نظام كواكب غريب يغير فهمنا لتشكيل الكواكب

اكتشاف نظام شمسي "مقلوبًا"

يمكن لنظام كواكب خارج المجموعة الشمسية يبعد حوالي 116 سنة ضوئية عن الأرض أن يقلب السيناريو حول كيفية تشكل الكواكب، وفقًا للباحثين الذين اكتشفوه باستخدام تلسكوبات من وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية.

تفاصيل النظام الكوكبي LHS 1903

تدور أربعة كواكب حول نجم LHS 1903 - وهو نجم قزم أحمر، وهو أكثر أنواع النجوم شيوعاً في الكون وهي مرتبة في تسلسل غريب. الكوكب الأعمق صخري، بينما الكوكبان التاليان غازيان، ثم، وبشكل غير متوقع، الكوكب الأبعد صخري أيضاً.

الترتيب الغريب للكواكب

يتناقض هذا الترتيب مع النمط الشائع في المجرة وفي نظامنا الشمسي، حيث تدور الكواكب الصخرية (عطارد والزهرة والأرض والمريخ) بالقرب من الشمس والكواكب الغازية (المشتري وزحل وأورانوس ونبتون) في مدار أبعد.

ويشتبه علماء الفلك أن هذا النمط الشائع ينشأ لأن الكواكب تتشكل داخل قرص من الغاز والغبار حول نجم شاب، حيث تكون درجات الحرارة أعلى بكثير بالقرب من الجرم السماوي. في هذه المناطق الداخلية، تتبخر المركبات المتطايرة مثل الماء وثاني أكسيد الكربون في حين أن المواد التي يمكنها تحمل الحرارة الشديدة - مثل الحديد والمعادن المكونة للصخور - هي فقط التي يمكن أن تتجمع معاً في حبيبات صلبة. وبالتالي فإن الكواكب التي تتشكل هناك صخرية في المقام الأول.

Loading image...

آلية تكوين الكواكب

وعلى مسافة أبعد من النجم، أي أبعد مما يسميه العلماء "خط الثلج، تكون درجات الحرارة منخفضة بما يكفي لتكثيف الماء والمركبات الأخرى إلى جليد صلب وهي عملية تسمح لنوى الكواكب بالنمو بسرعة. وبمجرد أن يصل الكوكب المتكون إلى حوالي 10 أضعاف كتلة الأرض، تكون جاذبيته قوية بما يكفي لسحب كميات هائلة من الهيدروجين والهيليوم، وفي بعض الحالات، ينتج عن هذا النمو الجامح كوكب غازي عملاق مثل المشتري أو زحل.

وقال توماس ويلسون، الأستاذ المساعد في قسم الفيزياء في جامعة وارويك في إنجلترا والمؤلف الأول لدراسة حول هذا الاكتشاف نُشرت يوم الخميس في مجلة ساينس: "النموذج المتعارف عليه في تكوين الكواكب هو أن لدينا كواكب داخلية صخرية قريبة جداً من النجوم، كما هو الحال في نظامنا الشمسي". "هذه هي المرة الأولى التي نملك فيها كوكباً صخرياً بعيداً جداً عن نجمه المضيف، وبعد هذه الكواكب الغنية بالغازات."

الكوكب الصخري LHS 1903 e

يبلغ نصف قطر الكوكب الصخري غير المتوقع، المسمى LHS 1903 e، حوالي 1.7 ضعف نصف قطر كوكب الأرض، مما يجعله ما يسميه علماء الفلك "الأرض الفائقة" نسخة أكبر من كوكبنا بكثافة وتكوين مماثلين. ولكن لماذا هو هناك، متحدياً المنطق والملاحظات السابقة؟

"يقول ويلسون: "نعتقد أن هذه الكواكب تشكلت في بيئات مختلفة جداً عن بعضها البعض، وهذا ما يميز هذا النظام نوعاً ما. "هذا الكوكب الخارجي، الأكثر صخرية مقارنة بالكوكبين الأوسطين، لم يكن من المفترض أن يحدث، بناءً على نظرية التكوين القياسية. لكن ما نعتقد أنه حدث هو أنه تشكل في وقت متأخر عن الكواكب الأخرى."

تم اكتشاف هذا النظام الكوكبي لأول مرة باستخدام قمر مسح الكواكب الخارجية العابرة، أو TESS، وهو تلسكوب فضائي تابع لوكالة ناسا تم إطلاقه في عام 2018 لاكتشاف كواكب خارجية جديدة. ثم تم تحليل النظام بعد ذلك باستخدام قمر وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) الذي أطلقته وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) لدراسة النجوم المعروفة بالفعل باستضافتها للكواكب الخارجية. واستخدم الباحثون أيضًا بيانات من تلسكوبات أخرى في جميع أنحاء العالم، مما أدى إلى تعاون دولي كبير.

Loading image...

طرق اكتشاف النظام الكوكبي

بعد أن تأكدوا من الاكتشاف الغريب لنظام كوكبي "من الداخل إلى الخارج"، اختبر العلماء بعض الفرضيات لتفسير وجود الكوكب الصخري الخارجي، على أمل فهم ما إذا كان من الممكن أن يكون قد تشكل عبر تصادم بين كواكب أخرى، أو ما إذا كان من الممكن أن يكون بقايا كوكب غني بالغاز فقد غلافه الخارجي.

قال ويلسون: "لقد أجرينا الكثير من التحليل الديناميكي في هذه الدراسة، حيث قمنا بشكل أساسي برمي هذه الكواكب على بعضها البعض ورمي كواكب أخرى على هذه الكواكب، لنرى ما إذا كان بإمكاننا إزالة الغلاف الجوي، وما إذا كان بإمكاننا تكوين هذه الكواكب عن طريق الاصطدامات"، في إشارة إلى عمليتي تكوين محتملتين. "لكننا لا نستطيع تكوين هذه الكواكب بهذه الطريقة."

فرضيات حول تكوين الكواكب

وبعد أن استبعدوا هذه الاحتمالات، استقر الباحثون على ما يسميه ويلسون آلية تكوين "مستنفدة للغاز" حيث تشكلت الكواكب واحداً تلو الآخر وبالترتيب المعاكس لنظامنا الشمسي نفسه، بدءاً بالكوكب الأعمق وانتقالاً إلى الخارج.

"يقول ويلسون: "إن آلية التكوين هذه، حيث تبدأ بالكوكب الداخلي ثم تتحرك بعيداً عن النجم المضيف، تعني أن الكوكب الأبعد تشكل بعد ملايين السنين بعد الكوكب الأعمق. "ولأنه تشكل في وقت لاحق، لم يكن هناك في الواقع الكثير من الغاز والغبار في القرص المتبقي لبناء هذا الكوكب منه."

في نظامنا الشمسي، تشكلت الكواكب الغازية العملاقة أولاً وبسرعة، تليها الكواكب الصخرية الداخلية الأربعة. هناك أيضاً أجسام صخرية خارج مدار نبتون، مثل بلوتو، ولكن بالمقارنة مع LHS 1903 e، قال ويلسون إنها أصغر بكثير، وغنية بالجليد، ومن المحتمل أنها تشكلت في وقت متأخر كثيراً عن كواكب النظام الشمسي الأخرى، نتيجة التصادمات.

Loading image...

مسألة نقاش حول LHS 1903

قد يقدم هذا الاكتشاف "بعض الأدلة الأولى لقلب السيناريو حول كيفية تشكل الكواكب حول النجوم الأكثر شيوعاً في مجرتنا"، وفقاً لسارة سيغر، أستاذة علوم الكواكب والفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمؤلفة المشاركة في الدراسة.

ومع ذلك، أضافت أن الدراسة تتمحور حول تفسير صعب، لذلك يبقى النقاش مفتوحاً. وقالت في رسالة بالبريد الإلكتروني: "حتى في مجال ناضج، يمكن للاكتشافات الجديدة أن تذكرنا بأنه لا يزال أمامنا طريق طويل لنقطعه في فهم كيفية بناء الأنظمة الكوكبية".

أهمية النظام الكوكبي LHS 1903

يعتبر LHS 1903 نظاماً كوكبيّاً مثيراً للاهتمام يمكن أن يعلم العلماء الكثير عن كيفية تشكل الكواكب الصغيرة وتطورها، وفقاً لهيذر كنوتسون، أستاذة علوم الكواكب في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا التي لم تشارك في الدراسة. وقالت في رسالة بالبريد الإلكتروني: "الكوكب e مثير للاهتمام بشكل خاص، حيث من المحتمل أن يستضيف العديد من أنواع الغلاف الجوي المختلفة وقد يكون بارداً بما يكفي لتكثيف الماء". "سيكون هذا الكوكب كوكباً رائعاً يمكن رصده باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي، الذي قد يكون قادراً على إخبارنا بالمزيد عن خصائص غلافه الجوي."

ووفقاً لآنا غليدين، باحثة ما بعد الدكتوراه في معهد كافلي للفيزياء الفلكية وأبحاث الفضاء التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، فإن نظام LHS 1903 المكون من أربعة كواكب يمكن أن يكون بمثابة مختبر طبيعي لدراسة كيفية تشكل الكواكب الصغيرة حول نجم مختلف عن شمسنا. كما أنها لم تشارك في البحث.

كتبت غليدن في رسالة بالبريد الإلكتروني: "يستنتج المؤلفون بشكل معقول أن الكوكب الأبعد تشكل على الأرجح في منطقة ذات غاز قليل بدلاً من فقدان غلافه الجوي من خلال تصادم عنيف"، مضيفاً أن الملاحظات المستقبلية قد تسمح للعلماء باستكشاف أغلفتها الجوية وفهم أفضل لكيفية تشكل وتطور أنواع مختلفة من الكواكب.

التحديات في فهم تكوين الكواكب

إن فرضية التكوين الموضحة في الورقة البحثية مثيرة، لكن تكوين الكواكب عملية معقدة لا يزال العلماء يحاولون فهمها، كما حذر نيستور إسبينوزا، عالم الفلك في معهد علوم تلسكوب الفضاء في بالتيمور الذي لم يعمل على الدراسة.

وأضاف اسبينوزا في رسالة بالبريد الإلكتروني أن كيفية تشكل الكواكب حول النجوم الصغيرة مثل LHS 1903 هي الآن موضع نقاش. "يضيف هذا النظام نقطة بيانات مثيرة جداً للاهتمام ستجعل نماذج تشكل الكواكب تحاول تفسيرها لسنوات قادمة وأنا متأكد من أننا سنتعلم شيئاً جديداً حول عملية تشكل الكواكب بمجرد مقارنتها ببعضها البعض!"