عندما يبدأ نظام شمسي فتي في العمل ، يكون الأمر أكثر بقليل من نجم شاب وقرص دوار من الحطام. يقول التفكير المقبول أن الحطام الملتف قد اجتاح في تكوين الكواكب. لكن دراسة جديدة تقول أن الكثير من المادة الموجودة في القرص قد تواجه مصيرًا مختلفًا.
قد لا يكون له شرف أن يصبح جزءًا من كوكب مستقر لطيف ، يدور بهدوء وموثوقية حول نجمه المضيف. بدلاً من ذلك ، يتم تجاهلها ببساطة. يتم طرده من النظام الشمسي الشاب الذي لا يزال يتشكل ليقضي وجوده كأجسام بين النجوم أو ككواكب مارقة.
تأتي الدراسة من آفي لوب وأمير سراج ، وهي الأسماء التي قد تكون مألوفة لقراء الكون اليوم. لوب وسراج كلاهما من مركز الفيزياء الفلكية (CfA) بجامعة هارفارد وتعاونا في البحث من قبل. دراستهم الجديدة بعنوان ' دليل أولي على أن الأقراص الكوكبية الأولية تقذف كتلة أكبر مما تحتفظ به . ' إنه متاح على موقع ما قبل الطباعة arxiv.org ولم تتم مراجعته من قبل الزملاء حتى الآن.
يشير لوب وسيراج إلى وجود أجسام بين النجوم مثل أومواموا و 2 أنا / بوريسوف لإثبات قضيتهما. حتى الآن ، لا يوجد دليل قاطع على أصل هذه الأشياء وإخوتها. لقد توصل الباحثون إلى أصول مختلفة ، وقدموا أدلة تثبت ذلك ، ولكن حتى الآن لا يوجد إجماع. يمكن أن يكون أومواموا بين النجوم جبل جليد الهيدروجين المظلم ، شيء على غرار بلوتو ، أو حتى نوع من أرنب الغبار بين النجوم . 'والمذنب 2l / بوريسوف هو على الأرجح مذنب شارد بين النجوم ، وهو أول مذنب لاحظناه.
على اليسار يوجد رسم توضيحي للفنان لجسم ما بين النجوم 'أومواموا'. على اليمين صورة للمذنب بين النجوم 2I / بوريسوف. حقوق الصورة على اليسار: المرصد الأوروبي الجنوبي / إم كورنميسر. حقوق الصورة على اليمين: بواسطة NASA و ESA و D. Jewitt (UCLA) - المجال العام
تُظهر الميزانيات الكتلية النجمية أنه لا الغيوم الخارجية ولا أقراص الكواكب الأولية يمكنها توفير كتلة كافية لتفسير الأجسام بين النجوم ومجموعات الكواكب المارقة. إذن ، ربما تكون ميزانياتنا الكتلية النجمية خاطئة؟ ربما يتم إخراج الجزء الأكبر من المواد الموجودة في أقراص الكواكب الأولية وتصبح أجسامًا بين النجوم مثل 'أومواموا ، 2I / بوريسوف ، والكواكب المارقة ، وبعض هذه الكواكب أكبر من الأرض بعدة مرات.
يعتمد جزء كبير من الورقة على تقديرات علمية ، والكثير منها تمهيدي. يوضح المؤلفون ذلك في عنوان الورقة. لا يوجد لدى العلماء حتى الآن فهم واضح لعدد الأجسام بين النجوم والكواكب المارقة. لكن عليك أن تبدأ من مكان ما ، وهذه الورقة هي نوع من نقطة البداية.
يفتتح بحثهم بعبارة 'إذا نشأت الأجسام بين النجوم في أقراص كوكبية أولية ، فيمكن استخدامها لمعايرة جزء الكتلة الذي تقذفه هذه الأقراص.' ومن هناك يحفرون أعمق.
وكتبوا: 'أصل الأشياء بين النجوم هو لغز لم يتم حله'. 'لا يمكن لسحب exo-Oort ولا أقراص الكواكب الأولية ملء الميزانية الضخمة اللازمة لإنتاج مجموعة الكائنات بين النجوم المستنتجة.' هذا يترك فقط احتمالين واسعين لأصولهم. الأول هو الميزانيات الجماعية النجمية المختلفة ، والتي قد تكون غير قابلة للتصديق. والآخر هو احتمالات بقاء مختلفة للأجسام بين النجوم عبر مسافات شاسعة ومقاييس زمنية.
تضع هذه المقدمة السؤال الرئيسي للباحثين: 'ما مقدار الكتلة المطلوبة لكل نجم لإنتاج أجسام بين النجوم؟'
العقبة الأولى في طريق الإجابة عن هذا السؤال هي حقيقة أننا نعرف حقًا فقط جسمين بين النجوم: أومواموا ، الذي تم اكتشافه في عام 2017 ، والمذنب 2I / بوريسوف ، الذي تم اكتشافه في عام 2019. وقد لاحظ العلماء فقط التقديرات لأحجامها. يقدر أن أومواموا يتراوح بين 20 إلى 200 متر ، ويقدر أن نواة بوريسوف تتراوح بين 0.4 إلى 1 كيلومتر. هناك أيضًا كائن ثالث محتمل بين النجوم اسمه القرطم 2014/01/08 ، ولكن لم يتم تأكيد وضعها كجسم بين النجوم.
لدينا فقط تقديرات لعدد هذه الأجسام بين النجوم ، بما في ذلك الكواكب المارقة. بالنسبة إلى كائنات مثل أومواموا وبوريسوف ، يقدر التقدير في مكان ما بحوالي 9000 لكل نجم ، بينما بالنسبة للكواكب الصخرية المارقة ضعف حجم الأرض تقريبًا ، يتراوح حجمها بين 5 إلى 10 لكل نجم. (تشير بعض التقديرات إلى أن هناك عددًا أقل ، فقط 2 لكل نجمة).
أخذ الباحثان ما هي البيانات الموجودة ، بالإضافة إلى التقديرات ، وأجروا محاكاة. تناولت المحاكاة سؤالهم الرئيسي: 'بالنظر إلى أحجام ووفرة الأجسام بين النجوم المعروفة ، ما مقدار الكتلة المطلوبة ، لكل نجم ، لإنتاج مثل هذا المجتمع؟'
لكل تقدير حجم ووفرة للأجسام بين النجوم ، أجرى الزوج محاكاة مونت كارلو. النتائج؟
وجد سراج ولوب أن سحب exo-Oort لا يمكن أن تحتوي على كتلة كافية لتكون مصدرًا للمجموعات المستنبطة من الأجسام بين النجوم والكواكب المارقة. قدم الزوجان حساباتهما في الورقة ثم قالا: 'نتيجةً لذلك ، أورت
غيوم النجوم هي مصادر غير قابلة للتصديق للأجسام بين النجوم '.
بعد ذلك ، يفكرون في أقراص الكواكب الأولية. يتم عرض حساباتهم بالتفصيل في ورقتهم وتستحق النظر فيها لمن لديهم اهتمام أعمق بهذه المسألة. ولكن النتيجة النهائية هي أن الأمر قد يتطلب نسبة أكبر من كتلة النجم المضيف مما كان يُعتقد سابقًا لحساب العدد المستنتج من الأجسام بين النجوم أكبر من أومواموا. 'المعنى الأساسي لهذه النتائج هو أن مقدار الكتلة اللازمة لتكوين أجسام بين النجوم أكبر من أومواموا هي جزء كبير من كتلة النجم المضيف ، بين 2٪ و 50٪.'
نحن نتحسن في دراسة أقراص الكواكب الأولية. هذه بعض الصور عالية الدقة من ALMA لأقراص الكواكب الأولية القريبة ، والتي هي نتاج الهياكل الفرعية للقرص في مشروع الدقة الزاوية العالية (DSHARP). الائتمان: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) ، S. Andrews et al. ؛ NRAO / AUI / NSF، S. Dagnello
في خلفية جميع أعمال لوب وسراج يوجد شيء يسمى نموذج السديم الشمسي ذي الكتلة الدنيا (MMSN). يصف نموذج MMSN تكوين المواد في نظامنا الشمسي اللازمة لحساب تكوين الكواكب والكويكبات التي تدور حول الشمس. يوضح MMSN أنه ، نظرًا لمعدنية الشمس ، كانت هناك حاجة إلى حوالي 1 ٪ من كتلة الشمس لتشكيل الكواكب.
تظهر حسابات المؤلفين وعمليات المحاكاة التي أجراها المؤلفون أن الأمر يتطلب جزءًا أكبر بكثير من كتلة النجم لحساب عدد 'الأجسام الشبيهة بأومواموا'. 'المعنى الأساسي لهذه النتائج هو أن مقدار الكتلة اللازمة لتكوين أجسام بين النجوم أكبر من أومواموا هي جزء كبير من كتلة النجم المضيف ، بين 2٪ و 50٪.'
إذا كنت تعتقد أن هذا نطاق كبير نوعًا ما ، فأنت على حق. لكن ما يحققه عملهم هو قيد أكثر إحكامًا على فهمنا لتشكيل أنظمة الكواكب. 'تشير هذه النتائج إلى طريق عالي الكفاءة لتحويل المادة النجمية الأولية إلى حوالي 0.1 كيلومتر من الكواكب الصغيرة ولإخراجها من نجومها الأم ، وتغيير النموذج المتعلق بقيود المراقبة على عملية تكوين نظام الكواكب.'
ولكن ما قد يكون أكثر إثارة للاهتمام هو الاستنتاج المحتمل. قد تقذف الأنظمة الشمسية الفتية كتلة أكبر كأجسام بين النجوم وكواكب مارقة مما تحتفظ به.
رسم فنان لكوكب مارق ، مظلم وغامض. حقوق الصورة: ناسا
كتب سراج ولويب في ملخصهما: 'لا الميزانية الكتلية للقرص الكوكبي الأولي للنظام الشمسي ولا الكواكب الأولية المرصودة أو أقراص الحطام حول النجوم الأخرى يمكن أن توفر مادة كافية لتشكيل الأجسام بين النجوم'.
أنهى الزوجان ورقتهما بذكر كيف يمكن إخراج هذه الكائنات من أنظمتها المضيفة. لكن هذا نوع من الشريط الجانبي إلى حد كبير. يهتم الزوجان أكثر بكيفية تغيير هذا فهمنا لتشكيل النظام الشمسي.
وأشاروا إلى أن تلسكوب Vera Rubin للمسح القادم يمكن أن يجد العديد من الأجسام بين النجوم ، لأن Vera Rubin سوف تتفوق في اكتشاف الظواهر العابرة. هذه الدراسة مقيدة بحجم عينة صغير لا يزيد عن اثنين أو ثلاثة أشياء محتملة بين النجوم. بمجرد أن يصبح لدينا حجم عينة أكبر ، سنعرف المزيد.
كتب المؤلفون: 'يمكن استنتاج أصول الأجسام بين النجوم من خلال توزيع سرعتها ، بمجرد اكتشاف عدد كاف منها'.