشرات الإخبارية ومقاطع الفيديو التي يجب مشاهدتها، ألعاب التحدي، وأفضل الكتابة والتقارير في عالم العلوم. يمكنك حتى إهداء شخص ما اشتراكًا.

لم يكن هناك وقت أكثر أهمية بالنسبة لنا للوقوف وإظهار أهمية العلم. آمل أن تدعمونا في تلك المهمة.