شرح كوكب هابل “المستحيل”؟ ربما تشكلت عمالقة الغاز بسرعة في بداية الكون

عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.

ربما كانت الكواكب العملاقة الغنية بالغاز قادرة على التشكل بسهولة أكبر في الكون المبكر جدًا مما هي عليه اليوم، وفقًا لنتائج جديدة مذهلة من تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) والتي تدعم الأدلة السابقة لتلسكوب هابل الفضائي.

في عام 2003، هابل وجدت ضخمة كوكب خارجي. لا يوجد شيء غير عادي في ذلك، لكن الفحص الدقيق كشف أن الكوكب، المسمى PSR B1620-26b، غريب تمامًا. وهو لا يدور حول جسم واحد بل جسمين، أ النجم النابض و أ قزم أبيض. هذه هي رماد نجمين ميتين – نجم ضخم تحول إلى مستعر أعظم ونجم شمسنجم شبيه بالنجم، على التوالي – وكان أول كوكب خارج المجموعة الشمسية يتم اكتشافه (معنى دائري يدور حول نجمين، مثل تاتوين في “حرب النجوم“).

الكوكب يقع في كتلة كروية, ميسي 4، أكثر من 6000 سنة ضوئية من الأرض. العناقيد الكروية عبارة عن كرات قديمة معبأة بإحكام مكونة من مئات الآلاف من النجوم. يظل PSR B1620-26b هو الكوكب الوحيد الذي تم العثور عليه في عنقود كروي.

تشير كل هذه الأدلة إلى الشيء الأكثر غرابة في PSR B1620-26b، وهو أنه قديم جدًا. وتشير التقديرات إلى أنه تشكل قبل 12.7 مليار سنة، مما يجعله أقدم كوكب خارج المجموعة الشمسية معروف حتى الآن.

ومع ذلك، كان اكتشاف هابل مثيرًا للجدل. كانت الحكمة المتصورة هي أن الكواكب لا يمكن أن تكون قد تشكلت في وقت مبكر جدًا من تاريخ الكوكب البالغ 13.7 مليار سنة. الكون لأنه لم يكن هناك ما يكفي من الوقت لأجيال من النجوم لإنتاج الكثير عناصر أثقل من الهيدروجين أو الهيليوم البدائيين، وتحتاج الكواكب عمومًا إلى هذه العناصر الأثقل. وينطبق هذا بشكل خاص على الأقراص المتربة أو الغازية أو المكونة للكواكب أو “الكواكب الأولية” حول النجوم الشابة.

وقالت إيلينا سابّي، كبيرة العلماء في مرصد جيميني في NOIRLab في أريزونا: “تتنبأ النماذج النظرية الحالية أنه مع وجود عدد قليل جدًا من العناصر الأثقل، فإن عمر الأقراص حول النجوم قصير جدًا، وهو قصير جدًا في الواقع بحيث لا يمكن للكواكب أن تنمو بشكل كبير”. – وقال مؤلف البحث الجديد في أ إفادة. “لكن هابل رأى أحد تلك الكواكب، فماذا لو كانت النماذج غير صحيحة ويمكن أن تعيش الأقراص لفترة أطول؟”

الآن JWSTلقد وجدت أداة مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRSpec) دليلاً دامغًا على أن الأقراص المكونة للكواكب يمكنها البقاء على قيد الحياة حتى عندما تحتوي على عدد قليل نسبيًا من العناصر الثقيلة، مما يشير بقوة إلى أن تكوين الكواكب كان ممكنًا في وقت مبكر من تاريخ الكون، حتى لو لم نكن نعرف ذلك بشكل كامل. فهم كيف حتى الآن.

يتفوق تلسكوب جيمس ويب الفضائي في مراقبة المجرات خلال المليار سنة الأولى من الزمن الكوني، ولكن في هذه المهمة تم توجيهه إلى مكان أقرب إلى الأرض: وهو العنقود النجمي الشاب. إن جي سي 346 في سحابة ماجلان الصغيرة (SMC)، وهي مجرة ​​تابعة لـ درب التبانة على بعد حوالي 200.000 سنة ضوئية.

غالبًا ما تكون المجرات القزمة مثل SMC غير متطورة عندما يتعلق الأمر بالكيمياء لأن تاريخها في تكوين النجوم ليس واسع النطاق، لذلك لم تتح لها الفرصة لبناء العديد من العناصر الثقيلة، مثل الكربون والنيتروجين والأكسجين. أو السيليكون أو الحديد. على سبيل المثال، يحتوي NGC 346 على حوالي 10% من وفرة العناصر الثقيلة الموجودة في مناطق تشكل النجوم في مجرتنا درب التبانة. وهذا يجعل العناقيد مثل NGC 346 وكيلا عظيما لدراسة الظروف المشابهة لتلك الموجودة في الكون المبكر.

لا يزال NGC 346 يشكل الكثير من النجوم، وقد وجد تلسكوب جيمس ويب الفضائي أن العديد من النجوم الصغيرة، التي تتراوح أعمارها بين 20 إلى 30 مليون سنة، لا تزال تمتلك أقراصًا لتكوين الكواكب حولها. وجودهم يربك التوقعات.

وقال جويدو دي مارشي من المركز الأوروبي لأبحاث وتكنولوجيا الفضاء: “مع ويب، لدينا تأكيد قوي لما رأيناه مع هابل، ويجب علينا إعادة التفكير في كيفية إنشاء نماذج حاسوبية لتكوين الكواكب والتطور المبكر في الكون الشاب”. ESTEC) في هولندا، الذي قاد البحث.

القرص الذي يبقى على قيد الحياة من 20 إلى 30 مليون سنة هو وقت طويل بشكل استثنائي؛ القرص الكوكبي الأولي فينا النظام الشمسي لا يُعتقد أنه قد نجا كل هذه الفترة. وتشير النتائج إلى أنه لا يمكن لأقراص الكواكب الأولية أن تتشكل وتعيش في بيئات تفتقر إلى العناصر الثقيلة فحسب، بل يمكنها أيضًا أن تدوم لفترة أطول، مما يمنح الكواكب مزيدًا من الوقت للتجمع. في حين أنه قد لا يكون هناك ما يكفي من العناصر الثقيلة لإنتاج الكثير من العوالم الصخرية، عمالقة الغاز مثل كوكب المشتري و زحل تتكون في معظمها من الهيدروجين والهيليوم، المتوفران بكثرة في كل مكان.

متعلق ب: هل وجد علماء الفلك “الوصفة السرية” لنمو الكوكب السريع؟

قصص ذات صلة:

– تلسكوب هابل الفضائي: صور وحقائق وتاريخ

– تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) – دليل كامل

– يتكون هذا الكوكب الخارجي الصغير من مواد مختلفة عن السحابة التي ولد فيها

فلماذا تستمر الأقراص المكونة للكواكب حول النجوم في NGC 346، والنجوم المفترضة في الكون المبكر، لفترة طويلة؟ لدى فريق دي مارشي تفسيران محتملان.

أحد هذه الأسباب هو أن الأقراص المصنوعة بالكامل تقريبًا من الهيدروجين والهيليوم يصعب على ضوء النجوم تفجيرها بعيدًا. إن الضغط الإشعاعي الصادر عن النجم الناشئ في قلب القرص هو عادة ما يحدد عمر القرص، لكن العملية تكون أكثر كفاءة عندما تكون هناك عناصر ثقيلة مكونة للغبار موجودة في القرص لتتمكن فوتونات النجم من الدفع. وبالتالي يمكن للأقراص ذات العناصر الثقيلة الفقيرة أن تدوم لفترة أطول.

ويعود الاحتمال الثاني إلى تكوين النجم نفسه. في السديم الذي يفتقر إلى العناصر الثقيلة، يصبح من الصعب على سحابة الغاز أن تنهار لتتحول إلى نجم؛ تحتاج السحابة إلى أن تنمو بشكل أكبر مما هو معتاد في درب التبانة اليوم حتى تصبح باردة بما يكفي لتسبب الجاذبية في انهيارها. ستؤدي السحب الأكبر حجمًا إلى أقراص أكبر تحمل كتلة أكبر، وستستغرق هذه الكتلة وقتًا أطول حتى يتغير إشعاع النجم.

وقال سابي: “مع وجود المزيد من المادة حول النجوم، يستمر التراكم لفترة أطول”. “قد تستغرق الأقراص وقتًا أطول بعشر مرات لتختفي. وهذا له آثار على كيفية تكوين الكوكب، ونوع الأنظمة الكوكبية التي يمكن أن تكون لديك في هذه البيئات المختلفة. وهذا أمر مثير للغاية.”

ونشرت النتائج الجديدة في مجلة الفيزياء الفلكية في 16 ديسمبر.