اكتشف العلماء أن بعض الكواكب قد تهاجر نحو قلوب أنظمتها الكوكبية في وقت مبكر من حياتها، مما قد يفسر عدم وجود كواكب نراها والتي يبلغ عرضها حوالي ضعف عرض الأرض.
على مر السنين، تمكن العلماء من مراقبة العديد من الكواكب الخارجية التي تكون إما أصغر أو أكبر من الأرض، لكن الكواكب التي يتراوح حجمها بين 1.6 و 2.2 مرة حجم عالمنا نادرة نسبيًا. على وجه الخصوص، يبدو أن الكواكب الخارجية التي تم تعريفها على أنها أرض عملاقة أو نبتون صغيرة مفقودة في الفضاء. يتم تصنيفها على هذا النحو إذا كانت أكبر قليلاً من ضعف حجم كوكبنا، ولكنها لا تزال أصغر من العملاق الجليدي نبتون.
وهكذا أصبح غياب هذه الكواكب يُعرف باسم “وادي نصف القطر” أو “فجوة نصف القطر”، وقد أزعج العلماء لفترة طويلة.
لكن الآن، تشير الأبحاث الجديدة إلى أن كواكب الأرض الفائقة ونبتون الصغيرة “المفقودة” ربما اتخذت طرقًا مختلفة للخروج من وادي نصف القطر.
وقال ريمو بيرن، خبير الكواكب الخارجية في معهد ماكس بلانك لعلم الفلك، في بيان: “قبل ستة أعوام، كشفت إعادة تحليل البيانات من تلسكوب كيبلر الفضائي عن نقص في الكواكب الخارجية التي يبلغ حجمها حوالي نصف قطر الأرض”.
متعلق ب: مفاجأة! قد تبدو الكواكب الخارجية الصغيرة مثل حلوى سمارتيز وليست كروية
لقد عرف العلماء منذ سنوات عديدة أن الكواكب يمكن أن تتحرك باتجاه نجومها الأم أو بعيدًا عنها بعد تكوينها، ولكن ما لم يكن معروفًا سابقًا هو مدى فعالية هذه الهجرة في إنشاء وادي نصف القطر.
يقول بيرن إن التفسير الأكثر شيوعًا للوادي يتعلق بالنجوم التي تشع الكواكب المحيطة بها عن كثب، مما يؤدي إلى تجريد تلك الكواكب من الغلاف الجوي وتسببها في تقلصها. لكن هذه النظرية في حد ذاتها لم تكن مرضية بالنسبة له. وأوضح أن “هذا التفسير يتجاهل تأثير هجرة الكواكب”.
وهكذا، قاد بيرن فريقًا من الباحثين الذين شرعوا في التحقيق فيما إذا كانت هجرة الكواكب يمكن أن تكمل التفسير القياسي وتشرح بشكل أكبر السبب وراء رؤية عدد قليل جدًا من كواكب الأرض الفائقة ونبتون الصغيرة تدور بالقرب من نجومها.
تتقلص الكواكب الأرضية العملاقة بينما تنمو الكواكب الفرعية
نظرًا لأن الكوكبين اللذين يشغلان فجوة نصف القطر، أي الأرض الفائقة ونبتون الصغيرة، كلاهما غائبان عن النظام الشمسي، فلا يستطيع العلماء دراسة أي منهما عن قرب. ومع ذلك، فإن الباحثين متأكدون إلى حد ما من أن الكواكب الأرضية الفائقة هي كواكب صخرية أو أرضية، في حين أن خصائص الكواكب الصغيرة نبتون أقل يقينًا بكثير.
ما يتفق عليه العلماء أيضًا هو أن الكواكب الصغيرة نبتون، والمعروفة أيضًا باسم نبتونات فرعية، يجب أن يكون لها غلاف جوي يتجاوز بكثير تلك الموجودة في الكواكب الصخرية.
أراد بيرن والفريق معرفة ما إذا كانت هذه الحقيقة يمكن أن تلعب دورًا في إنشاء وادي نصف القطر، وما إذا كان وجود هذا الوادي في حد ذاته يمكن أن يشير إلى تكوينات وتطورات مختلفة جدًا لكواكب الأرض الفائقة ونبتون الصغيرة.
أثناء إجراء إعادة تحليل لمحاكاة أجراها الفريق في عام 2020، أخذ بيرن وزملاؤه في الاعتبار العمليات التي تحدث في أقراص الغاز والغبار المحيطة بالنجوم الشابة والتي تؤدي إلى ظهور كواكب جديدة، وظهور الغلاف الجوي، وهجرة الكواكب.
من الأمور الحاسمة في عملية المحاكاة، وفي تطوير حل محتمل لوادي نصف القطر – الذي يؤثر أيضًا على هجرة الكواكب – كان فهم كيفية عمل الماء عبر نطاق واسع من الضغوط ودرجات الحرارة. وذلك لأن هذه المعلمات تسمح بحساب أكثر واقعية لسلوك الكواكب الفرعية نبتون.
وقال توماس هينينج، عضو الفريق ومدير MPIA، في البيان: “من اللافت للنظر كيف تؤثر الخصائص الفيزيائية على المستويات الجزيئية، كما في هذه الحالة، على العمليات الفلكية واسعة النطاق مثل تكوين الأجواء الكوكبية”.
وجد الفريق أن التحرك نحو النجم الأم كان له تأثيرات مختلفة تمامًا على كل من الكواكب الأرضية الفائقة ونبتون الصغيرة.
تولد نبتونات صغيرة بعيدًا عن النجوم الأم في المناطق الخارجية الجليدية لأنظمتها. أدرك الفريق أنه بينما تبقى بعض هذه الكواكب في مكان ميلادها هذا، وتتلقى جرعات منخفضة من الإشعاع من نجمها، فإن كواكب نبتون الصغيرة التي تهاجر نحو الداخل نحو نجمها ستذوب مادتها الجليدية.
وهذا من شأنه أن يخلق جوًا مائيًا سميكًا حول هذه الكواكب الخارجية، وبالتالي زيادة أنصاف أقطارها وتحويل عرضها إلى ما هو أبعد من الكواكب الموجودة في فجوة نصف القطر. وهذا ممكن لأن الملاحظات الحالية للعوالم خارج النظام الشمسي لا يمكنها التفريق بين الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية والأجزاء الصلبة عند حساب العرض. ولذلك، يقدر العلماء أن هذا التأثير يسبب ذروة في الكواكب الخارجية بحجم 2.4 مرة حجم الأرض.
من ناحية أخرى، فإن الكواكب الأرضية الفائقة التي إما تهاجر نحو نجمها المضيف أو تولد قريبة جدًا، سيتم تجريد غلافها الجوي بسبب الإشعاع المكثف لنجومها. وهذا من شأنه أن يجبر العوالم على فقدان غلافها الجوي وتصبح أصغر حجمًا. ويقول الفريق إن هذا التأثير من شأنه أن يخلق نواة صخرية عارية ويسبب ذروة في أحجام الكواكب الخارجية تبلغ 1.4 مرة فقط عرض الأرض.
ببساطة، هذا يعني أنه بينما تتحرك كواكب نبتون الصغيرة خارج الوادي نصف القطر في اتجاه واحد، تقوم الكواكب الأرضية الفائقة بإخلائها عبر المخرج المقابل. وتؤدي كلتا الآليتين إلى ندرة الكواكب التي يبلغ عرضها ضعف عرض الأرض.
قصص ذات الصلة:
– اكتشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي أدلة حول كيفية تشكل الأرض منذ مليارات السنين
– هناك عالمان شبيهان بالأرض يحتمل أن يكونا صالحين للسكن يدوران حول نجم في الفناء الخلفي للكون
– تم رصد كوكبين خارجيين من نوع “الأرض الفائقة” في المنطقة الصالحة للسكن لنجم قريب
يمكن لعمليات المحاكاة التي أجراها الفريق لكشف هذا اللغز أن يكون لها أيضًا تأثير في مجالات أخرى من علوم الكواكب الخارجية.
وقال كريستوف مورداسين، عضو الفريق ورئيس قسم أبحاث الفضاء وعلوم الكواكب في جامعة كاليفورنيا: “إذا أردنا توسيع نتائجنا لتشمل المناطق الأكثر برودة، حيث يكون الماء سائلاً، فقد يشير هذا إلى وجود عوالم مائية ذات محيطات عميقة”. وقال برن في البيان. “من المحتمل أن تستضيف مثل هذه الكواكب الحياة وستكون أهدافًا واضحة نسبيًا للبحث عن المؤشرات الحيوية بفضل حجمها.”
نُشر بحث الفريق في 9 فبراير في مجلة Nature Astronomy.