اكتشاف حل اللغز الغريب للكواكب “المفقودة” عبر الفضاء!

اليوم، يبلغ عدد الكواكب الخارجية المؤكدة 5197 في 3888 نظامًا كوكبيًا، مع 8992 مرشحًا آخر في انتظار التأكيد.

كانت الغالبية العظمى من الكواكب الضخمة بشكل خاص، بدءًا من كوكب المشتري وعمالقة الغاز بحجم نبتون، والتي يبلغ نصف قطرها حوالي 2.5 ضعف قطر الأرض.

هناك مجموعة أخرى ذات دلالة إحصائية هي الكواكب الصخرية التي تقيس حوالي 1.4 نصف قطر الأرض (المعروف أيضًا باسم "الأرض الفائقة '').

يمثل هذا لغزًا لعلماء الفلك، خاصةً عندما يتعلق الأمر بالكواكب الخارجية التي اكتشفها تلسكوب كبلر الفضائي الموقر.

من بين أكثر من 2600 كوكب اكتشفها كبلر، هناك ندرة واضحة للكواكب الخارجية التي يبلغ نصف قطرها حوالي 1.8 ضعف قطر الأرض - والتي يشار إليها باسم "radius valley".

يشير اللغز الثاني، المعروف باسم "البازلاء في الكبسولة" (peas in a pod)، إلى الكواكب المجاورة ذات الحجم المماثل الموجودة في مئات الأنظمة الكوكبية ذات المدارات المتناغمة.

في دراسة قادها مشروع دورات الحياة الأساسية للعناصر المتطايرة في الكواكب الصخرية (كليفر) في جامعة رايس، قدم فريق دولي من علماء الفيزياء الفلكية نموذجًا جديدًا يفسر تفاعل القوى المؤثرة على الكواكب حديثة الولادة والتي يمكن أن تفسر هذين اللغزين.

قاد البحث أندريه إيزيدورو، زميل ولش لما بعد الدكتوراه في مشروع الكواكب الذكية "CLEVER Planets" التابع لوكالة ناسا والذي تموله ناسا. وانضم إليه باحثو الكواكب: كليفر راجديب داسغوبتا وأندريا إيزيلا وهيلك شليشتينغ من جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس وكريستيان زيمرمان وبيرترام بيتش من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك (MPIA).

كما وصفوا في ورقتهم البحثية، والتي ظهرت مؤخرًا في مجلة "Astrophysical Journal Letters"، استخدم الفريق حاسوبًا عملاقًا لتشغيل نموذج هجرة كوكبي يحاكي أول 50 مليون سنة من تطوير نظام الكواكب.

في نموذجهم، تتفاعل أقراص الكواكب الأولية المكونة من الغاز والغبار أيضًا مع الكواكب المهاجرة، وتجذبها بالقرب من نجومها الأم وتحبسها في سلاسل مدارية رنانة.

في غضون بضعة ملايين من السنين، يختفي قرص الكواكب الأولية، مما يؤدي إلى كسر السلاسل والتسبب في عدم الاستقرار المداري الذي يتسبب في اصطدام كوكبين أو أكثر. بينما تم استخدام نماذج الهجرة الكوكبية لدراسة أنظمة الكواكب التي احتفظت بالرنين المداري، فإن هذه النتائج تمثل أول مرة لعلماء الفلك.

كما قال إيزيدورو في بيان صادر عن جامعة رايس: "أعتقد أننا أول من شرح وادي نصف القطر باستخدام نموذج لتكوين الكواكب والتطور الديناميكي الذي يفسر باستمرار قيودًا متعددة للملاحظات.

"نحن قادرون أيضًا على إظهار أن نموذج تكوين الكواكب الذي يشتمل على تأثيرات عملاقة يتوافق مع ميزة البازلاء في الكواكب الخارجية".

يعتمد هذا العمل على العمل السابق الذي قام به إيزيدورو ومشروع الكواكب الذكية "CLEVER Planets". في العام الماضي، استخدموا نموذج الهجرة لحساب أقصى اضطراب لنظام الكواكب السبعة في TRAPPIST-1.

في ورقة بحثية ظهرت في 21 نوفمبر 2021 في مجلة "Nature Astronomy"، استخدموا محاكاة الجسم N لإظهار كيف أن نظام "البازلاء في الكبسولة" يمكن أن يحتفظ بهيكله المداري المتناغم على الرغم من الاصطدامات الناجمة عن الهجرة الكوكبية. سمح لهم ذلك بوضع قيود على الحد الأعلى للتصادم وكتلة الأشياء المعنية.

تشير نتائجهم إلى أن الاصطدامات في نظام TRAPPIST-1 كانت قابلة للمقارنة مع التأثير الذي أدى إلى إنشاء نظام Earth-Moon.

قال إيزيدورو: "إن هجرة الكواكب الصغيرة نحو نجومها المضيفة تخلق اكتظاظًا وتؤدي في كثير من الأحيان إلى تصادمات كارثية تجرد الكواكب من غلافها الجوي الغني بالهيدروجين.

"هذا يعني أن التأثيرات العملاقة، مثل تلك التي شكلت قمرنا، ربما تكون نتيجة عامة لتشكيل الكوكب".

يشير هذا البحث الأخير إلى أن الكواكب تأتي في نوعين مختلفين، يتألفان من كواكب جافة وصخرية أكبر بنسبة 50 في المائة من الأرض (كواكب أرضية فائقة) وكواكب غنية بالجليد المائي يزيد حجمها عن 2.5 ضعف حجم الأرض (نبتون الصغيرة).

بالإضافة إلى ذلك، يقترحون أن جزءًا صغيرًا من الكواكب التي يبلغ حجمها ضعف حجم الأرض ستحتفظ بغلافها البدائي الغني بالهيدروجين وستكون غنية بالمياه.

وفقًا لإيزيدورو، تتوافق هذه النتائج مع الملاحظات الجديدة التي تشير إلى أن الكواكب الأرضية الفائقة ونبتون الصغيرة ليست كواكب جافة وصخرية فقط.

تقدم هذه النتائج فرصًا للباحثين عن الكواكب الخارجية، الذين سيعتمدون على تلسكوب جيمس ويب الفضائي لإجراء عمليات رصد تفصيلية لأنظمة الكواكب الخارجية.

باستخدام مجموعته المتقدمة من البصريات، والتصوير بالأشعة تحت الحمراء، والفقرات، ومقاييس الطيف، فإن ويب والتلسكوبات الأخرى من الجيل التالي سوف تميز الغلاف الجوي وأسطح الكواكب الخارجية بشكل لم يسبق له مثيل.