العثور على أزواج من الكواكب المارقة تتجول في سديم أوريون – عالم الفيزياء

العثور على أزواج من الكواكب المارقة تتجول في سديم أوريون – عالم الفيزياء

الطابع الزمني: 12 أكتوبر 2023 9:22 صباحًا

تصور فني لكوكب مارق، والذي يظهر كجسم مظلم ذو نطاقات على خلفية لامعة من النجوم
الانحراف: تم العثور سابقًا على كواكب ذات كتلة المشتري تطفو بحرية دون نجمها الأم، ولكن ليس بهذه الأعداد الكبيرة ولم تكن أبدًا كأزواج ثنائية حتى الدراسة الحالية. (بإذن من: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا)

تم اكتشاف أكثر من 500 جسم عائم ذو كتلة كوكبية تتجول عبر سديم أوريون، وذلك بفضل الملاحظات الجديدة التي أجراها تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST). والأكثر غرابة هو أن حوالي 40 من هذه الأجسام المكتشفة حديثًا في العنقود شبه المنحرف للسديم موجودة في أزواج ثنائية واسعة، مما يربك التوقعات حول كيفية تشكل هذه "الكواكب المارقة".

تم اكتشاف أجسام كوكبية حرة عائمة لا تدور حول نجم في مناطق تشكل النجوم من قبل، ولكن لم يتم اكتشافها أبدًا بالأعداد التي رصدها تلسكوب جيمس ويب الفضائي كاميرا قريبة من الأشعة تحت الحمراء (نيركام). وهذه الأجسام مرئية لأنها لا تزال شابة وتتوهج بحرارة تكوينها. بمرور الوقت، سوف تبرد وتتلاشى عن الأنظار.

هناك فرضيتان حول كيفية تشكل هذه الكواكب الحرة. الأول هو أنها تنشأ مثل النجوم، حيث تنهار وتتكثف مباشرة من سحابة جزيئية مكونة للنجوم. والآخر هو أنها تتشكل من خلال تراكم النواة في مدار حول النجوم الشابة، ليتم طردها لاحقًا بواسطة قوى المد الجاذبية والرنين.

لغز جامبو

بالنسبة لمعظم الأجسام ذات الكتلة الكوكبية البالغ عددها 540 والتي تم العثور عليها في سديم أوريون، "من شبه المؤكد أنها ستكون مزيجًا من [العمليتين]"، كما يقول. صموئيل بيرسون، زميل باحث في وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) والمؤلف الرئيسي لدراسة لم تتم مراجعتها بعد من قبل النظراء ما قبل الطباعة على الملاحظات الجديدة.

ومع ذلك، فإن الثنائيات العريضة الأربعين أو نحو ذلك – أي 40% من الإجمالي – لا تتناسب مع هذه الصورة. يطلق عليها بيرسون اسم JuMBOs، نسبة إلى الأجسام الثنائية ذات كتلة المشتري، وهي غامضة.

ويوضح بيرسون أن المشكلة الرئيسية هي كتلة الكائنات الضخمة. تتنبأ النماذج بأن الحد الأدنى للكتلة التي يمكن أن تتشكل مباشرة من السحابة الجزيئية هو ثلاثة أضعاف كتلة كوكب المشتري. ينشأ هذا الحد الأدنى لأن الأجسام الأصغر حجمًا تكون أفضل في الاحتفاظ بالحرارة، مما يمنعها من الانكماش بشكل أكبر. لذلك قد يتوقع المرء أن تكون الأجسام الأصغر ذات الكتلة الكوكبية (بما في ذلك أصغر جسم في عمليات رصد تلسكوب جيمس ويب الفضائي، والذي تبلغ كتلته حوالي 0.6 كتلة كوكب المشتري) قد تشكلت بدلاً من ذلك من خلال تراكم النواة - أي من الأسفل إلى الأعلى، مثل الأرض - وتم قذفها من نظامهم الأصلي.

يقول بيرسون: "لكن المشكلة الآن هي أننا نجدهم في أزواج". عالم الفيزياء. "كيف يحدث هذا على الأرض؟"

سيناريوهات تكوين الكوكب

حتى الآن، هناك خياران على الطاولة. الأول هو أن دالة الكتلة الأولية، التي تصف توزيع الكتل التي تولد بها النجوم، تمتد إلى كتل أصغر بكثير مما أدركه أي شخص. والآخر هو أن هذه الكائنات الضخمة يتم إخراجها بطريقة ما من الأنظمة الكوكبية.

على الرغم من عدم وجود نماذج ثابتة لكيفية إخراج الزوج الثنائي، إلا أن أحد التفسيرات المحتملة يأتي من هذا روزالبا بيرنا من جامعة ستوني بروك، مع يهان وانغ و تشاوهوان تشو من جامعة نيفادا في لاس فيغاس، وكلاهما في الولايات المتحدة. في طباعة مسبقة منفصلةيقترحون نموذجًا يمكن فيه طرد كوكبين عملاقين يدوران على مسافة كبيرة من نجمهما إذا حدث أن تحركا في محاذاة في نفس الوقت الذي يواجه فيه النظام مواجهة قريبة مع نجم قريب.

يشير بيرنا ووانج إلى أنه في نماذج تكوين الكواكب، يمكن للكواكب العملاقة أن تتجمع مباشرة خارج قرص تشكيل الكواكب على مسافات تزيد عن 50 وحدة فلكية (أي 50 ضعف المسافة بين الأرض والشمس) من نجمها.

يقول وانغ وبيرنا: "في السيناريو الخاص بنا، تفضل الأجسام الضخمة أن تتشكل من أنظمة كوكبية تحتوي على كوكبين عملاقين لهما محاور شبه رئيسية قريبة من بعضها البعض". عالم الفيزياء. "على سبيل المثال، إذا كان النظام الكوكبي واسعًا، فإن التكوين الأكثر احتمالًا هو كوكب عملاق عند حوالي 100 وحدة فلكية وكوكب عملاق آخر عند 70 وحدة فلكية."

دفع إلى مجال جديد

في باقة ورقة نشرت في عام 2022 ، ألكس شولتز توقع وزملاؤه من جامعة سانت أندروز بالمملكة المتحدة أن يكون تلسكوب جيمس ويب الفضائي قادرًا على اكتشاف أعداد كبيرة من الكواكب المارقة منخفضة الكتلة في مجموعات النجوم الشابة. يقول شولز إن النتائج الجديدة في سديم أوريون تبرر هذا الاستنتاج.

يقول: "إن هذه الأجسام ذات الكتلة الكوكبية المكتشفة حديثًا مثيرة حقًا - فهي وفيرة بشكل مدهش، والعدد الكبير من الثنائيات غير متوقع تمامًا". عالم الفيزياء. "هذا ما يحدث عندما تدخل إلى مجال جديد: تجد أشياء غير متوقعة."

وفي الوقت الحالي، يقع العبء على الحصول على المزيد من البيانات. بيرسون ومؤلفه المشارك مارك ماكوجريانيريد ، وهو كبير مستشاري وكالة الفضاء الأوروبية للعلوم والاستكشاف، إلقاء نظرة ثانية على الأجسام الضخمة في دراسة مستقبلية، هذه المرة باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة (نيرسبيك). يجب أن تؤكد هذه الملاحظات أنها ذات كتلة كوكبية بالفعل من خلال تقديم تفاصيل عن درجة حرارتها وجاذبيتها السطحية وتكوين الغلاف الجوي. أبعد من ذلك، يخطط بيرسون وماكوغريان للبحث عن أجسام ذات كتلة كوكبية في عنقود نجمي شاب، NGC 2244، الذي ولد من سديم روزيت ويقع على بعد 5 سنة ضوئية في كوكبة مونوسيروس. يقول بيرسون إن النجوم الموجودة في NGC 000 تكون أقل كثافة من تلك الموجودة في شبه المنحرف، مما يعني أن فرص حدوث لقاءات نجمية تؤدي إلى انتزاع الكواكب من مداراتها أقل.

ويوضح قائلاً: "من غير المرجح أن يحدث ذلك في مناطق متناثرة حقًا، لذلك إذا توقفنا فجأة عن رؤية الأجسام الضخمة، فسيكون ذلك بمثابة دليل دامغ على كيفية تشكلها".

على الرغم من أنه لا يُعرف سوى القليل عن هذه الأجسام المارقة ذات الكتلة الكوكبية، إلا أن بيرسون يقول إنه من الممكن أن يكون عددها في مجرتنا درب التبانة أكبر من عدد النجوم. وهذا يثير تساؤلات حول كيفية تعريفها: هل هي كواكب أم أقزام شبه بنية أم أي شيء آخر؟ ونظراً للخطوط غير الواضحة بالفعل بين هذه الفئات، فقد لا يهم هذا الأمر، ويتجنب بيرسون مثل هذه المناقشات.

ويقول ضاحكاً: "إن الطريقة التي نحاول بها تعريفها هي طريقة رائعة لإثارة جدال".

الطابع الزمني:

اكثر من عالم الفيزياء