في العقد الماضي ، تسارع اكتشاف الكواكب خارج المجموعة الشمسية بشكل كبير. حتى الآن، 4424 كوكب خارجي تم تأكيده في 3280 نظامًا نجميًا ، مع وجود 7453 نظامًا آخر في انتظار التأكيد. حتى الآن ، كانت معظم هذه الكواكب عبارة عن عمالقة غازية ، حوالي 66٪ منها تشبه كوكب المشتري أو نبتون ، بينما كانت 30٪ أخرى من الكواكب الصخرية العملاقة (المعروفة أيضًا باسم 'الأرض الفائقة)'. فقط جزء صغير من الكواكب الخارجية المؤكدة (أقل من 4٪) كانت مماثلة في الحجم للأرض.
ومع ذلك ، وفقًا لبحث جديد أجراه علماء الفلك العاملون في مركز أبحاث ناسا أميس ، من الممكن أن تكون الكواكب الخارجية بحجم الأرض اكثر شيوعا مما كان يعتقد سابقا. كما أشاروا في دراسة حديثة ، يمكن أن يكون هناك ضعف عدد الكواكب الخارجية الصخرية في الأنظمة الثنائية التي يحجبها وهج النجوم الأم. يمكن أن يكون لهذه النتائج آثار جذرية في البحث عن عوالم يحتمل أن تكون صالحة للسكن لأن نصف النجوم تقريبًا عبارة عن أنظمة ثنائية.
من أجل دراستهم ، فحص فريق البحث 517 نجمًا مضيفًا للكواكب الخارجية تم تحديدها بواسطة وكالة ناسا عبور قمر صناعي لمسح الكواكب الخارجية (TESS) خلال سنوات عملها الثلاث. عند مقارنتها بالبيانات من التلسكوبات المزدوجة الدولية مرصد الجوزاء و ال تلسكوب WIYN 3.5 متر في Kitt Peak National Observatory ، وجدوا أن أكثر من 100 من هذه النجوم من المحتمل أن يكون لها رفيق ثنائي.
عرض فنان لقمر مسح الكواكب الخارجية العابرة (TESS). الائتمان: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا
تم قبول الورقة التي تصف النتائج التي توصلوا إليها للنشر في المجلة الفلكية . قادت الدكتورة كاثرين ليستر ، باحثة ما بعد الدكتوراه في مركز أبحاث ناسا أميس ، جهود البحث بمساعدة زملاء من ناسا أميس ، المرصد البحري الأمريكي ، ال معهد ناسا لعلوم الكواكب الخارجية ، ال مختبر NSF الوطني لبحوث الفلك البصري والأشعة تحت الحمراء (NOIRLab) ، و مرصد لويل ، وكذلك جامعة ولاية جورجيا وجامعة ستاندفورد.
مشكلة العبور
حتى الآن ، فإن الغالبية العظمى من الكواكب الخارجية المؤكدة ( ما يقرب من 75٪ ) تم اكتشافه باستخدام طريقة العبور (ويعرف أيضا باسم قياس الضوء العابر). يتكون هذا من مراقبة النجوم للانخفاضات الدورية في سطوعها ، والتي يمكن أن تكون نتيجة مرور كوكب أمام وجهها (عابرًا) بالنسبة إلى الراصد. مثل سابقتها ، كبلر و تيسيعتمد على طريقة العبور لتحديد وجود أنظمة الكواكب الخارجية حول آلاف النجوم في أي وقت.
لسوء الحظ ، لطالما كان الرفاق الثنائيون يمثلون تحديًا عندما يتعلق الأمر باكتشاف الكواكب الخارجية العابرة. يتطلب قياس الضوء العابر أن يتم ملاحظة الأنظمة النجمية على الحافة من أجل اكتشاف الكواكب الخارجية. لكن في أنظمة النجوم الثنائية ، حيث يدور نجمان حول بعضهما البعض ، فإن الانخفاضات في اللمعان تحدث بشكل منتظم وهي نتيجة لخسارة أحد الرفيق للآخر.
نتيجة لذلك ، قد يكون من الصعب جدًا تحديد الكواكب الخارجية الأصغر التي تدور بالقرب من نجومها ، حيث يتوقع علماء الفلك العثور على كواكب صخرية في المنطقة الصالحة للسكن حول النجوم (HZ). بدلاً من ذلك ، من المرجح أن يكشف استخدام طريقة العبور مع أنظمة النجوم الثنائية عن عمالقة الغاز و / أو الكواكب التي لها مدارات بعيدة عن نجومها الأم. لهذا السبب شرعت الدكتورة ليستر وزملاؤها في تحديد ما إذا كانت بعض النجوم المستضيفة للكواكب الخارجية هي في الواقع ثنائيات.
البحث عن رفقاء ممتازين
اعتمد الفريق على تقنية تسمى تصوير الرقطة ، حيث يتم الجمع بين عدد كبير من صور التعريض القصير وتحليلها لتحسين دقة التلسكوبات الأرضية (على غرار قياس التداخل). من بين 517 كائنًا مهمًا لـ TESS (TOIs) قاموا بفحصها ، وجدوا أن 73 نجمًا مضيفًا خارج المجموعة الشمسية والتي ظهرت سابقًا كنقطة ضوء واحدة كان لها في الواقع رفيق نجمي.
وجدوا بالمثل أن 29 من نجوم TOI التي أنتجت إيجابيات خاطئة في الماضي كان لها أيضًا رفقاء ممتازون. قال الدكتور ليستر في حديث NOIRLab خبر صحفى :
'من خلال تلسكوبات مرصد الجوزاء التي يبلغ طولها 8.1 مترًا ، حصلنا على صور عالية الدقة للغاية للنجوم المضيفة للكواكب الخارجية واكتشفنا رفقاء نجميين في فواصل صغيرة جدًا ... نظرًا لأن ما يقرب من 50٪ من النجوم موجودة في أنظمة ثنائية ، فقد نفقد اكتشاف - و فرصة الدراسة - الكثير من الكواكب الشبيهة بالأرض '.
كانت الخطوة التالية هي أخذ الكواكب الخارجية التي تم اكتشافها في هذه الأنظمة ومقارنتها بأحجام الكواكب الخارجية المكتشفة في أنظمة النجم الواحد. من هذا ، تمكن الفريق من إثبات أنه بينما كانت المركبة الفضائية TESS قادرة على تحديد كل من كوكب المشتري والكواكب الخارجية الشبيهة بنبتون ('الكبيرة') والكواكب الخارجية الشبيهة بالأرض ('الصغيرة') التي تدور حول نجوم مفردة ، فقد وجد فقط الكواكب الكبيرة في الأنظمة الثنائية.
تشير هذه النتائج إلى أنه قد يكون هناك مجموعة من الكواكب الخارجية بحجم الأرض في أنظمة ثنائية لم تكتشفها بعثات مثلتيسوكبلر، وغيرها من استطلاعات الكواكب الخارجية التي تعتمد على قياس الضوء العابر. لبعض الوقت ، اشتبه العلماء في أن استطلاعات العبور قد فقدت كواكب صغيرة في أنظمة ثنائية بسبب احتمالية التداخل من نجم مصاحب.
ومع ذلك ، توفر هذه الدراسة الجديدة أول دعم رصدي لهذا الشك مع إظهار نوع الكواكب الخارجية المتأثرة. كما أنه مهم أيضًا نظرًا للطريقة التي يُنظر بها إلى طريقة العبور على أنها أكثر الوسائل فعالية لاكتشاف الكواكب الخارجية حتى الآن - وهو ما يمثل 3343 من أصل 4424 من الكواكب الخارجية المؤكدة. ولكن إذا كانت هذه النتائج صحيحة ، فقد يكون هناك ما يصل إلى 1600 كوكب خارجي صخري لم يتم رصدها في عمليات مسح العبور.
هذا يعني أنه للمضي قدمًا ، سيحتاج علماء الفلك إلى الاعتماد على مجموعة متنوعة من تقنيات الرصد قبل أن يستنتجوا أن النظام الثنائي لا يحتوي على كواكب شبيهة بالأرض. كما ذكر الدكتور ليستر:
'نظرًا لأن ما يقرب من 50 ٪ من النجوم موجودة في أنظمة ثنائية ، فقد نفقد اكتشاف - وفرصة دراسة - الكثير من الكواكب الشبيهة بالأرض. يحتاج علماء الفلك إلى معرفة ما إذا كان النجم فرديًا أم ثنائيًا قبل أن يزعموا أنه لا توجد كواكب صغيرة في هذا النظام.إذا كانت واحدة ، فيمكنك القول أنه لا توجد كواكب صغيرة. ولكن إذا كان المضيف في ثنائي ، فلن تعرف ما إذا كان الكوكب الصغير مخفيًا بواسطة النجم المرافق أم أنه غير موجود على الإطلاق. ستحتاج إلى مزيد من الملاحظات باستخدام أسلوب مختلف لمعرفة ذلك.'
'لقد أظهرنا أنه من الصعب العثور على كواكب بحجم الأرض في أنظمة ثنائية لأن الكواكب الصغيرة تضيع في وهج نجميها الأم' ، أضاف الدكتور ستيف هويل ، قائد جهود تصوير البقع في ناسا أميس ومؤلف مشارك في الورقة. 'تمتلئ' عبورهم بالضوء من النجم المرافق. هذا هو الاكتشاف الرئيسي في عمل الكواكب الخارجية. ستساعد النتائج المنظرين على إنشاء نماذجهم لكيفية تشكل الكواكب وتطورها في أنظمة النجوم المزدوجة '.
رسم توضيحي لنظام كوكب دائري كبلر -47. الائتمان: NASA / JPL Caltech / T. بايل
جانب آخر من الدراسة شارك فيه الدكتور ليستر وزملاؤها بتحليل المسافة بين الرفقاء الثنائيين في الأنظمة التي اكتشف فيها TESS الكواكب الكبيرة. ما وجدوه هو أن الأزواج المستضيفة للكواكب الخارجية كانت عادةً أبعد من الأزواج الثنائية التي ليس لها كواكب خارجية معروفة. يمكن تفسير هذا على أنه مؤشر على أن الكواكب لا تتشكل حول النجوم التي لها رفقاء نجميون قريبون.
في المستقبل ، يمكن استخدام هذا لوضع قيود إضافية على المكان الذي يجب أن يبحث فيه علماء الفلك عن الكواكب الصخرية. يوضح المسح التصويري للرُقط الذي أجرته الدكتورة ليستر وفريقها أيضًا كيف تنتقل دراسات الكواكب الخارجية من اكتشاف الكواكب الخارجية إلى التوصيف. بالإضافة إلى وصف الغلاف الجوي للكواكب الخارجية والبيئات السطحية ، هناك أيضًا المهمة الحيوية لتوصيف أنظمة الكواكب.
من خلال معرفة أنواع النجوم التي من المرجح أن تدعم الكواكب الخارجية الصخرية ، يمكن لعلماء الفلك وعلماء الأحياء الفلكية تضييق نطاق البحث عن الكواكب الأكثر قابلية 'للحياة كما نعرفها'.
قراءة متعمقة: مختبر الأسود
