قم بالتسجيل في النشرة الإخبارية للعلوم Wonder Theory على قناة CNN. استكشف الكون بأخبار الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي والمزيد.
استخدم علماء الفلك قمرين صناعيين مختلفين للكشف عن الكواكب الخارجية لحل لغز كوني والكشف عن عائلة نادرة مكونة من ستة كواكب تقع على بعد حوالي 100 سنة ضوئية من الأرض. وقد يساعد هذا الاكتشاف العلماء على كشف أسرار تكوين الكواكب.
وتدور الكواكب الخارجية الستة حول نجم ساطع يشبه الشمس اسمه HD110067، يقع في كوكبة كوما برنيس في السماء الشمالية. وهي أكبر من الأرض ولكنها أصغر من نبتون، وتقع الكواكب في فئة غير مفهومة كثيرًا تسمى الكواكب شبه نبتون والتي توجد عادة تدور حول نجوم شبيهة بالشمس في درب التبانة. وتدور الكواكب، التي تحمل علامات b إلى g، حول النجم في رقصة سماوية تعرف باسم الرنين المداري.
هناك أنماط يمكن تمييزها عندما تكمل الكواكب مداراتها وتمارس قوى الجاذبية على بعضها البعض، وفقا لدراسة نشرت يوم الأربعاء في مجلة نيتشر. لكل ستة مدارات يكملها الكوكب b، وهو الكوكب الأقرب إلى النجم، يكمل الكوكب الأبعد g دورة واحدة.
عندما يقوم الكوكب c بثلاث دورات حول النجم، يقوم الكوكب d بدورتين، وعندما يكمل الكوكب e أربع دورات، يقوم الكوكب f بثلاث دورات.
يخلق هذا الإيقاع التوافقي سلسلة رنانة، حيث تتم محاذاة الكواكب الستة كل بضعة مدارات.
ما يجعل هذه العائلة الكوكبية اكتشافًا غير عادي هو أن القليل قد تغير منذ تشكل النظام قبل أكثر من مليار عام، ويمكن أن يسلط هذا الاكتشاف الضوء على تطور الكواكب وأصل الكواكب النبتونية الفرعية السائدة في مجرتنا الأم.
الكشف عن سر
لاحظ الباحثون النظام النجمي لأول مرة في عام 2020 عندما اكتشف القمر الصناعي لمسح الكواكب الخارجية العابرة التابع لناسا، أو TESS، انخفاضات في سطوع HD110067. غالبًا ما يشير الانخفاض في ضوء النجوم إلى وجود كوكب يمر بين نجمه المضيف وقمر مراقبة أثناء تحرك الكوكب على طول مساره المداري. يعد اكتشاف هذه الانخفاضات في السطوع، والمعروف باسم طريقة العبور، إحدى الاستراتيجيات الرئيسية التي يستخدمها العلماء لتحديد الكواكب الخارجية عبر التلسكوبات الأرضية والفضائية.
وحدد علماء الفلك الفترات المدارية لكوكبين حول النجم من بيانات عام 2020 تلك. وبعد عامين، رصد TESS النجم مرة أخرى، واقترحت الأدلة فترات مدارية مختلفة لتلك الكواكب.
عندما لم يتم جمع مجموعات البيانات، قرر عالم الفلك ومؤلف الدراسة الرئيسي رافائيل لوك وبعض زملائه إلقاء نظرة أخرى على النجم باستخدام قمر صناعي مختلف – القمر الصناعي الذي يميز الكواكب الخارجية، أو خوفو، التابع لوكالة الفضاء الأوروبية. في حين يتم استخدام TESS لمراقبة أجزاء من السماء ليلاً لأغراض المراقبة القصيرة، فإن خوفو يستخدم لرصد نجم واحد في كل مرة.
قال لوكي، باحث ما بعد الدكتوراه في قسم علم الفلك والفيزياء الفلكية بجامعة شيكاغو: “لقد ذهبنا للبحث عن إشارات بين جميع الفترات الزمنية المحتملة التي يمكن أن تمر بها تلك الكواكب”.
وقال إن البيانات التي جمعها خوفو ساعدت الفريق على حل “القصة البوليسية” التي بدأتها TESS. وتمكن خوفو من تحديد وجود كوكب ثالث في النظام، وهو ما كان حاسما في تأكيد الفترات المدارية للكوكبين الآخرين، فضلا عن رنينهما الإيقاعي.
وبينما قام الفريق بمطابقة بقية بيانات TESS غير المبررة مع ملاحظات خوفو، اكتشفوا الكواكب الثلاثة الأخرى التي تدور حول النجم. وأكدت عمليات المتابعة باستخدام التلسكوبات الأرضية وجود الكواكب.
ساعد الوقت المخصص لخوفو في مراقبة النجم علماء الفلك على التخلص من الإشارات المختلطة من بيانات TESS لتحديد عدد الكواكب التي كانت تعبر أمام النجم وصدى مداراتها.
“لقد أعطانا خوفو هذا التكوين الرنان الذي سمح لنا بالتنبؤ بجميع الفترات الأخرى. قال لوكي: “لولا هذا الكشف من خوفو، لكان الأمر مستحيلاً”.
يستغرق أقرب كوكب ما يزيد قليلاً عن تسعة أيام أرضية لإكمال مداره حول النجم، ويستغرق الكوكب الأبعد حوالي 55 يومًا. تتمتع جميع الكواكب بدورات أسرع حول نجمها من عطارد، الذي يستغرق 88 يومًا لإكمال دورة واحدة حول الشمس.
ونظرًا لمدى قربها من HD110067، فمن المحتمل أن تتمتع الكواكب بمتوسط درجات حرارة شديدة مماثلة لعطارد والزهرة، وتتراوح بين 332 درجة فهرنهايت و980 درجة فهرنهايت (167 درجة مئوية و527 درجة مئوية).
لماذا يهم إيقاع الكواكب
يمكن أن يكون تكوين الأنظمة الكوكبية، مثل نظامنا الشمسي، عملية عنيفة. بينما يعتقد علماء الفلك أن الكواكب تميل إلى التشكل في البداية في حالة رنين حول النجوم، فإن تأثير الجاذبية للكواكب الضخمة، أو اصطدامها بنجم عابر أو الاصطدام بجرم سماوي آخر يمكن أن يخل بالتوازن التوافقي.
وقال لوكي إن معظم أنظمة الكواكب ليست في حالة رنين، وتلك التي تحتوي على كواكب متعددة حافظت على مداراتها الإيقاعية الأولية نادرة، ولهذا السبب يريد علماء الفلك دراسة HD110067 وكواكبها باعتبارها “أحفورة نادرة” بالتفصيل.
وقال لوكي في بيان: “نعتقد أن حوالي واحد بالمائة فقط من جميع الأنظمة تبقى في حالة رنين”. “إنه يوضح لنا التكوين الأصلي لنظام كوكبي لم يمسه أحد.”
وهذا الاكتشاف هو المرة الثانية التي يساعد فيها خوفو في الكشف عن نظام كوكبي ذو رنين مداري. تم الإعلان عن الأول، المعروف باسم TOI-178، في عام 2021.
“وعلى حد تعبير فريقنا العلمي: خوفو يجعل الاكتشافات الرائعة تبدو عادية. وقال ماكسيميليان غونتر، عالم مشروع خوفو التابع لوكالة الفضاء الأوروبية، في بيان: “من بين ثلاثة أنظمة رنين معروفة مكونة من ستة كواكب، يعد هذا الآن هو النظام الثاني الذي عثر عليه خوفو، وخلال ثلاث سنوات فقط من العمليات”.
هدف مراقبة مثالي
وقال مؤلفو الدراسة إنه يمكن استخدام النظام أيضًا لدراسة كيفية تشكل الكواكب النبتونية الفرعية.
في حين أن الكواكب الفرعية نبتون شائعة في مجرة درب التبانة، إلا أنها غير موجودة في نظامنا الشمسي. وقال لوكي إن هناك اتفاقًا ضئيلًا بين علماء الفلك حول كيفية تشكل هذه الكواكب ومما تتكون، لذا فإن النظام بأكمله الذي يتكون من كواكب نبتون فرعية يمكن أن يساعد العلماء في تحديد المزيد عن أصلها.
تم العثور على العديد من الكواكب الخارجية التي تدور حول نجوم قزمة أكثر برودة وأصغر بكثير من شمسنا، مثل نظام TRAPPIST-1 الشهير وكواكبه السبعة، التي تم الإعلان عنها في عام 2017. في حين أن نظام TRAPPIST-1 يحتوي أيضًا على سلسلة رنانة، فإن خافت النجم المضيف يجعل الملاحظات صعبة.
لكن HD110067، الذي تبلغ كتلته 80% من كتلة شمسنا، هو ألمع نجم معروف وله أكثر من أربعة كواكب في مداره، لذا فإن مراقبة النظام أسهل بكثير.
وتشير الاكتشافات الأولية لكتلة الكواكب إلى أن بعضها يتمتع بأجواء منتفخة غنية بالهيدروجين، مما يجعلها أهدافًا مثالية للدراسة لتلسكوب جيمس ويب الفضائي. ومع مرور ضوء النجوم عبر الغلاف الجوي للكواكب، يمكن استخدام ويب لتحديد تكوين كل عالم.
“يبدو أن الكواكب الموجودة تحت نبتون في نظام HD110067 لها كتل منخفضة، مما يشير إلى أنها قد تكون غنية بالغاز أو الماء. وقالت المؤلفة المشاركة في الدراسة جو آن إيجر، طالبة الدكتوراه في الفيزياء الفلكية بجامعة برن في سويسرا: “إن الملاحظات المستقبلية، على سبيل المثال باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي، لهذه الأجواء الكوكبية يمكن أن تحدد ما إذا كانت الكواكب تحتوي على هياكل داخلية صخرية أو غنية بالمياه”. بالوضع الحالي.
لمزيد من الأخبار والنشرات الإخبارية لـ CNN، قم بإنشاء حساب على CNN.com