كيف تنمو كواكب الأطفال؟ دراسة من 30 الحضانة النجمية يلقي ضوء جديد

عند الشراء من خلال روابط على مقالاتنا ، قد يكسب المستقبل وشركاء المشاركة في العمولة.

كواكب الرضع هي صغار صغار متهورون يلتهمون بسرعة ما تبقى من غاز الغاز النجوم والغيوم التي تتشكل فيها. يختفي الغاز في أقراص البروتوبلانيات هذه بسرعة ، في غضون بضعة ملايين فقط. لدى علماء الفلك الآن صورة أفضل لعملية التطور الكوكبي من أي وقت مضى ، وذلك بفضل دراسة جديدة.

تم إجراء البحث من قبل فريق دولي من علماء الفلك باستخدام Atacama Millimeter/Sublillimeter Array (ALMA) ، كجزء من برنامج يسمى مسح ALMA لتطور الغاز للأقراص البروتوبية (AGE-PRO). درس فريق العمليات العمرية 30 قرصًا بروتوبيًا حول النجوم الشبيهة بالشمس ، ووجد أن مكونات الغاز والغبار في هذه الأقراص تتطور بمعدلات مختلفة. وجد الباحثون أن كمية الغاز المتبقية لأن هذه الأقراص تحددها تحدد نوع الكواكب التي تنتجها هذه الأنظمة.

يمكن أن تساعد النتائج الجديدة العلماء على فهم أفضل لكيفية أنظمة الكواكب ، بما في ذلك نظامنا الشمسي الخاص بنا والشكل والتطور.

في الواقع ، أدت نتائج العمليات العمرية إلى ظهور 12 ورقة بحثية مذهلة من قبل فرق بحثية مختلفة ، مما يدل على مدى الرائدة في هذا الاكتشاف.

وقال باحث باحث العصر في العصر “هذه الدراسات” ، في بيان لموقع الفضاء: “لقد كشفت هذه الدراسات كيف تتطور أقراص البروتوبلانيس مع مرور الوقت”. “النتائج غير العادية هي خطوة أساسية نحو فهم الظروف الأولية التي تؤدي إلى تكوين الكواكب الشبيهة بالأرض.”

سرد قصة تشكيل الكوكب

تبدأ قصة أقراص البروتوبلانيت عندما تنهار غاز بارد ، تحت جاذبيتها في السحب الجزيئية بين النجوم ، نجوم الولادة. يواصل هؤلاء النجوم الرضع ، أو “البروتوستار” ، جمع المسألة من مظروف الغاز قبل الولادة.

في نهاية المطاف ، ما تبقى وراءه هو نجم تسلسل رئيسي محاط بسحابة مسطحة من الغاز والغبار – قرص بروتوبلااني. ضمن هذا القرص ، تجمعات المواد التي تصطدم معًا وتلتصق ، تجمع الكتلة حتى تشكل الكوكال. تستمر هذه الكواكب في جمع المواد من القرص البروتوبلاني ، وهي من هذه العملية تنمو الكواكب.

تشير التقديرات إلى أن أقراص البروتوبلانيات تحيط بالنجوم الرضع لعدة ملايين من السنين ، وهذا يضع الوقت الذي تتوفر فيه الكواكب العملاقة لتشكيلها.

يحدد الحجم الأولي وكتلة القرص البروتوبيلا والسرعة التي يدور بها – زخمها الزاوي – نوع الكواكب التي يمكنها الولادة. يحدد عمر الغاز في القرص المدة التي يجب أن تتجمع فيها الكتل وتنمو إلى أجسام بحجم الكويكبات أو الكواكب.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تحدد هذه العوامل أيضًا ما إذا كانت الكواكب تهاجر عبر القرص الكوكبي أثناء شبابها ، والانتقال من أماكن مواليدها بالقرب من نجمها أو بعيدًا عنها. وبالتالي ، يحدد هذا الشكل النهائي الذي سيتخذه القرص الكوكبي.

قبل هذه الدراسة الجديدة ، قام الباحثون بتحليل كيفية تطور محتوى الغبار للأقراص البروتوبلانيات ، لكن الطريقة التي يتغير بها محتوى الغاز مع مرور الوقت لم تكن مفهومة جيدًا.

وقال المحقق المدير الأبحاث كي تشانغ ، من جامعة ويسكونسن ماديسون ، في بيان “العمري يوفر القياسات الأولى لكتل ​​قرص الغاز وأحجامها عبر حياة الأقراص المكونة للكوكب”.

باستخدام Alma ، قام الفريق بتكبير 30 قرصًا بروتوفيلانيًا من مختلف الأعمار ، يتراوح عمرها من مليون عام إلى أكثر من 5 ملايين سنة. كانت هذه الأقراص موجودة في مناطق النجوم في الأبراج Ophiuchus و Lupus و Upper Scorpius.

سمحت حساسية ألما للفريق بتتبع “تتبع” كيميائي معين تكشف عن كتل الغاز والغبار خلال المراحل الحيوية من تطور القرص البروتوبلاني ، من التكوين الأولي إلى تفككها الحتمي بعد ملايين السنين.

في حين أن أول أكسيد الكربون هو أحد أكثر التتبعات الكيميائية شيوعًا لعلماء الفلك ، فقد اعتمد فريق العمليات العمرية أيضًا على جزيء الديازينيل. تمكنت ALMA أيضًا من اكتشاف التوقيعات الكيميائية للجزيئات الأخرى مثل الألدهيد ، والسيانوجين المقطوع والسيانو ميثان ، وبالتالي رسم صورة أكثر تفصيلاً للتطور الكيميائي للأقراص البروتوبية أكثر من أي وقت مضى.

وقال جون كاربنتر ، القائد المشارك للأبحاث ، من مرصد ALMA المشترك ، في نفس البيان: “هذا أول مسح كيميائي واسع النطاق من نوعه ، ويستهدف الأقراص 30 مع مجموعة أوسع من الأعمار لتوصيف كتل الغاز”.

يلمح البحث إلى الأطر الزمنية التي يولد فيها كواكب غاز عملاقة مثل كوكب المشتري والزحل ، مقارنة مع العوالم الأرضية الأصغر مثل الأرض والمريخ.

وقال باولا بينيلا من العمر من مختبر مولارد للفضاء في جامعة كاليفورنيا: “يكشف Age-Pro أن المتوسط ​​المتوسط ​​لكتلة قرص الغاز ينتقل من عدة كتل كوكب المشتري في العصور الأولى التي تقل عن مليون عام إلى أقل من كتلة كوكب المشتري في أول واحد إلى 3 ملايين عام”. “هذا يعني أن الأقراص لديها الخزان لتشكيل كواكب عملاقة في الأقراص الصغيرة ، ولكن مع نضوجها ، يتناقص الوقود لتشكيل الكواكب العملاقة بشكل كبير.

“ومع ذلك ، من المثير للدهشة أن الأقراص التي تعيش لأوقات أطول تتراوح بين 2 مليون إلى 3 ملايين سنة ، تحافظ على كتلة قرص غاز متشابهة للغاية حيث تتراوح ما بين مليون إلى 3 ملايين سنة.”

القصص ذات الصلة:

– يمكن أن تكون حضانات الكواكب الخارجية حول نجوم الرضع أصغر بكثير مما كان متوقعًا: “إنه أمر مذهل”

-دراسة جيمس ويب للفضاء ، دراسة رائدة على قرص تكوين الكوكب في اكتشافات مستقبلية في الخارج

– تكشف “صور الأطفال” الكواكب الخارجية التي ربما تتشكلها حول عوالم الرضع

وكانت هناك مفاجأة أخرى ألقاها ألما حقيقة أنه مع عمر أقراص البروتوبلانيس ، يتم استهلاك الغاز والغبار داخلها بمعدلات مختلفة. على وجه الخصوص ، تخضع نسبة الغاز إلى الغبار إلى “تأرجح” حيث أن هذه السحب المهربة.

وقال تشانغ: “النتيجة الأكثر إثارة للدهشة هي أنه على الرغم من أن معظم الأقراص تتبدد بعد بضعة ملايين من السنين ، فإن تلك التي تنجو لها غاز أكثر مما كان متوقعًا”. “هذا يغير بشكل أساسي تقديرنا للتراكم الجوي للكواكب التي تشكلت في وقت لاحق.”

من خلال مقارنة ملاحظات العمر PRO حول تطور الغاز في أقراص البروتوبلانيات من مختلف الأعمار مع دراسات أخرى حول تطور الغاز ، يمكن للفريق أن يبدأ في رسم صورة أوسع وأكثر تفصيلاً لكيفية تطور أنظمة الكواكب.

سيتم نشر 12 ورقة جديدة في عدد قادم من المجلة الفيزيائية الفلكية.