متى يكون ملف القزم البني ليس نجمًا على الإطلاق ، بل مجرد نجم عملاق الغاز ؟ ومتى يكون الغاز العملاق ليس كوكبًا ، بل جسمًا سماويًا أقرب إلى قزم بني؟ شغلت هذه الأسئلة علماء الفلك لسنوات ، وتطرقوا إلى جوهر تعريف جديد للأجرام السماوية الكبيرة التي تسكن الأنظمة الشمسية.
عالم الفلك في جامعة جونز هوبكنز يعتقد أن لديه طريقة أفضل لتصنيف هذه الأشياء ، وهي لا تعتمد فقط على الكتلة ، ولكن على الشركة التي تحتفظ بها الأشياء ، وكيف تتشكل الكائنات. في ورق نشرت في مجلة الفيزياء الفلكية ، قدم كيفن شلاوفمان حجته من أجل نظام تصنيف جديد يمكن أن يساعدنا جميعًا في تجاوز بعض الحجج حول أي كائن هو كوكب عملاق غازي أو قزم بني. الكتلة هي الجزء الذي يسهل فهمه من هذا التعريف الجديد ، لكنها ليست العامل الوحيد. كيف تشكل الكائن هو أيضا مفتاح.
بشكل عام ، كلما كان النجم أقل كتلة ، كان أكثر برودة. على الرغم من أن النجوم الأصغر من شمسنا لا تزال قادرة على تحمل تفاعلات الاندماج المنتجة للحرارة ، فإن النجوم الأولية الصغيرة جدًا لا تستطيع ذلك. تُعرف هذه النجوم 'الفاشلة' عمومًا باسم الأقزام البنية ، ويضع تعريف جديد مداها بين 10 إلى 75 ضعف كتلة كوكب المشتري. يقارن مفهوم هذا الفنان حجم القزم البني بحجم الأرض والمشتري ونجم منخفض الكتلة والشمس. (الائتمان: NASA / JPL-Caltech / UCB).
شلاوفمان أستاذ مساعد في قسم الفيزياء والفلك بجامعة جونز هوبكنز. لقد وضع حدًا لما يجب أن نطلق عليه كوكبًا ، وهذا الحد يتراوح بين 4 و 10 أضعاف كتلة أكبر كوكب في نظامنا الشمسي ، كوكب المشتري . علاوة على ذلك ، لديك نجم بني قزم. (تسمى الأقزام البنية أيضًا الأجسام شبه النجمية ، أو النجوم الفاشلة ، لأنها لم تنمو أبدًا بالقدر الكافي لتصبح نجومًا).
'الحدود العليا لكتل الكواكب هي واحدة من أبرز التفاصيل المفقودة.' - كيفن شلاوفمان ، جامعة جونز هوبكنز ، قسم الفيزياء والفلك.
أدت التحسينات في مراقبة الأنظمة الشمسية الأخرى إلى هذا التعريف الجديد. حيث كان لدينا في السابق نظامنا الشمسي فقط كمرجع ، يمكننا الآن مراقبة أنظمة شمسية أخرى بفاعلية متزايدة. لاحظ شلاوفمان 146 نظامًا شمسيًا ، مما سمح له بملء بعض الفراغات في فهمنا للقزم البني وتكوين الكواكب.
صورة لكوكب المشتري تظهر أنظمة العاصفة. وفقًا لتعريف جديد ، سيعتبر كوكب المشتري قزمًا بنيًا إذا نما إلى أكثر من 10 أضعاف كتلته عند تكوينه. الصورة: الجوزاء
قال شلاوفمان: 'بينما نعتقد أننا نعرف كيف تتشكل الكواكب من منظور الصورة الكبيرة ، لا يزال هناك الكثير من التفاصيل التي نحتاج لملئها'. 'الحدود العليا لكتل الكواكب هي واحدة من أبرز التفاصيل المفقودة.'
دعنا نعود قليلاً ونلقي نظرة على العلاقة بين الأقزام البنية وعمالقة الغاز.
تتشكل الأنظمة الشمسية من سحب الغاز والغبار. في الأيام الأولى للنظام الشمسي ، يتكون نجم واحد أو أكثر من هذه السحابة عن طريق انهيار الجاذبية. تشتعل بالاندماج وتصبح النجوم التي نراها في كل مكان في الكون. يتشكل الغاز المتبقي والغبار في الكواكب أو الأقزام البنية. هذه نسخة مبسطة من تكوين النظام الشمسي ، لكنها تخدم أغراضنا.
في نظامنا الشمسي ، تشكل نجم واحد فقط: الشمس. التهم عملاقا الغاز كوكب المشتري وزحل معظم المواد المتبقية. التهم كوكب المشتري نصيب الأسد ، مما جعله أكبر كوكب. ولكن ماذا لو كانت الظروف مختلفة واستمر كوكب المشتري في النمو؟ وفقًا لشلاوفمان ، إذا استمر في النمو إلى أكثر من 10 أضعاف حجمه الآن ، لكان قد أصبح قزمًا بنيًا. لكن هذا ليس حيث ينتهي التعريف الجديد.
التركيب المعدني والكيميائي
الكتلة ليست سوى جزء منها. ما وراء تصنيفه الجديد حقًا هو الطريقة التي تشكل بها الكائن. هذا ينطوي على مفهوم المعدنية بالنجوم.
النجوم لها محتوى معدني. في الفيزياء الفلكية ، هذا يعني الجزء من كتلة النجم غير الهيدروجين أو الهيليوم. لذا فإن أي عنصر من الليثيوم وما بعده يعتبر معدنًا. هذه المعادن هي ما تتكون منها الكواكب الصخرية. كان الكون المبكر يحتوي فقط على الهيدروجين والهيليوم وكميات ضئيلة تقريبًا من العنصرين التاليين ، الليثيوم والبريليوم. لذلك لم يكن للنجوم الأولى أي معدن ، أو لا يوجد أي معدن تقريبًا.
هذه صورة M80 ، عنقود نجمي كروي قديم. نظرًا لأن هذه النجوم تشكلت في بداية الكون ، فإن محتواها المعدني منخفض جدًا. هذا يعني أن عمالقة الغاز مثل المشتري ستكون نادرة أو غير موجودة هنا ، بينما من المحتمل أن تكون الأقزام البنية متوفرة بكثرة. الصورة: بواسطة NASA ، فريق Hubble Heritage ، STScI ، AURA - صور رائعة في وصف NASA ، المجال العام ، https://commons.wikimedia.org/w/index.php؟
ولكن الآن ، بعد 13.5 مليار سنة من الانفجار العظيم ، تمتلك النجوم الشابة مثل شمسنا المزيد من المعدن فيها. وذلك لأن أجيالًا من النجوم عاشت وماتت ، وخلقت المعادن التي تم تناولها في تشكيل النجوم اللاحق. تشكلت شمسنا منذ حوالي 5 مليارات سنة ، وهي تتمتع بالمعدنية التي نتوقعها من نجم بتاريخ ميلاده. لا يزال يتكون بأغلبية ساحقة من الهيدروجين والهيليوم ، ولكن حوالي 2٪ من كتلته مصنوعة من عناصر أخرى ، معظمها الأكسجين والكربون والنيون والحديد.
هذا هو المكان الذي تأتي فيه دراسة شلاوفمان. ووفقًا له ، يمكننا التمييز بين عمالقة الغاز مثل المشتري ، والأقزام البنية ، من خلال طبيعة النجم الذي يدور حوله. تعكس أنواع الكواكب التي تتشكل حول النجوم معدنية النجم نفسه. عادة ما يتم العثور على عمالقة الغاز مثل المشتري تدور حول النجوم ذات الفلزات المعدنية التي تساوي أو تفوق شمسنا. لكن الأقزام البنية ليست صعبة الإرضاء. يتشكلون حول أي نجم تقريبًا. لماذا ا؟
الأقزام البنية والكواكب تتشكل بشكل مختلف
تتشكل الكواكب مثل المشتري عن طريق التراكم. يتكون قلب صخري ، ثم يتجمع الغاز حوله. بمجرد الانتهاء من العملية ، لديك عملاق غاز. لكي يحدث هذا ، فأنت بحاجة إلى معادن. إذا كانت المعادن موجودة لتتشكل هذه النوى الصخرية ، فسوف ينعكس وجودها في معدنية النجم المضيف.
لكن الأقزام البنية لا تتشكل بالتراكم مثل الكواكب. لقد تشكلوا بنفس الطريقة التي تكونت بها النجوم. من خلال انهيار الجاذبية. فهي لا تتكون من نواة صخرية أولية ، لذا فإن الفلزية ليست عاملاً.
هذا يعيدنا إلى دراسة كيفن شلاوفمان. لقد أراد معرفة الكتلة التي عندها لا يهتم الجسم بمعدنية النجم الذي يدور حوله. وخلص إلى أن الأجسام التي تزيد عن 10 أضعاف كتلة المشتري لا تهتم إذا كان النجم يحتوي على عناصر صخرية ، لأنها لا تتشكل من النوى الصخرية. ومن ثم فهي ليست كواكب شبيهة بالمشتري. إنهم أقزام بنية تشكلت نتيجة لانهيار الجاذبية.
ماذا يهم ما نسميه؟
دعونا نلقي نظرة على جدل بلوتو لفهم سبب أهمية الأسماء.
الكفاح من أجل التصنيف الدقيق لجميع الأشياء التي نراها في الفضاء مستمر. من يستطيع أن ينسى محنة بلوتو المسكين؟ في عام 2006 ، الاتحاد الفلكي الدولي (IAU) خفض مرتبة بلوتو ، وجرده من مكانته طويلة الأمد ككوكب. لماذا ا؟
لأن التعريف الجديد لماهية الكوكب يعتمد على هذه المعايير الثلاثة:
- كوكب يدور في مدار حول نجم.
- يجب أن يمتلك الكوكب كتلة كافية لتحمل التوازن الهيدروستاتيكي (شكل دائري تقريبًا).
- لقد طهر كوكب الجوار حول مداره
كلما نظرنا إلى بلوتو باستخدام تلسكوبات أفضل ، أدركنا أنه لا يفي بالمعايير الثالثة ، لذلك تم تخفيض رتبته إلى كوكب قزم. آسف بلوتو.
أعيد تصنيف بلوتو على أنه كوكب قزم بناءً على فهمنا المتزايد لطبيعته. هل ستساعدنا دراسة شلاوفمان الجديدة في تصنيف عمالقة الغاز والأقزام البنية بدقة أكبر؟ التقطت مركبة الفضاء نيو هورايزونز التابعة لوكالة ناسا هذا العرض الملون عالي الدقة المحسن لبلوتو في 14 يوليو 2015. Credit: NASA / JHUAPL / SwRI
تعتبر اصطلاحات التسمية الخاصة بنا للأجسام الفلكية مهمة ، لأنها تساعد الناس على فهم كيفية انسجام كل شيء معًا. لكن في بعض الأحيان يمكن أن يصبح الجدل حول الأسماء مملًا. (بدأ النقاش حول بلوتو يفقد الترحيب به ، ولهذا السبب يقترح البعض أننا نسميهم جميعًا 'عوالم'.)
على الرغم من أن الجدل حول بلوتو أصبح مرهقًا ، إلا أنه لا يزال مهمًا. نحتاج إلى طريقة ما لفهم ما الذي يجعل الأشياء مختلفة ، والأسماء التي تعكس هذا الاختلاف. ويجب أن تعكس الأسماء شيئًا أساسيًا عن الأشياء المعنية. هل ينبغي حقًا اعتبار بلوتو من نفس نوع الجسم مثل كوكب المشتري؟ هل كلا الكواكب حقًا بنفس المعنى؟ IAU تقول لا.
ينطبق نفس المبدأ على الأقزام البنية وعمالقة الغاز. إن إعطائهم أسماء بناءً على كتلهم فقط لا يخبرنا كثيرًا. يهدف شلاوفمان إلى تغيير ذلك.
إن تعريفه الجديد منطقي لأنه يعتمد على كيفية ومكان تشكل هذه الأشياء ، وليس حجمها فقط. لكن لن يوافق الجميع بالطبع.
فلتبدأ المناقشة.