يصل كوكب خارج المجموعة الشمسية إلى 2400 درجة مئوية في نصف الكرة الأرضية. هل هو حقا حديد المطر؟
WASP-76b هو كوكب المشتري شديد الحرارة على بعد حوالي 640 سنة ضوئية من الأرض في كوكبة الحوت. قبل بضع سنوات اكتسبت سمعة سيئة لكونها ساخنة لدرجة أن الحديد يسقط على شكل مطر. إنه مقيد بشكل مدّي إلى نجمه ، ويمكن أن يصل نصف الكرة الأرضية المواجه للنجوم على الكوكب إلى درجات حرارة تصل إلى 2400 درجة مئوية ، أي أعلى بكثير من نقطة انصهار الحديد البالغة 1538 درجة مئوية.
كان العلماء يدرسون الكوكب منذ اكتشافه في عام 2013 ، وتشير أدلة جديدة إلى أنه أكثر سخونة مما كان يُعتقد. ولكن ، بشكل مخيب للآمال تقريبًا ، قد لا يكون هناك مطر حديدي بعد كل شيء.
يعتمد اكتشاف أن WASP-76b قد يكون أكثر سخونة مما كان متوقعًا على ملاحظات متعددة السنوات للكواكب الخارجية. تم نشر ورقة بحثية جديدة تستند إلى بعض تلك الملاحظات في مجلة The Astrophysical Journal Letters. عنوانها ' الكشف عن الكالسيوم المؤين في الغلاف الجوي للمشتري شديد الحرارة WASP-76b . ' إميلي ديبرت ، طالبة دكتوراه في جامعة تورنتو ، هي المؤلف الأول للصحيفة.
دراسة الكواكب الخارجية في مكان مثير للاهتمام. يطور علماء الفلك طرقًا جديدة للعثور على المزيد من الكواكب الخارجية والبدء في دراسة غلافها الجوي. يعتمد البحث الجديد على مشروع يسمى ExoGemS - الكواكب الخارجية مع مطياف الجوزاء. يستخدم تلسكوب Gemini North الموجود على Mauna Kea و a مطياف عالي الدقة لاستكشاف تنوع الغلاف الجوي للكواكب الخارجية. يهدف مسح ExoGemS إلى دراسة ما لا يقل عن 30 من الكواكب الخارجية التي تهم علماء الفلك ، مع استخدام WASP-76b كمعيار للمسح.
قال المؤلف المشارك Ray Jayawardhana ، 'أثناء قيامنا بالاستشعار عن بُعد لعشرات الكواكب الخارجية ، التي تغطي مجموعة من الكتل ودرجات الحرارة' ، 'سنطور صورة أكثر اكتمالاً للتنوع الحقيقي للعوالم الفضائية - من تلك الكواكب الساخنة بدرجة كافية لإيواء الحديد أمطار إلى أخرى ذات مناخات أكثر اعتدالًا ، من تلك الثقيلة أكثر من كوكب المشتري إلى غيرها التي ليست أكبر بكثير من الأرض. '
رسم توضيحي لكوكب المشتري الساخن يدور بالقرب من نجمه. حقوق الصورة: ESA / ATG medialab، CC BY-SA 3.0 IGO
'من اللافت للنظر أنه باستخدام التلسكوبات والأدوات الحديثة ، يمكننا بالفعل معرفة الكثير عن الغلاف الجوي - مكوناتها ، وخصائصها الفيزيائية ، ووجود السحب وحتى أنماط الرياح واسعة النطاق - للكواكب التي تدور حول النجوم على بعد مئات السنين الضوئية ، قال Jayawardhana في أ خبر صحفى .
اكتسب WASP-76b بعض الاهتمام بسبب دراسة سابقة وجدت أنه قد يمطر الحديد. درجة حرارة النهار ساخنة بدرجة كافية لتبخير الحديد ، في حين أن درجة الحرارة الليلية منخفضة بما يكفي لتكثيف الحديد في المطر. كانت الفكرة أنه في مكان ما بالقرب من فاصل من الكوكب المغلق تدريجيًا ، يتكثف الحديد في سائل ويسقط على السطح.
قد لا يكون هذا صحيحًا ، لكننا سنصل إليه. يظهر هذا البحث الجديد أن WASP-76b قد يكون في الواقع أكثر سخونة مما كان يعتقد. وهو ينبع من اكتشاف ثلاثي نادر من الخطوط الطيفية للكالسيوم المتأين في الغلاف الجوي.
يحتوي الكوكب الخارجي على غلاف جوي معقد ، ويقوم علماء الفلك بدراسته من على بعد مئات السنين الضوئية ، لذلك من المحتمل ألا تكون أي استنتاجات نهائية. في ورقتهم البحثية ، يقول المؤلفون إن WASP-76b يحتمل أن يكون له جو هارب وأن الديناميكا المائية للغلاف الجوي تؤثر على خطوط الكالسيوم المتأينة في مقياس الطيف. وكتبوا 'ستؤدي درجة الحرارة المرتفعة بعد ذلك إلى زيادة إنتاج الكالسيوم المتأين وبالتالي إلى خصائص امتصاص قوية'.
'نشهد الكثير من الكالسيوم ؛ قال المؤلف الأول إميلي ديبرت ، طالبة الدكتوراه في جامعة تورنتو ، ومستشارها جاياواردهانا ، 'إنها ميزة قوية حقًا'. قال ديبرت: 'هذا التوقيع الطيفي للكالسيوم المتأين يمكن أن يشير إلى أن كوكب خارج المجموعة الشمسية له رياح قوية جدًا في الغلاف الجوي العلوي'. 'أو أن درجة حرارة الغلاف الجوي على كوكب خارج المجموعة الشمسية أعلى بكثير مما كنا نظن.'
هناك قدر مذهل من التفاصيل في هذا الشكل من الدراسة ، لكن الانخفاضات تمثل الخطوط الطيفية الثلاثة للكالسيوم المتأين. حقوق الصورة: Deibert et al 2021.
يمكن أن يكون الحديد الذي جذب الكثير من الاهتمام مسؤولاً جزئيًا عن الحرارة الشديدة ، في أحد أشكالها. شكل آخر من الحديد ، إلى جانب المغنيسيوم ، قد يجعل من الصعب أيضًا تبريد الغلاف الجوي. 'الآليات المحددة التي تؤدي إلى زيادة درجة الحرارة في أجواء كواكب المشتري شديدة الحرارة هي التأين الضوئي للمعادن و NLTE< التوازن الديناميكي الحراري غير المحلي > التأثيرات في شكل اكتظاظ سكاني للأنواع المسؤولة عن التسخين (على سبيل المثال ، Fe ii) جنبًا إلى جنب مع نقص السكان في الأنواع المسؤولة عن التبريد (على سبيل المثال ، Fe i و Mg) '.
من المحتمل أن يكون WASP-76b هو الكوكب الوحيد في النظام ، ولديه حوالي 92٪ من كتلة كوكب المشتري. لها فترة مدارية أقل من يومين. عبورها المتكرر يجعلها هدفًا جيدًا للدراسة. ينوي مؤلفو هذا البحث دراسة الكواكب الخارجية على نطاق أوسع. كتبوا 'في ورقة قادمة ، سنقوم بتحليل النطاق الطيفي الكامل الذي تغطيه هذه الملاحظات والبحث عن الامتصاص بسبب مجموعة من الأنواع الذرية والأيونية والجزيئية المصممة بدقة عالية ...'.
ماذا عن المطر الحديدي؟
تم الإبلاغ على نطاق واسع أن WASP-76b تمطر الحديد المنصهر. لكن وفقًا لدراسة منفصلة ، قد لا يكون هذا هو الحال.
في ورقة بعنوان ' لا حاجة إلى مظلة: مواجهة فرضية المطر الحديدي على WASP-76b بمعالجة لاحقة
نماذج الدورة العامة ، 'يقول فريق من الباحثين أن المطر الحديدي غير محتمل وأن شيئًا آخر يمكن أن يفسر الملاحظات.
يشير هذا الفريق ، مع المؤلف الأول أرجون سافيل ، إلى أن WASP-76b هي المرة الأولى التي يتم فيها افتراض أي نوع من المطر الحديدي في الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية. كتبوا: 'سيكون تفسير التدرج الكيميائي للحديد المذكور أعلاه هو الأول من نوعه بين أجواء الكواكب الخارجية'. وفقًا لهم ، هناك تفسير آخر ، وربما يكون أكثر احتمالًا.
يقولون أن البيانات التي تظهر المطر الحديدي يمكن تفسيرها بدرجة الحرارة. 'ومع ذلك ، فإن ضرورة وجود تدرج كيميائي لشرح الملاحظات الموجودة قد تم التشكيك فيها من قبل النماذج الأمامية لـ Wardenier et al. (2021) ، الذي يحسب بشكل ثابت أطياف الإرسال من نموذج ثلاثي الأبعاد لهذا الكوكب ووجد أن تكاثف الحديد أو عدم تناسق كبير في درجة الحرارة يمكن أن يتطابق مع Ehrenreich et al. (2020). '
إن عدم تناسق درجات الحرارة الذي يذكرونه يقع بين الحافتين الأمامية والخلفية للغلاف الجوي. لسوء الحظ ، لا يمكن للبيانات الحالية التفريق بين المطر الحديدي الفعلي وعدم تناسق درجات الحرارة. هناك مشكلة أخرى في البيانات. اتضح أن النجم WASP-76 قد يكون لديه رفيق نجمي على بعد حوالي 85 وحدة فلكية. قد يكون الضوء الصادر من هذا النجم موجودًا في بعض مطياف هابل الأصلي لـ WASP-76b ، مما يؤدي إلى تلوث البيانات.
يوضح الرسم التوضيحي لهذا الفنان كوكبًا يتم تسخينه بدرجة كافية لإذابة المعادن. رصيد الصورة: NASA و ESA و G. Bacon (STSci)
كما أشاروا إلى أن أجواء المشتري شديدة الحرارة لا تساعد في تكوين سحب من الحديد. علاوة على ذلك ، لا تفضل سحب الحديد بالضرورة في أجواء المشتري الحارة ؛ تشير نماذج الفيزياء الميكروية إلى أن معدل نواة الحديد منخفض ، مما يتسبب في عزل سحب الحديد في أعماق الغلاف الجوي. '
ورقة أخرى ، من عام 2021 ، بعنوان ' تحليل إشارة الارتباط الحديدي للمشتري فائق السخونة WASP-76b في ناقل الحركة باستخدام النقل الإشعاعي ثلاثي الأبعاد لمونتي كارلو ، 'يجادل أيضًا ضد استنتاج المطر الحديدي. في تلك الورقة ، كتب المؤلفون 'أظهرنا أيضًا أن الإشارة الحديدية المنشورة سابقًا لـ WASP-76b يمكن إعادة إنتاجها بواسطة نموذج يتميز بتكثيف الحديد على الطرف الرئيسي. بدلاً من ذلك ، يمكن تفسير الإشارة من خلال عدم تناسق كبير في درجة الحرارة بين الطرف الخلفي والطرف الأمامي ، حيث لا يكون تكثيف الحديد مطلوبًا بشكل صارم لمطابقة البيانات '.
أن نكون منصفين للباحثين الذين اقترحوا في البداية وجود المطر الحديدي على WASP-76b ، قالوا فقط إنها كانت محتملة بسبب البيانات التي لديهم. أشارت العناوين الرئيسية إلى أنها كانت صفقة منتهية ، ولكن هذه هي الطريقة التي تعمل بها العناوين الرئيسية. كان ديفيد إرينريتش ، الأستاذ في قسم علم الفلك بكلية العلوم بجامعة جنيف بسويسرا ، المؤلف الرئيسي لتلك الورقة.
في ورقتهم ، قالوا إن نتائجهم يمكن تفسيرها بطريقتين ، واحدة منهما فقط تتعلق بالمطر الحديدي. النتائج '... يمكن تفسيرها بمزيج من دوران الكواكب والرياح التي تهب من جانب النهار الحار ،' من ناحية. من ناحية أخرى ، '... لا تظهر أي إشارة من الجانب الليلي بالقرب من فاصل الصباح ، مما يدل على أن الحديد الذري لا يمتص ضوء النجوم هناك.' ولكن كما رأينا ، قد يكون عدم وجود إشارة حديدية بسبب عدم تناسق درجة الحرارة.
حتى الآن ، لا أحد متأكد من وجود كوكب ساخن جدًا لدرجة أنه تمطر فيه الحديد. لكنها بالتأكيد ستكون ممتعة. يجب أن تساعدنا الأدوات الأكثر قوة ، مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي القادم ، في اكتشاف ذلك بالتأكيد.