يكشف تلسكوب ويب الفضائي عن زوج كوكبي نادر لا ينبغي أن يكون موجودًا

زوج غريب من الكواكب يبعد عنا 190 سنة ضوئية يجبر علماء الفلك على إعادة التفكير في كيفية تشكل أنظمة الكواكب.

يدور زوج غريب ونادر للغاية من الكواكب حول نجم يبعد حوالي 190 سنة ضوئية عن الأرض، ويعتقد علماء الفلك أنهم قد يفهمون أخيرًا كيف نشأ هذا الزوج الكوني الغريب. يحتوي النظام على الساخن كوكب المشتريوهو نوع من الكواكب العملاقة التي عادة ما يتم العثور عليها بمفردها، إلى جانب كوكب نبتون صغير أصغر يدور بالقرب من النجم. منذ اكتشاف النظام في عام 2020، كافح العلماء لشرح كيفية تمكن الكوكبين من البقاء معًا.

الآن، الباحثون في مع استخدمت ناسا‘s تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) لدراسة الغلاف الجوي لكوكب نبتون الصغير واكتشاف أدلة جديدة حول أصول النظام.

JWST يدرس كوكب نبتون الصغير النادر

النتائج الجديدة التي نشرت في رسائل مجلة الفيزياء الفلكيةوهي المرة الأولى التي يقيس فيها علماء الفلك الغلاف الجوي لكوكب نبتون صغير يقع داخل مدار كوكب المشتري الساخن.

وكشفت الملاحظات أن الكوكب الأصغر لديه غلاف جوي كثيف مليء بجزيئات أثقل، بما في ذلك بخار الماء وثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت وآثار الميثان. ووفقا للباحثين، فإن هذا النوع من الغلاف الجوي لا ينبغي أن يكون موجودا إذا تشكل الكوكب بالقرب من موقعه الحالي، بالقرب من نجمه.

بدلًا من ذلك، تشير البيانات إلى أن نبتون الصغير ورفيقه العملاق من المحتمل أن يكونا قد تشكلا على مسافة أبعد بكثير في المناطق الخارجية الأكثر برودة لنظامهما الكوكبي الشاب.

هناك، من الممكن أن يكون لدى كلا العالمين أغلفة جوية سميكة غنية بالجليد والمركبات المتطايرة قبل أن يهاجرا تدريجيًا نحو الداخل مع مرور الوقت. ويعتقد العلماء أن الكواكب اقتربت من نجمها معًا مع الحفاظ على غلافها الجوي سليمًا.

توفر الدراسة أيضًا أقوى دليل حتى الآن على أن نبتونات صغيرة يمكن أن تتشكل خارج “خط الصقيع” للنجم، وهي المنطقة البعيدة بما يكفي عن النجم لتجميد الماء وتحوله إلى جليد.

يقول ساوجاتا بارات، باحث ما بعد الدكتوراه في معهد كافلي للفيزياء الفلكية وأبحاث الفضاء التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمؤلف الرئيسي للدراسة: “هذه هي المرة الأولى التي نلاحظ فيها الغلاف الجوي لكوكب يقع داخل مدار كوكب المشتري الساخن”. “يخبرنا هذا القياس أن كوكب نبتون الصغير قد تشكل بالفعل خارج خط الصقيع، مما يؤكد وجود قناة التكوين هذه بالفعل.”

يضم فريق البحث الدولي علماء فلك من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، ومركز هارفارد وسميثسونيان للفيزياء الفلكية، وجامعة جنوب كوينزلاند، وجامعة تكساس في أوستن، وجامعة لوند.

كوكب المشتري الساخن مع رفيق غير عادي

ميني نبتون أصغر من نبتون وتتكون في الغالب من الغاز المحيط بالنواة الصخرية. على الرغم من أنها من بين الكواكب الأكثر شيوعًا الموجودة في درب التبانة، نظامنا الشمسي لا يحتوي على أي أمثلة.

تعتبر معظم كواكب نبتون الصغيرة المكتشفة حتى الآن عادية إلى حد ما. لكن في عام 2020، حدد تشيلسي إكس هوانغ، الذي كان آنذاك زميلًا لدراسات ما بعد الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (الآن عضوًا في هيئة التدريس بجامعة جنوب كوينزلاند)، واحدًا في نظام غير عادي للغاية. ويبدو أن كوكب نبتون الصغير يدور حول نجمه إلى جانب كوكب المشتري الساخن، وهو أمر نادرا ما يراه علماء الفلك.

جاء هذا الاكتشاف من خلال الملاحظات التي أجراها القمر الصناعي لمسح الكواكب الخارجية العابرة التابع لناسا (تيس). وعثر العلماء الذين يدرسون النجم TOI-1130، الذي يقع على بعد 190 سنة ضوئية، على دلائل على وجود كوكبين يدوران حول النجم كل أربعة وثمانية أيام.

يقول هوانج: “كان هذا نظامًا فريدًا من نوعه”. “كواكب المشتري الحارة “وحيدة”، مما يعني أنها لا تملك كواكب مرافقة داخل مداراتها. إنها ضخمة جدًا، وجاذبيتها قوية جدًا، لدرجة أن كل ما هو موجود داخل مدارها يتناثر بعيدًا. ولكن بطريقة ما، مع كوكب المشتري الحار هذا، نجا رفيق داخلي. وهذا يثير تساؤلات حول كيفية تشكل مثل هذا النظام”.

توقع مراقبة JWST المثالية

وقد حفز هذا النظام غير المعتاد العلماء على فحص الكواكب بمزيد من التفصيل باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي، وخاصة نبتون الصغير الداخلي المعروف باسم TOI-1130b.

ولكن ثبت أن تحديد التوقيت المناسب للملاحظات أمر صعب. تدور معظم الكواكب حول نجومها بدقة تشبه عقارب الساعة، مما يجعل من السهل التنبؤ بحركاتها. لكن في هذه الحالة، يكون كوكب نبتون الصغير والمشتري الساخن محصورين فيما يسميه علماء الفلك “رنين الحركة المتوسط”. تغير تفاعلات الجاذبية الخاصة بها قليلاً من مدارات بعضها البعض، مما يغير توقيت تحركاتها حول النجم.

ولحل هذه المشكلة، قام الباحثون بقيادة جوديث كورث من جامعة لوند بدمج الملاحظات السابقة للنظام وإنشاء نموذج مفصل للتنبؤ بموعد مرور الكواكب أمام النجم من وجهة نظر تلسكوب جيمس ويب الفضائي.

يقول بارات: “لقد كان توقعًا صعبًا، وكان علينا أن نكون دقيقين”.

وقد أتت هذه الجهود بثمارها، مما سمح للفريق بالتقاط قياسات تفصيلية لكلا الكوكبين.

بخار الماء والجزيئات الثقيلة يكشفان الحقيقة

يوضح بارات: “إن جمال تلسكوب جيمس ويب الفضائي هو أنه لا يرصد لونًا واحدًا فقط، بل ألوانًا أو أطوال موجية مختلفة”. “والأطوال الموجية المحددة التي يمتصها الكوكب يمكن أن تخبرك بالكثير عن تكوين غلافه الجوي.”

اكتشف التلسكوب علامات واضحة للمياه وثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت وكميات صغيرة من الميثان في الغلاف الجوي لنبتون الصغير. تبرز هذه الجزيئات الأثقل لأن الكواكب التي تتشكل بالقرب من نجومها من المتوقع عمومًا أن يكون لها غلاف جوي أخف يهيمن عليه الهيدروجين والهيليوم.

تشير النتائج إلى أن TOI-1130b لم يكن من الممكن أن يتشكل إلا على مسافة أبعد بكثير من نجمه قبل أن يهاجر إلى الداخل.

ويعتقد العلماء أن الكوكب جمع في الأصل الماء والمركبات المتطايرة الأخرى في المنطقة الباردة وراء خط الصقيع. في تلك البيئة، يتجمد الماء على شكل جزيئات الغبار، مما يؤدي إلى تكوين حصى جليدية يمكن للكوكب المتنامي سحبها إلى غلافه الجوي. ومع اقتراب الكوكب لاحقًا من نجمه، يتبخر الجليد.

يقول بارات إن الأدلة الجوية تشير بقوة إلى أن كلا الكوكبين تشكلا في الأطراف الخارجية للنظام وهاجرا ببطء نحو الداخل معًا.

يقول بارات: “يمثل هذا النظام واحدًا من أندر البنى التي اكتشفها علماء الفلك على الإطلاق”. “توفر ملاحظات TOI-1130b أول إشارة إلى أن مثل هذه الكواكب الصغيرة من نبتون التي تتشكل خارج خط الماء/الجليد موجودة بالفعل في الطبيعة.”

المرجع: “كشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي عن متوسط جوي عالي الوزن الجزيئي لكوكب نبتون الصغير TOI-1130 b: دليل على التكوين خارج خط الجليد المائي*” بقلم ساوجاتا بارات، تايلر فيرنينجتون، شيلبي كوريجيس، تشيلسي هوانج، أندرو فاندربيرج، كارولين في. مورلي، جوديث كورث، هانو بارفيانين، أليكسيس براندكر، جورج تشو، توماس إم. إيفانز-سوما، وليتشو شا، ودوغلاس إن سي لين، ودنكان رايت، وآفا موريسي، وإيما نابي، وكارين أ. كولينز، وفيل إيفانز، وتريستان جيلوت، وكيث هورن، ودون ج. رادفورد، وريتشارد بي. رسائل مجلة الفيزياء الفلكية.
دوى: 10.3847/2041-8213/ae5f8b

تم دعم هذا العمل جزئيًا من قبل وكالة ناسا.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.