كوكب ضخم كبير جدًا بالنسبة لشمسه يدفع علماء الفلك إلى إعادة التفكير في تكوين الكواكب الخارجية

تخيل أنك مزارع تبحث عن البيض في حظيرة الدجاج – ولكن بدلاً من بيضة الدجاج، تجد بيضة نعامة، أكبر بكثير من أي شيء يمكن أن تضعه دجاجة.

هذا ما شعر به فريقنا من علماء الفلك عندما اكتشفنا كوكبًا ضخمًا، أثقل من الأرض بأكثر من 13 مرة، حول نجم أحمر بارد وخافت، أقل كتلة من شمس الأرض بتسع مرات، في وقت سابق من هذا العام.

النجم الأصغر، والذي يسمى نجم M، ليس فقط أصغر من الشمس في النظام الشمسي للأرض، ولكنه أقل سطوعًا بمقدار 100 مرة. لا ينبغي أن يحتوي مثل هذا النجم على الكمية اللازمة من المواد في قرصه المشكل للكوكب حتى يولد مثل هذا الكوكب الضخم.

مكتشف كوكب المنطقة الصالحة للسكن

على مدى العقد الماضي، قام فريقنا بتصميم وبناء أداة جديدة في ولاية بنسلفانيا قادرة على اكتشاف الضوء الصادر من هذه النجوم الخافتة والباردة بأطوال موجية تتجاوز حساسية العين البشرية – في الأشعة تحت الحمراء القريبة – حيث تنبعث هذه النجوم الباردة معظمها. ضوءهم.

يمكن لأداتنا، التي أُطلق عليها اسم مكتشف الكواكب في المنطقة الصالحة للسكن، والمرتبطة بتلسكوب هوبي-إيبرلي الذي قطره 10 أمتار في غرب تكساس، قياس التغير الطفيف في سرعة النجم عندما يجذبه الكوكب بفعل الجاذبية. تعتبر هذه التقنية، التي تسمى تقنية السرعة الشعاعية دوبلر، رائعة لاكتشاف الكواكب الخارجية.

“كوكب خارجي” هو مزيج من الكلمتين “خارج المجموعة الشمسية” و”كوكب”، لذا ينطبق المصطلح على أي جسم بحجم كوكب يدور حول نجم غير شمس الأرض.

قبل ثلاثين عامًا، مكنت عمليات رصد السرعة الشعاعية دوبلر من اكتشاف 51 بيجاسي بي، وهو أول كوكب خارج المجموعة الشمسية معروف يدور حول نجم يشبه الشمس. وفي العقود التالية، قام علماء الفلك مثلنا بتحسين هذه التقنية. تهدف هذه القياسات الأكثر دقة بشكل متزايد إلى تحقيق هدف مهم: وهو تمكين اكتشاف الكواكب الصخرية في المناطق الصالحة للسكن، وهي المناطق المحيطة بالنجوم حيث يمكن الحفاظ على الماء السائل على سطح الكواكب.

لا تمتلك تقنية الدوبلر حتى الآن القدرة على اكتشاف كواكب منطقة صالحة للسكن كتلتها كتلة الأرض وتدور حول نجوم بحجم الشمس. لكن نجوم M الباردة والقاتمة تظهر توقيع دوبلر أكبر لنفس الكوكب بحجم الأرض. تؤدي الكتلة المنخفضة للنجم إلى جره بشكل أكبر من قبل الكوكب الذي يدور حوله. ويؤدي اللمعان المنخفض إلى منطقة أقرب للسكن ومدار أقصر، مما يجعل اكتشاف الكوكب أسهل أيضًا.

الكواكب التي تدور حول هذه النجوم الصغيرة هي الكواكب التي صمم فريقنا أداة اكتشاف الكواكب في المنطقة الصالحة للسكن لاكتشافها. كان اكتشافنا الجديد، الذي نُشر في مجلة Science، لكوكب ضخم يدور بشكل وثيق حول النجم M الخافت البارد LHS 3154 – بيضة النعامة في حظيرة الدجاج – بمثابة مفاجأة حقيقية.

LHS 3154b: الكوكب الذي لا ينبغي أن يكون موجودًا

تتشكل الكواكب على شكل أقراص مكونة من الغاز والغبار. تقوم هذه الأقراص بجمع حبيبات الغبار التي تنمو لتشكل حصوات، ثم تتحد في النهاية لتشكل نواة كوكبية صلبة. بمجرد تشكيل النواة، يمكن للكوكب أن يسحب الغبار الصلب، وكذلك الغاز المحيط به مثل الهيدروجين والهيليوم. لكنها تحتاج إلى الكثير من الكتلة والمواد للقيام بذلك بنجاح. تسمى هذه الطريقة لتكوين الكواكب التراكم الأساسي.

يجب أن يكون لنجم منخفض الكتلة مثل LHS 3154، وهو أقل كتلة من الشمس تسع مرات، قرصًا مطابقًا لتكوين كوكب منخفض الكتلة.

لا ينبغي أن يحتوي القرص النموذجي الذي يدور حول نجم منخفض الكتلة على ما يكفي من المواد الصلبة أو الكتلة ليتمكن من تكوين نواة ثقيلة بما يكفي لإنشاء مثل هذا الكوكب. ومن عمليات المحاكاة الحاسوبية التي أجراها فريقنا، خلصنا إلى أن مثل هذا الكوكب يحتاج إلى قرص أكبر بعشر مرات على الأقل مما يُفترض عادة من الملاحظات المباشرة للأقراص المكونة للكواكب.

هناك نظرية مختلفة لتكوين الكوكب، وهي عدم استقرار الجاذبية – حيث يتعرض الغاز والغبار الموجود في القرص لانهيار مباشر لتكوين كوكب – وتكافح أيضًا لتفسير تكوين مثل هذا الكوكب بدون قرص ضخم جدًا.

الكواكب حول النجوم الأكثر شيوعا

نجوم M الباردة والخافتة هي النجوم الأكثر شيوعًا في مجرتنا. في تقاليد دي سي كوميكس، عالم سوبرمان الأصلي، كوكب كريبتون، يدور حول نجم قزم من النوع M.

يعرف علماء الفلك، من خلال الاكتشافات التي تم إجراؤها باستخدام أداة Habitable Zone Planet Finder وغيرها من الأدوات، أن الكواكب العملاقة التي تدور في مدارات قريبة حول النجوم M الأكثر ضخامة هي أندر بعشر مرات على الأقل من تلك الموجودة حول النجوم الشبيهة بالشمس. ونحن لا نعلم بوجود مثل هذه الكواكب الضخمة في مدارات قريبة حول النجوم M الأقل كتلة – حتى اكتشاف LHS 3154b.

إن فهم كيفية تشكل الكواكب حول أروع جيراننا سيساعدنا على فهم كيفية تشكل الكواكب بشكل عام وكيف تتشكل وتتطور العوالم الصخرية حول أكثر أنواع النجوم عددًا. يمكن أن يساعد هذا الخط من البحث أيضًا علماء الفلك على فهم ما إذا كانت النجوم M قادرة على دعم الحياة.

تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد.

كتب بواسطة: سوفراث ماهاديفان، ولاية بنسلفانيا; جوموندور كاري ستيفانسون, جامعة برينستون، وميجان ديلامير، ولاية بنسلفانيا.

اقرأ أكثر:

يتلقى سوفراث ماهاديفان تمويلًا خارجيًا من NSF، وNASA، ومؤسسة Heising-Simons، بالإضافة إلى تمويل ودعم الأبحاث من ولاية بنسلفانيا.

يتلقى Guðmundur Kári Stefánsson تمويلًا من NSF، وNASA، ومؤسسة Heising-Simons.

تتلقى ميغان ديلامير تمويلًا من NSF وNASA ومؤسسة Heising-Simons.