يبحث علماء الفلك عن كواكب في طور التشكل حول النجوم الوليدة باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST). وسرعان ما قام التلسكوب الفضائي القوي بتسليم البضائع، وإن كان بطريقة غير متوقعة.
تتشكل هذه الكواكب الناشئة في كتل دوامية من الغاز والغبار تسمى أقراص الكواكب الأولية، وتجمع كتلة أكبر أثناء قيامها بذلك. لقد صورت البشرية العديد من أقراص الكواكب الأولية هذه، لكن علماء الفلك لم يلمحوا الكواكب المتشكلة داخلها إلا عدة مرات حتى الآن.
الآن، أضاف فريق بقيادة علماء من جامعة ميشيغان، وجامعة أريزونا، وجامعة فيكتوريا قوة أدوات الأشعة تحت الحمراء الحساسة في تلسكوب جيمس ويب الفضائي إلى هذا المسعى. استخدم الفريق النطاق الكبير لمراقبة أقراص الكواكب الأولية HL Tau وSAO 206462 وMWC 758، مضيفًا ملاحظات إلى البيانات التي جمعها تلسكوب هابل الفضائي ومصفوفة أتاكاما المليمترية الكبيرة (ALMA) على أمل اكتشاف تشكل كوكب.
وكشف التحقيق أيضًا عن تفاعلات غير مرئية حتى الآن بين أقراص الكواكب الأولية وأغلفة الغاز الأقرب إلى النجوم التي تقع في قلب هذه الأقراص.
متعلق ب: يحتوي القرص المكوّن للكوكب الخاص بالنجم الصغير على كمية من الماء أكبر بثلاث مرات من جميع محيطات الأرض
وقال غابرييل كوجنو، عضو الفريق وعالم الفلك بجامعة ميشيغان، في بيان: “في الأساس، في كل قرص لاحظناه بدقة وحساسية عالية بما فيه الكفاية، رأينا هياكل كبيرة مثل الفجوات والحلقات، وفي حالة SAO 206462، الحلزونات”. . “يمكن تفسير معظم هذه الهياكل، إن لم يكن كلها، من خلال تفاعل تشكل الكواكب مع مادة القرص، ولكن توجد تفسيرات أخرى لا تنطوي على وجود كواكب عملاقة.
“إذا تمكنا أخيرًا من رؤية هذه الكواكب، فيمكننا ربط بعض الهياكل مع رفاق التكوين وربط عمليات التكوين بخصائص الأنظمة الأخرى في مراحل لاحقة. يمكننا أخيرًا ربط النقاط وفهم كيفية تطور الكواكب والأنظمة الكوكبية مع تطورها”. ككل.”
العثور على كوكب غير متوقع
قاد كوجنو تحقيقًا في تلسكوب جيمس ويب الفضائي حول القرص الكوكبي الأولي حول النجم الأولي SAO 206462. النجم الأولي هو جسم نجمي لم يتراكم بعد كتلة كافية لتحفيز اندماج الهيدروجين مع الهيليوم في قلبه، وهي العملية التي تحدد تسلسلًا رئيسيًا مكتملًا. نجمة مثل الشمس.
في قرص الكواكب الأولية حول SAO 206462، رصد الفريق إشارات لكوكب يتشكل، ولكن مع تطور: لم يكن الكوكب الذي كانوا يتوقعون رؤيته.
“تشير العديد من عمليات المحاكاة إلى أن الكوكب يجب أن يكون داخل القرص، ضخمًا وكبيرًا وساخنًا ومشرقًا. لكننا لم نجده. وهذا يعني إما أن الكوكب أبرد بكثير مما نعتقد، أو قد يكون محجوبًا ببعض المواد”. وتابع كوجنو: “هذا يمنعنا من رؤيته”. “ما وجدناه هو كوكب مرشح مختلف، ولكن لا يمكننا أن نقول على وجه اليقين بنسبة 100٪ ما إذا كان كوكبا أو نجما خافتا أو مجرة في الخلفية يلوث صورتنا.
“ستساعدنا الملاحظات المستقبلية على فهم ما ننظر إليه بالضبط.”
هذه ليست المرة الأولى التي يتم فيها التركيز على قرص SAO 206462. قام هابل وألما والتلسكوب الكبير جدًا (VLT) بدراسة هذا القرص الكوكبي الأولي، وكشفت هذه الملاحظات أنه يتكون من حلزونين قويين.
من المحتمل أن يتم إنشاء هذه اللوالب بواسطة كوكب متشكل. قبل البحث عن هذا الكوكب باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي، كان الفريق يتوقع رؤية كوكب غازي عملاق يتكون معظمه من الهيليوم، مثل زحل أو المشتري.
وقال كوجنو: “المشكلة هي أن كل ما نحاول اكتشافه هو أكثر خفوتاً من النجم بمئات الآلاف، إن لم يكن بملايين المرات”. “هذا مثل محاولة اكتشاف مصباح كهربائي صغير بجوار منارة.”
سمحت كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRCam) الخاصة بـ JWST لكوجنو وزملائه بالتعمق أكثر في قرص SAO 206462 واكتشاف الطاقة الحرارية من الكوكب، والتي يتم إطلاق بعضها عندما تسقط المواد عليه بسرعات عالية.
وقال كوجنو: “عندما تسقط مادة على الكوكب، فإنها تصطدم بالسطح وتطلق خط انبعاث بأطوال موجية محددة”. “نحن نستخدم مجموعة من المرشحات ضيقة النطاق لمحاولة اكتشاف هذا التراكم. وقد تم القيام بذلك من قبل من الأرض عند الأطوال الموجية الضوئية، ولكن هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها ذلك في الأشعة تحت الحمراء باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي.”
يشير هذا إلى وجود كوكب منفصل عن النجم الأولي المركزي بنحو 300 مرة ضعف المسافة بين الأرض والشمس. عادةً ما تتشكل الكواكب الغازية العملاقة بالقرب من نجومها أكثر من ذلك، حيث يهاجر بعضها إلى الخارج بعد تبدد القرص الكوكبي الأولي.
استبعدت نتائج NIRCam وجود جسم في القرص كتلته أكبر من 2.2 مرة كتلة كوكب المشتري، وخلص كوجنو وزملاؤه إلى أنه إذا كان هناك عملاق غازي يحفر الحلزونات الأنيقة لقرص الكواكب الأولية لـ SAO 206462، فيجب أن يكون موجودًا. يكون باردا جدا.
متعلق ب: الكواكب الخارجية: كل ما تحتاج لمعرفته حول العوالم خارج نظامنا الشمسي
يمتلك النجم الأصغر العناصر المناسبة لتكوين الكوكب
بينما كان كوجنو وزملاؤه ينظرون إلى القرص حول SAO 206462، استخدم الباحث كامرين مولين من جامعة فيكتوريا تلسكوب جيمس ويب الفضائي لدراسة النجم HL Tauri (HL Tau). يقع هذا الطفل على بعد حوالي 450 سنة ضوئية من الأرض، وقد تم فحصه أيضًا بواسطة مجموعة كبيرة من التلسكوبات.
مع أن عمره المقدر لا يزيد عن مليون سنة (مقارنة بشمسنا المتوسطة العمر البالغة 4.6 مليار سنة)، يعد HL Tau أصغر نجم في تحقيق القرص الكوكبي الأولي التابع لـ JWST.
وقال مولين: “إن HL Tau هو أحدث نظام في مسحنا ولا يزال محاطًا بتدفق كثيف من الغبار والغاز المتساقط على القرص”. “لقد اندهشنا من مستوى التفاصيل التي تمكنا من خلالها رؤية هذه المادة المحيطة باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي، ولكن لسوء الحظ، فإنها تحجب أي إشارات من الكواكب المحتملة.”
من المعروف أن قرص HL Tau يحتوي على عدد من الفجوات والحلقات بحجم النظام الشمسي التي يمكن أن تستضيف الكواكب. ومع ذلك، نظرًا لمدى امتلاء القرص بالغبار وشباب النظام، فمن غير المرجح أن يرى تلسكوب جيمس ويب الفضائي الكواكب المحيطة بـ HL Tau مباشرة.
تمكن الفريق من تمييز ميزة تسمى الغلاف النجمي الأولي مع تلسكوب جيمس ويب الفضائي. يمثل هذا التدفق الكثيف للغبار والغاز الذي بدأ يتجمع حول HL Tau. وتتدفق هذه المادة الخام إلى النجم وقرصه من الوسط البينجمي والغاز والغبار الموجود بين النجوم، وستكون في النهاية بمثابة المادة الخام لولادة الكواكب.
يستمر البحث عن تكوين الكواكب!
قام كيفن واجنر، زميل هابل/ساجان التابع لناسا في مرصد ستيوارد بجامعة أريزونا، بفحص القرص الكوكبي الأولي لـ MWC 758 باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي. هذا قرص كوكبي أولي آخر ذو أذرع حلزونية يمكن أن يشير إلى وجود كوكب ضخم.
فشل هذا الكوكب المحتمل وأي كوكب آخر في الظهور في دراسة الفريق، لكن حساسية وقوة تلسكوب جيمس ويب الفضائي سمحت لهم بوضع قيود على أي كواكب محتملة التكوين داخل هذا القرص الكوكبي الأولي. وتضمن ذلك استبعاد احتمال وجود كواكب على أطراف القرص بعيدة عن النجم MWC 758.
قال فاغنر: “إن قلة الكواكب المكتشفة في الأنظمة الثلاثة تخبرنا أن الكواكب التي تسبب الفجوات والأذرع الحلزونية إما قريبة جدًا من نجومها المضيفة أو خافتة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي”. “إذا كان الأخير صحيحًا، فهو يخبرنا أنها ذات كتلة منخفضة نسبيًا، أو درجة حرارة منخفضة، أو مغطاة بالغبار، أو مزيج من الثلاثة – كما هو الحال على الأرجح في MWC 758.”
قصص ذات الصلة:
— تلسكوب جيمس ويب الفضائي يجد الماء والميثان في الغلاف الجوي لكوكب المشتري الدافئ.
– يخترق تلسكوب جيمس ويب الفضائي الغبار ليجد مجرة شبحية قديمة
– تلسكوب جيمس ويب الفضائي يحدق في حديقة مجرية مليئة بالنجوم الناشئة (صورة)
وقال الباحثون إن مثل هذه التحقيقات في تكوين الكواكب حول النجوم الشابة لها أهمية حيوية في فهم كيفية توزيع المواد عبر الأنظمة الشابة وكيف وصلت التجمعات الناضجة مثل النظام الشمسي.
وقال مايكل ماير، عضو الفريق والفلكي بجامعة ميشيغان: “حوالي 15% فقط من النجوم مثل الشمس لديها كواكب مثل المشتري. ومن المهم حقًا أن نفهم كيف تتشكل وتتطور وتنقيح نظرياتنا”. “يعتقد بعض علماء الفلك أن هذه الكواكب الغازية العملاقة تنظم توصيل المياه إلى الكواكب الصخرية التي تتشكل في الأجزاء الداخلية من الأقراص.”
وبالتالي، قد يكون هذا البحث في نهاية المطاف حاسمًا لفهم كيفية تشكل الأرض وكيف أصبحت قادرة على دعم الحياة.
تمت مناقشة بحث الفريق في ثلاث أوراق بحثية نشرت الأسبوع الماضي في المجلة الفلكية.