علماء الفلك يزنون كواكب حلوى القطن ويحلون لغزًا كونيًا

التقط علماء الفلك مشهدا نادرا للغاية للكواكب الشابة في منتصف التحول، وكشفوا عن مدى احتمال تقلص العوالم العملاقة المنتفخة إلى الكواكب الأكثر شيوعا في المجرة.

لقد أذهل علماء الفلك في السنوات الأخيرة بنمط مذهل حول النجوم الشبيهة بالشمس. يستضيف العديد منهم كوكبًا يقع بين الأرض و نبتون في الحجم، وهو يدور بالقرب من نجمه بشكل أقرب من دوران عطارد حول الشمس. لا يوجد في نظامنا الشمسي عوالم بهذا المزيج من الأحجام والمدارات الضيقة.

وتبين أن هذه الأجسام، المعروفة باسم “الأرض الفائقة ونبتونات فرعية”، هي الكواكب الأكثر شيوعًا في المجرة، إلا أن كيفية تشكلها ظلت غير مؤكدة.

تقدم دراسة جديدة فكرة مهمة. حدد فريق بحث دولي ما يسمونه بالحلقة المفقودة عن طريق قياس كتل أربعة كواكب صغيرة جدًا في نظام V1298 Tau. توفر هذه القياسات نظرة نادرة على الكواكب التي تبدو في منتصف التحول إلى نفس أنواع العوالم التي تهيمن على الأنظمة الكوكبية عبر الكوكب. درب التبانة.

يقول جون ليفينجستون، المؤلف الرئيسي للدراسة من مركز علم الأحياء الفلكي في طوكيو باليابان: “الأمر المثير للغاية هو أننا نشهد معاينة لما سيصبح نظامًا كوكبيًا طبيعيًا للغاية”. “من المرجح أن تتقلص الكواكب الأربعة التي درسناها إلى “أرض فائقة” و”كواكب فرعية من نبتون” – وهي أكثر أنواع الكواكب شيوعًا في مجرتنا، ولكن لم تكن لدينا مثل هذه الصورة الواضحة عنها في سنوات تكوينها.

نجم شاب ولغز قديم

ركز الفريق عمله على V1298 Tau، وهو نجم يبلغ عمره حوالي 20 مليون سنة فقط، وهو أصغر بكثير من شمسنا التي يبلغ عمرها 4.5 مليار سنة. تدور أربعة كواكب كبيرة حول هذا النجم النشط، ويتراوح حجم كل منها من نبتون إلى كوكب المشتري. نظرًا لأن النظام صغير جدًا، فمن المحتمل أن يتم رصد الكواكب خلال فترة قصيرة العمر حيث يمكن أن تتغير بسرعة. يعتقد الباحثون أن V1298 Tau قد يمثل مرحلة مبكرة من الأنظمة المدمجة والمتعددة الكواكب والتي توجد عادة في أماكن أخرى من المجرة. وبهذا المعنى، يعمل النظام كنوع من المفتاح لتفسير كيفية ظهور الكواكب الأكثر شيوعًا في المجرة.

ولتحديد كتل الكواكب، قام الفريق بتتبع النظام لمدة عشر سنوات باستخدام تلسكوبات متعددة على الأرض وفي الفضاء. وقاموا برصد اللحظات التي يعبر فيها كل كوكب أمام النجم، وهو حدث يسمى العبور. وبمرور الوقت، كشف جدول العبور عن مخالفات صغيرة. تسحب جاذبية الكواكب بعضها البعض بمهارة، مما يجعل مداراتها تسير قليلاً للأمام أو خلف نمط متكرر تمامًا. وقد مكنت إزاحات التوقيت هذه، المعروفة باسم اختلافات توقيت العبور (TTVs)، الباحثين من حساب كتل الكواكب لأول مرة.

“بالنسبة لعلماء الفلك، فإن طريقة “دوبلر” التي نستخدمها لوزن الكواكب تتضمن إجراء قياسات دقيقة لسرعة النجم أثناء جره بواسطة حاشيته من الكواكب.” قال إريك بيتيجورا، مؤلف مشارك من جامعة كاليفورنيا. “لكن النجوم الشابة متقطعة للغاية ونشطة ومزاجية للغاية، مما يجعل طريقة دوبلر غير ناجحة.” وباستخدام أجهزة TTV، استخدمنا بشكل أساسي جاذبية الكواكب ضد بعضها البعض. إن التوقيت الدقيق لكيفية جذبهم لجيرانهم سمح لنا بحساب كتلتهم وتجنب المشكلات مع هذا النجم الشاب.

عوالم خفيفة ومنتفخة للغاية

ما وجده الفريق كان غير متوقع. على الرغم من أن الكواكب يبلغ حجمها حوالي 5 إلى 10 أضعاف نصف قطر الأرض، إلا أن كتلتها تبلغ حوالي 5 إلى 15 ضعف كتلة الأرض فقط. ويعني هذا المزيج أن كثافتها منخفضة للغاية، وأكثر قابلية للمقارنة بالعوالم الرقيقة والمنتفخة من الكواكب الصخرية المدمجة.

قال تريفور ديفيد، المؤلف المشارك من معهد فلاتيرون الذي قاد الاكتشاف الأولي للنظام في عام 2019: “أدى نصف القطر الكبير بشكل غير عادي للكواكب الصغيرة إلى فرضية مفادها أن كثافتها منخفضة للغاية، لكن لم يتم قياس ذلك مطلقًا. ومن خلال وزن هذه الكواكب لأول مرة، قدمنا ​​أول دليل رصدي. إنها بالفعل “منتفخة” بشكل استثنائي، مما يمنحنا معيارًا حاسمًا طال انتظاره لنظريات تطور الكواكب”.

يشير حجمها المتضخم أيضًا إلى درس أوسع حول كيفية تطور الكواكب. إذا تشكل كوكب ببساطة ثم برد ببطء، فإنه سيكون أصغر بكثير وأكثر كثافة مما تبدو عليه هذه العوالم. بدلًا من ذلك، يشير تحليل الفريق إلى أن الكواكب شهدت تغيرات مبكرة كبيرة، حيث فقدت بسرعة جزءًا كبيرًا من أغلفتها الجوية الأصلية وتبرد بشكل حاد بمجرد تشتت القرص الغني بالغاز حول نجمها الشاب.

يوضح جيمس أوين، وهو مؤلف مشارك من جامعة هارفارد: “لقد مرت هذه الكواكب بالفعل بتحول جذري، حيث فقدت بسرعة الكثير من أغلفتها الجوية الأصلية وتبرد بشكل أسرع مما نتوقعه من النماذج القياسية”. امبريال كوليدج لندن الذي قاد النمذجة النظرية. “لكنها لا تزال تتطور. وعلى مدى مليارات السنين القليلة القادمة، سوف تستمر في فقدان غلافها الجوي وتتقلص بشكل كبير، وتتحول إلى العوالم المدمجة التي نراها في جميع أنحاء المجرة”.

“الحلقة المفقودة” الكوكبية

وأضاف بيتيجورا: “إنني أتذكر أحفورة “لوسي” الشهيرة، وهي أحد أسلافنا من البشر الذين عاشوا قبل 3 ملايين سنة، وكانت واحدة من “الحلقات المفقودة” الرئيسية بين القردة والبشر”. “يعد V1298Tau حلقة وصل مهمة بين السدم المكونة للنجوم والكواكب التي نراها في جميع أنحاء السماء، والأنظمة الكوكبية الناضجة التي اكتشفناها الآن بالآلاف.”

يعمل نظام V1298 Tau الآن كمختبر حاسم لفهم أصول الكواكب الأكثر وفرة في درب التبانة، مما يمنح العلماء لمحة غير مسبوقة عن الحياة المضطربة والتحويلية للعوالم الشابة. إن فهم أنظمة مثل V1298 Tau قد يساعد أيضًا في تفسير سبب افتقار نظامنا الشمسي إلى الكواكب الأرضية الفائقة والكواكب الفرعية الموجودة بكثرة في أماكن أخرى من المجرة.

يضيف ليفينغستون: “هذا الاكتشاف يغير بشكل أساسي طريقة تفكيرنا في أنظمة الكواكب”. “يُظهر لنا V1298 Tau أن كواكب الأرض الفائقة والكواكب الفرعية الموجودة اليوم تبدأ كعوالم عملاقة ومنتفخة تتقلص مع مرور الوقت. نحن نشاهد بشكل أساسي الهندسة المعمارية الكوكبية الأكثر نجاحًا في الكون قيد الإنشاء.”

مرجع. نانو بارفيانين، جوديث كورث، فلورنس ليوت، نيستور أبريو غارسيا، بيدرو بابلو غالارد، نورثرن ناريتا، إنريك بالي، موتوهيدي تاتور، إيه تراني، إريك إي ماماجيك، ديفيد آر. سياردي، جورجيان فاروجان، لين إيه هيلاند، لويزا إم ريبول، إليزابيث آر نيوتن، أندرو دبليو مان، أندرو فاندربيرج تودوروف طبيعة.
دوى: 10.1038/s41586-025-09840-z

التمويل: JSPS KAKENHI، برنامج JSPS الثنائي، منحة JSPS للمساعدة لزملاء JSPS

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.