لدى علماء الفلك الآن طريقة لمعرفة كيفية القيام بذلك الكواكب الغازية العملاقة شكل، وذلك بفضل اكتشاف من قبل تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) من الأمونيا “isotopologues”، وهي جزيئات تحتوي على نفس العناصر ولكن بأعداد مختلفة من النيوترونات.
نواة ان ذرة مصنوع من مجموعة من البروتونات و النيوتروناتوعلى الرغم من أن عدد البروتونات داخل العنصر لا يتغير – على سبيل المثال، تحتوي ذرات الكربون دائمًا على ستة بروتونات، وتحتوي ذرات النيتروجين دائمًا على سبعة بروتونات – إلا أن عدد النيوترونات يمكن أن يختلف. وعندما يحدث هذا الاختلاف، تتحول الذرة إلى نظير. عندما تكون النظائر جزءًا من جزيء أكبر، فإننا نطلق عليها اسم النظائر.
على سبيل المثال، يحتوي نظير الكربون-12 (12C) على ستة بروتونات وستة نيوترونات، لكن نظير الكربون-13 (13C) أثقل، حيث يحتوي على ستة بروتونات وسبعة نيوترونات. تُستخدم هذه النسبة من 12C إلى 13C بشكل شائع لاستنتاج تفاصيل حول تاريخ أنظمة الكواكب، لأن النظائر المختلفة لها خصائص مختلفة قليلًا وأصول مختلفة.
متعلق ب: قد يشير الاكتشاف “الصادم” لتلسكوب جيمس ويب الفضائي إلى وجود قمر خارجي مخفي حول “نجم فاشل”
بينما تم اكتشاف العديد من النظائر المختلفة في أجواء الكواكب النظام الشمسي، المسافات الكبيرة ل الكواكب الخارجية ويعني ذلك أنه حتى الآن، فإن النظائر الوحيدة التي يمكن اكتشافها في الأغلفة الجوية للكواكب الخارجية هي 12C و13C.
ومع ذلك، فإن هذا يتغير الآن بفضل تلسكوب جيمس ويب الفضائي وفريق يقوده علماء الفلك ديفيد بارادو، وبول موليير، وبوليخرونيس باتابيس من مركز علم الأحياء الفلكي في مدريد.
استخدموا أداة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (MIRI) الخاصة بـ JWST للكشف عن نظائر الأمونيا في الغلاف الجوي البارد قزم بني المعروف باسم WISE-J1828، والذي يقع على 32.5 سنة ضوئية بعيدًا في اتجاه كوكبة ليرا الصيفية، القيثارة. القزم البني بارد جدًا لدرجة أن درجة حرارته تقدر بـ 100 درجة مئوية فقط (212 درجة فهرنهايت)
لكي نكون واضحين، القزم البني ليس كوكبًا من الناحية الفنية؛ إنه “نجم فاشل” أو جسم ليس ضخمًا بما يكفي للاشتعال الاندماج النووي تفاعلات الهيدروجين داخل قلبه. ومع ذلك، تعتبر الأقزام البنية بديلًا جيدًا لبعض الكواكب العملاقة.
وجد طيف MIRI الخاص بـ WISE-J1828 بخار الماء والميثان والأمونيا. الثلاثة جميعها هي عناصر أساسية في الغلاف الجوي للعملاق الغازي والقزم البني، ولكن ما كان غير عادي هنا هو الالتواء في الخطوط الطيفية التي تشير إلى وجود نظيرين مختلفين للأمونيا. الأمونيا هو جزيء يتكون من ذرة واحدة من النيتروجين وثلاث ذرات هيدروجين، وبالتالي له الصيغة الكيميائية NH3. في أحد النظائر، تحتوي ذرة النيتروجين الموجودة داخل الأمونيا على سبعة بروتونات وسبعة نيوترونات، ومن ثم يُسمى نظير الأمونيا هذا بـ 14NH3. نظير آخر يحتوي على سبعة بروتونات وثمانية نيوترونات، ويسمى 15NH3.
قامت ملاحظات JWST بقياس نسبة 670 إلى 1 من 14NH3 مقارنة بـ15NH3. بمعنى آخر، مقابل كل نظير نيتروجين 15N، يوجد 670 نظير 14N في الغلاف الجوي للكوكب WISE-J1828.
وفي نظامنا الشمسي، هذه النسبة أقل بكثير. على سبيل المثال، على أرض، النسبة هي 272 إلى 1 فقط. ويُعتقد أن الـ 15 نيوتن الإضافية على كوكبنا جاءت من المذنبات، والتي تحتوي بطبيعة الحال على تركيزات أعلى تبلغ 15N. كواكب المجموعة الشمسية بما فيها العمالقة الغازية مثل كوكب المشترييُعتقد أن جميعها قد تشكلت من “من الأسفل إلى الأعلى” عبر عملية تراكم الأجسام الأصغر مثل المذنبات. نتوقع أن الجسم الذي تشكل في الاتجاه المعاكس، من “أعلى إلى أسفل” عبر الانهيار الجاذبي المباشر لسحابة الغاز الجزيئية، لم يخضع لعملية التراكم وبالتالي يحتوي على أقل من 15 نيوتن.
قصص ذات الصلة:
– يشير تلسكوب جيمس ويب الفضائي إلى وجود شفق غامض فوق “النجم الفاشل”
– اكتشف المتطوعون ما يقرب من 100 قزم بني بارد بالقرب من شمسنا
— “النجم الفاشل” هو أبرد مصدر لموجات الراديو تم اكتشافه على الإطلاق
الأقزام البنية، مثل النجوم، تتشكل بهذه الطريقة من أعلى إلى أسفل، وتدعم قياسات MIRI لنظائر الأمونيا هذا الأمر. ويشتبه أيضًا في أنه بينما كوكب المشتري و زحل تشكلت بعض عمالقة الغاز الضخمة من الأسفل إلى الأعلى، خاصة تلك البعيدة عن نجمها الأم، من أعلى إلى أسفل. إذا كان القزم البني نجمًا فاشلًا، فإن هذه الكواكب العملاقة ستكون أشبه بالأقزام البنية الفاشلة.
الحيلة هي إثبات أن الكوكب قد تشكل بطريقة من أعلى إلى أسفل. الآن، أثبت WISE-J1828، من حيث المبدأ، أن نظائر الأمونيا التي تعمل كتتبع لعملية التكوين من أعلى إلى أسفل يمكن التعرف عليها بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي. وبالتالي، فإن المرحلة التالية هي توجيه التلسكوب الفضائي نحو بعض الكواكب الخارجية العملاقة لمعرفة ما إذا كان جهاز MIRI الخاص به يمكنه تحديد نسبة نظائر الأمونيا الخاصة بها، وأخيرًا حل أحد أكبر ألغاز تكوين الكواكب: كيف تولد الكواكب العملاقة حقًا؟
وقد نشر البحث العام الماضي في المجلة طبيعة.