صور جديدة تكشف عن أنظمة شمسية شابة مليئة بالكواكب السرية

تُظهر الصور الجديدة عالية التباين من SPHERE مجموعة مذهلة من أقراص الحطام التي تشكلت نتيجة اصطدامات الأجسام الصغيرة التي تشكل الكواكب. غالبًا ما تشبه الهياكل الكويكبات وأحزمة كويبر، مما يشير إلى وجود كواكب عملاقة غير مرئية تنحت الغبار.

ومن خلال مقارنة 51 نظامًا، وجد علماء الفلك اتجاهات واضحة تربط كتلة النجم بكتلة القرص وحجمه. تضع هذه الصور الأساس للتلسكوبات المستقبلية للكشف عن الكواكب المسؤولة عن هذه الأنماط.

يكشف SPHERE عن أقراص الحطام حول النجوم البعيدة

باستخدام أداة SPHERE الذي – التي‘s تلسكوب كبير جداًقام علماء الفلك بتجميع مجموعة غير مسبوقة من الصور لأقراص الحطام في أنظمة الكواكب البعيدة. وهي عبارة عن هياكل واسعة مغبرة مكونة من جزيئات صغيرة تدور حول نجوم أخرى وتتتبع وجود أجسام صغيرة غير مرئية.

يوضح جايل شوفين (معهد ماكس بلانك لعلم الفلك)، عالم مشروع SPHERE والمؤلف المشارك للدراسة: “مجموعة البيانات هذه هي كنز فلكي. فهي توفر رؤى استثنائية حول خصائص أقراص الحطام، وتسمح باستنتاج الأجسام الصغيرة مثل الكويكبات والمذنبات في هذه الأنظمة، والتي من المستحيل مراقبتها بشكل مباشر”.

الأجسام الصغيرة في نظامنا الشمسي

لفهم سبب أهمية هذا الأمر، من المفيد أن ننظر إلى جوارنا الكوني. ما وراء الشمس والكواكب والكواكب القزمة مثل بلوتونظامنا الشمسي مزدحم بالأجسام الصغيرة (“الصغرى”). ومن بين هذه الأجسام، يهتم علماء الفلك بشكل خاص بالأجسام التي يتراوح حجمها من حوالي كيلومتر إلى عدة مئات من الكيلومترات. عندما يقوم مثل هذا الجسم أحيانًا بإطلاق الغاز والغبار ويكوّن ذيلًا مرئيًا، فإننا نصفه بالمذنب. وعندما لا يحدث ذلك، نسميه كويكبًا.

هذه الأجسام الصغيرة هي كبسولات زمنية. وهي تحافظ على أدلة تشير إلى المراحل الأولى من تاريخ النظام الشمسي، عندما نمت حبيبات الغبار الصغيرة تدريجياً إلى أجسام أكبر وأكبر. في عملية النمو هذه، تمثل الأجسام المعروفة باسم الكواكب المصغرة خطوة وسيطة بين الغبار والكواكب الكاملة. الكويكبات والمذنبات هي بقايا كوكبيات صغيرة لم تنمو أبدًا لتصبح كواكب أكبر. وبهذا المعنى، فإن الأجسام الصغيرة هي (إلى حد ما) بقايا معدلة من المواد الخام التي بنت عوالم مثل الأرض.

أجسام صغيرة حول نجوم أخرى

وقد حدد علماء الفلك الآن أكثر من 6000 كوكب خارجي (إنه، الكواكب التي تدور حول نجوم غير الشمس) ، ويكشف عن مجموعة رائعة من أنظمة الكواكب ويساعدنا على وضع نظامنا الشمسي في السياق. ومع ذلك، فإن التقاط صور لهذه الكواكب البعيدة أمر صعب للغاية. تم تصوير أقل من 100 كوكب خارجي بشكل مباشر حتى الآن، وحتى أكبر الكواكب تظهر عادةً على شكل نقاط ضوئية بسيطة عديمة الملامح.

يقول الدكتور جوليان ميلي، عالم الفلك في جامعة غرونوبل ألب والمؤلف المشارك للدراسة: “يبدو من المستحيل تمامًا العثور على أي أدلة مباشرة حول الأجسام الصغيرة في نظام كوكبي بعيد من الصور. كما أن الطرق غير المباشرة الأخرى المستخدمة للكشف عن الكواكب الخارجية لا تساعد أيضًا”.

الغبار الناتج عن اصطدامات الكواكب الصغيرة كمتتبع

ومن المثير للدهشة إلى حد ما أن المفتاح يكمن في مادة أصغر بكثير من الأجسام الصغيرة نفسها. في الأنظمة الكوكبية الحديثة، تصطدم الكواكب المصغرة بشكل متكرر. في بعض الأحيان تندمج لتشكل جسمًا أكبر، وفي أحيان أخرى تتجزأ وتتطاير. تطلق هذه التأثيرات كميات هائلة من الغبار الطازج.

باستخدام الأدوات المناسبة، يمكن اكتشاف هذا الغبار من مسافة بعيدة جدًا. الفيزياء واضحة ومباشرة: إذا قمت بتقسيم جسم ما إلى عدة قطع أصغر، فإن حجمه الإجمالي يظل كما هو، لكن مساحة السطح المجمعة تزداد بشكل كبير. إذا بدأت بكويكب يبلغ عرضه كيلومترًا واحدًا وقسمته إلى حبيبات غبار بعرض ميكرومتر واحد فقط (= جزء من المليون من المتر)، فإن إجمالي مساحة السطح تنمو بعامل مليار. نظرًا لوجود سطح أكبر بكثير لتشتيت ضوء النجوم، فإن رؤية سحابة الغبار الناتجة أسهل بكثير. ومن خلال مراقبة الضوء المنعكس عن هذا الغبار، يستطيع علماء الفلك استنتاج وجود وخصائص الأجسام الصغيرة التي أنتجته. هذه هي الطريقة التي تصبح بها أقراص الحطام حول النجوم الشابة أدوات تتبع قوية للكواكب المصغرة المخفية.

تطور قرص الحطام وأحزمة نظامنا الشمسي

مع مرور الوقت، لا يبقى قرص الحطام ثابتًا. تصبح الاصطدامات أقل شيوعا، ويختفي الغبار تدريجيا. يتم دفع بعض الحبوب خارج النظام عن طريق الضغط الإشعاعي الصادر عن النجم المركزي. والبعض الآخر تجرفه الكواكب أو الكواكب الصغيرة، أو تتجه نحو الداخل وتسقط في النهاية داخل النجم نفسه.

يُظهر نظامنا الشمسي ما تبقى بعد مليارات السنين من التطور. واليوم، بقي حزامان كوكبيان رئيسيان على قيد الحياة. واحد هو حزام الكويكبات بين المريخ و كوكب المشتري. والآخر عبارة عن مخزن هائل من المذنبات يتجاوز الكواكب العملاقة في منطقة تسمى حزام كويبر. بالإضافة إلى ذلك، هناك مجموعة من الغبار داخل مستوى مدارات النظام الشمسي، والمعروفة باسم الغبار البروجي. وفي الليالي المظلمة جدًا، يمكنك رؤية ضوء الشمس المنعكس عن هذا الغبار بعد وقت قصير من غروب الشمس أو قبل شروق الشمس على شكل توهج خافت على طول مسير الشمس، يسمى الضوء البروجي.

بالنسبة لحضارة فضائية تراقب من بعيد، سيكون من الصعب اكتشاف هذا التكوين الناضج. في المقابل، تُظهر الدراسة الجديدة أنه بالنسبة للأنظمة القريبة نسبيًا، فإن المرحلة الغبارية في أول 50 مليون سنة تقريبًا من قرص الحطام يجب أن تكون مرئية باستخدام أفضل التلسكوبات والأدوات الحديثة. وهذا لا يعني أن المهمة سهلة. إن تصوير قرص الحطام يمكن مقارنته بتصوير نفخة خافتة من دخان السجائر التي تحوم بجوار ضوء كاشف قوي في الاستاد، بينما أنت واقف على بعد عدة كيلومترات. في هذا السياق المتطلب، تعد الأدوات المتخصصة ضرورية، وقد تم تصميم SPHERE، التي بدأت عملياتها على أحد التلسكوبات الكبيرة جدًا (VLT) التابعة للمرصد الأوروبي الجنوبي في أوائل عام 2014، خصيصًا لهذا التحدي.

كيف يحجب SPHERE ضوء النجوم ويزيد من حدة الرؤية

يمكن فهم الفكرة المركزية وراء SPHERE من التجربة اليومية. إذا كانت الشمس تشرق مباشرة في عينيك، فيمكنك رفع يدك لحجب الوهج حتى تتمكن من رؤية المشهد المحيط. يفعل SPHERE شيئًا مشابهًا عندما يلاحظ كوكب خارجي أو قرص الحطام. ويستخدم الكوروناغراف لحجب معظم ضوء النجم، وإدخال قرص صغير في المسار البصري الذي يزيل الوهج المركزي الساطع قبل تسجيل الصورة. هذا النهج الذي يبدو بسيطًا لا ينجح إلا إذا كان التصوير مستقرًا ودقيقًا للغاية.

لتحقيق الأداء اللازم، يستخدم SPHERE نموذجًا متقدمًا من البصريات التكيفية. يتشوه الضوء الصادر من النجوم البعيدة أثناء مروره عبر الغلاف الجوي المضطرب للأرض. يقوم SPHERE بتحليل هذه التشوهات بشكل مستمر وتصحيحها في الوقت الفعلي باستخدام مرآة قابلة للتشوه، والتي تعيد تشكيل نفسها عدة مرات في الثانية. يقوم مكون اختياري إضافي في SPHERE بعزل الضوء بخصائص محددة (“الضوء المستقطب”) التي تتميز بالضوء المتناثر بواسطة حبيبات الغبار بدلاً من أن ينشأ مباشرة من النجم. يوفر هذا التصفية زيادة إضافية في الحساسية لتصوير قرص الحطام.

مسح عميق لأقراص الحطام حول النجوم الشباب

تعرض الدراسة الجديدة مجموعة فريدة من صور قرص الحطام التي تم إنشاؤها باستخدام SPHERE من خلال مراقبة ضوء النجوم المنعكس من جزيئات الغبار الصغيرة في هذه الأنظمة.

تقول ناتاليا إنجلر (ETH Zurich)، المؤلفة الرئيسية للدراسة: “للحصول على هذه المجموعة، قمنا بمعالجة البيانات من عمليات رصد 161 نجمًا شابًا قريبًا تشير انبعاثات الأشعة تحت الحمراء الخاصة بها بقوة إلى وجود قرص حطام”. “تُظهر الصور الناتجة 51 قرصًا من الحطام مع مجموعة متنوعة من الخصائص – بعضها أصغر، وبعضها أكبر، وبعضها يُرى من الجانب، وبعضها تقريبًا وجهًا لوجه – وتنوعًا كبيرًا في هياكل الأقراص. أربعة من الأقراص لم يتم تصويرها من قبل.”

يعد العمل مع مثل هذه العينة الكبيرة والمتجانسة أمرًا بالغ الأهمية لتحديد الأنماط المتعلقة بكيفية تصرف أقراص الحطام والنجوم المضيفة لها. وفي هذه الحالة، كشف تحليل الأقراص الـ51 وخصائصها النجمية عن اتجاهات واضحة. تميل النجوم الشابة الأكثر ضخامة إلى استضافة المزيد من أقراص الحطام الضخمة. تميل الأقراص التي يوجد بها معظم الغبار والمواد بعيدًا عن النجم إلى أن تكون أكثر ضخامة.

تتبع أحزمة الكويكبات وأحزمة كويبر في أنظمة الكواكب الأخرى

أحد الجوانب الأكثر إثارة للاهتمام في صور SPHERE يكمن في الهياكل الداخلية للأقراص. يعرض العديد منها أنماطًا تشبه الحلقات أو النطاقات، حيث تتركز المواد على مسافات معينة من النجم المركزي. ويشبه هذا الترتيب إلى حد كبير ما نراه في نظامنا الشمسي، حيث تتجمع الأجسام الصغيرة في حزام الكويكبات (الكويكبات) وفي حزام كويبر (المذنبات).

يُعتقد على نطاق واسع أن هذه السمات الحلقية والحزامية قد تشكلت بواسطة الكواكب، وخاصةً العملاقة منها، التي تمهد المسارات في المواد المحيطة. وقد تم بالفعل اكتشاف بعض الكواكب العملاقة المسؤولة. وفي حالات أخرى، تشير التفاصيل الموجودة في صور SPHERE، مثل الحواف الداخلية الحادة أو التشوهات في القرص، بقوة إلى وجود كواكب لم يتم رصدها بشكل مباشر بعد. ونتيجة لذلك، يوفر مسح قرص الحطام SPHERE مجموعة غنية من الأهداف للمنشآت المستقبلية. ال تلسكوب جيمس ويب الفضائيه (JWST) و تلسكوب ESO الكبير للغاية (ELT) قيد الإنشاء حاليًا بواسطة ESO يجب أن يكون قادرًا على التقاط صور مباشرة لبعض الكواكب على الأقل التي تنحت هذه الهياكل المتربة المعقدة.

المرجع: “توصيف أقراص الحطام التي تمت ملاحظتها باستخدام SPHERE” 3 ديسمبر 2025، علم الفلك والفيزياء الفلكية.
دوى: 10.1051/0004-6361/202554953

تستأنف MPIA الرماة، MPPIA، توماس هينينج، سامانثا براون، ماتياس ساملاند، ومارك فيلت، بالتعاون (ETH Zuror)، جوليان ميلي (CNRS، IPAG، University Alpes)، نيكوللي أو فينا)، نيكوليلي أو فينا)، نيكوللي أو فينا)، نيكوللي أو فيينا)، يوهان أولوفسون (ESO)، آن ليز مير (CNRS، IPAG، جامعة جرينبل ألب)، والبطل

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