يحب علماء الفلك مراقبة الكواكب الصغيرة التي تتشكل في أقراص حطام نجمي ، وهي حلقات دوارة من المواد حول النجوم الفتية. لكن عندما يقيسون كمية المواد في تلك الأقراص ، لا تحتوي على مادة كافية لتشكيل كواكب كبيرة. هذا التناقض حير علماء الفلك.
قد يعود الجواب إلى التوقيت.
تشير دراسة جديدة إلى أن الكواكب تتشكل أسرع بكثير مما يعتقد علماء الفلك.
'نحتاج إلى البحث مبكرًا بدلاً من البحث عن الكتلة المفقودة.'
Lukasz Tychoniec ، المؤلف الرئيسي ، مرصد ليدن.
ال فرضية سديم هي النظرية الشائعة التي تشرح كيفية تشكل الكواكب.
كل شيء يبدأ بنجم يتشكل في سحابة جزيئية عملاقة. عندما يتشكل النجم ، تشكل المادة المتبقية قرصًا دوارًا حول النجم يسمى القرص المحيط. تتكون الكواكب من المادة الموجودة في ذلك القرص وتدور حول النجم.
في تصور هذا الفنان ، يدور كوكب جديد محتمل من خلال خلوص في قرص نجمي مجاور مكون من كوكب. حقوق الصورة: NASA / JPL-Caltech كان القائم بالتحميل الأصلي عام 1981 في Wikipedia الإنجليزية ، وتم تحميل الإصدارات اللاحقة بواسطة WilyD في en.wikipedia. - http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA05988 الأصل من en.wikipedia ؛ صفحة الوصف / كانت هنا. ، المجال العام ، https://commons.wikimedia.org/w/index.php؟curid=2640995
لكن من الصعب جدًا رؤية نظام شمسي صغير جدًا. تحجب الممرات السميكة من الغبار الضوء ، مما أعاق فهمنا لعملية تشكل الكوكب. كان هناك بعض التقدم ، رغم ذلك.
في السنوات الأخيرة ، سمحت التحسينات في المراصد مثل ALMA و VLT لعلماء الفلك بإلقاء نظرة أفضل على هذه الأنظمة الشمسية الوليدة والكواكب الشابة التي تتشكل هناك. في دراسة واحدة عام 2019 ، صور علماء الفلك الفجوات في a قرص كوكبي أولي حول نجم شاب قريب والكواكب الفتية هي المسؤولة عن الفجوات.
يعد PDS 70 ثاني نظام متعدد الكواكب يتم تصويره مباشرة. من خلال مزيج من البصريات التكيفية ومعالجة البيانات ، تمكن علماء الفلك من إلغاء الضوء من النجم المركزي (المميز بنجمة بيضاء) للكشف عن اثنين من الكواكب الخارجية التي تدور حول المجموعة الشمسية. يزن PDS 70 b (أسفل اليسار) من 4 إلى 17 ضعف وزن كوكب المشتري بينما يزن PDS 70 c (أعلى اليمين) 1 إلى 10 أضعاف وزن كوكب المشتري. حقوق الصورة: ESO و S. Haffert (مرصد Leiden)
سمح بعض هذا العمل لعلماء الفلك بقياس كتلة المادة في هذه الأقراص النجمية. أظهرت الدراسات التي أجريت على أقراص عمرها ما بين مليون وثلاثة ملايين عام أن الأقراص لا تحتوي على مواد كافية لجعل كوكب واحد بحجم كوكب المشتري ، ناهيك عن باقي الكواكب في نظام مثل نظامنا. أين كانت القداس؟
تشير دراسة جديدة إلى أنه لا توجد كتلة مفقودة ، ويحتاج علماء الفلك إلى النظر في الأنظمة الشمسية الأحدث للعثور على إجابتها.
عنوان الدراسة الجديدة هو ' كتل الغبار للأقراص الصغيرة: تقييد الخزان الصلب الأولي لتشكيل الكوكب . ' المؤلف الرئيسي للورقة هو Lukasz Tychoniec ، طالب دراسات عليا في مرصد Leiden في هولندا. سيتم نشر الورقة الجديدة في مجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية.
التقطت أداة SPHERE الموجودة في التلسكوب الكبير جدًا التابع لـ ESO مجموعة من الصور لأقراص نجمية حول النجوم الشابة. التفاصيل في الصور أكبر من أي صور سابقة ، وتكشف عن مجموعة مذهلة من الأشكال والأحجام. الصورة: ESO / H. أفينهاوس وآخرون / إي. تعاون Sissa et al./DARTT-S و SHINE
في مقدمة ورقتهم ، كتب المؤلفون أن '... الأقراص الناضجة تفتقر إلى المادة الصلبة اللازمة لإعادة إنتاج أنظمة الكواكب الخارجية المرصودة ، وخاصة الأنظمة الضخمة منها.' الهدف من الدراسة هو '... تحديد ما إذا كانت الأقراص في المرحلة المدمجة من تكوين النجوم تحتوي على غبار كافٍ لشرح المحتوى الصلب لأكبر الكواكب الخارجية الضخمة.'
لتحقيق ذلك ، نظر الباحثون إلى أنظمة شمسية حديثة العهد. قال Tychoniec: 'نحتاج إلى البحث مبكرًا بدلاً من البحث عن الكتلة المفقودة' خبر صحفى .
استخدم Tychoniec وفريق الباحثين صورًا من مجموعة أتاكاما كبيرة المليمتر / المليمتر الفرعي (ALMA) و صفيف كبير جدا (VLA) في عملهم. لقد نظروا إلى نجوم شابة جدًا تسمى النجوم الأولية ، وهي نجوم شابة جدًا لدرجة أنها لا تزال تكتسب المواد من السحابة الجزيئية التي تتشكل منها. في هذه الحالة ، كانت النجوم الشابة في سحابة فرساوس الجزيئية ، وهي منطقة عملاقة من تشكل النجوم على بعد حوالي 1000 سنة ضوئية منا.
تمتد سحابة Perseus Molecular Cloud على حوالي 500 سنة ضوئية ، وتبعد حوالي 1000 سنة ضوئية. تستضيف وفرة من النجوم الأولية. هذه الصورة من وكالة ناسا التي تقاعدت مؤخرًا تلسكوب سبيتزر الفضائي . حقوق الصورة: بواسطة NASA / JPL-Caltech - https://photojournal.jpl.nasa.gov/figures/PIA23405.jpg ، المجال العام ، https://commons.wikimedia.org/w/index.php؟
كانت النجوم الأولية الشابة التي درسوها مركزًا لنظامهم الشمسي الصغير ، حيث كانت الكواكب في طور التكوين. قُدرت أنظمة الطاقة الشمسية بما يتراوح بين 100000 و 500000 عام. هذا صغير للغاية بالنسبة لأي جسم فلكي.
نظرت الدراسة في أعمار مختلفة للأقراص النجمية حول أعمار مختلفة من النجوم الأولية تسمى الفئة 0 ، والفئة 1 ، والفئة 2. وكل منها فئة البروتستار في مرحلة مختلفة من التطور. الفئة 0 هي في المراحل الأولى جدًا من تكوين الكواكب. القرص الموجود حول النجم الأولي من الفئة 0 أكثر سمكًا ، ويحتوي على مواد أقل يتم تناولها عن طريق تكوين الكواكب مقارنة بالفئة 1 أو الفئة 2 ، إلخ.
يعتمد اصطلاح التسمية على كمية ضوء الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من القرص. المادة الموجودة في القرص أبرد من سطح النجم الشاب الموجود في منتصفها كلها. لذا فإن مادة القرص تشع أطوال موجية أطول من الضوء ، وتنتج طاقة الأشعة تحت الحمراء الزائدة. كلما تم امتصاص المزيد من المواد عن طريق تكوين الكواكب ، يصبح القرص أقل كثافة ، ويشع طاقة أقل من الأشعة تحت الحمراء. تقيس الملاحظات باستخدام ALMA و VLT الضوء كما ينبعث من حبيبات الغبار في القرص. بقياس هذا الضوء ، يقيس الفريق كتلة الغبار في الأقراص.
صورة لـ AB Aurigae من ESO's VLT وجهاز SPHERE ، تُظهر ما يعتقد العلماء أنه كوكب صغير يتشكل. حقوق الصورة: ESO / Boccaletti et al.
ووجدوا أن كمية الغبار في الأنظمة الحديثة جدًا التي قاموا بقياسها كافية بالفعل لحساب الكواكب العملاقة. أخذوا قياسات غبار القرص وقارنوها بكتل أكثر من 2000 نظام معروف للكواكب الخارجية. في كل حالة على حدة ، كانت كتل الغبار المقاسة قادرة على حساب تجميع الكواكب الخارجية المعروفة.
قارن الفريق أيضًا كمية الغبار حول الأقراص في سحابة Perseus الجزيئية بالأقراص الموجودة فيها اوريون . ووجدوا أن الأقراص في Perseus لها كتلة متوسطة تبلغ 158 و 52 كتلة أرضية ، للفئة 0 والفئة 1 على التوالي. ووجدوا أن أقراص الفئة 1 تتفق في كلا النظامين ، في حين أن أقراص الفئة 0 في فرساوس أكثر ضخامة. كتب المؤلفون أن هذه النتيجة 'تشير إلى أن الظروف السحابية الأولية قد تؤدي إلى كتل مختلفة من الأقراص في المراحل المبكرة'.
صورة لسديم الجبار ، الذي يحتوي على أكثر من 180 نقطة ، أو أقراص كوكبية أولية متأينة. تم تمييز ستة منهم في هذه الصورة. في هذه الدراسة ، قارن المؤلفون الأقراص الموجودة في Perseus مع الأقراص الموجودة في Orion. حقوق الصورة: بواسطة ESA / Hubble، CC BY 4.0، https://commons.wikimedia.org/w/index.php؟
لكن النتيجة الرئيسية لهذا العمل تدور حول تكوين الكوكب ، وعندما تبدأ تلك العملية حول نجم شاب. 'وجدنا دليلًا قويًا على وجود كتلة غبار كافية في الأقراص الفتية لجعل تكوين الكوكب ممكنًا بالفعل في البداية؟ 0.5 Myr من تشكل النجوم '.
يقول أليكس كريدلاند ، باحث ما بعد الدكتوراة في مرصد ليدن والمؤلف المشارك للورقة البحثية: 'إن الآثار المترتبة على هذا الاكتشاف عميقة'. 'لعقود من الزمن ، كنا نظن أن تشكل الكوكب يجب أن يحدث خلال مرحلة قرص الكواكب البدائية ،' بعد تقدم النجم الشاب قليلاً. '... من خلال دفع المرحلة الأولى من تكوين الكواكب إلى الوراء ، علينا إعادة التفكير في شكل مسقط رأس الكواكب في الواقع!' قال كريدلاند.