ما لم تكن تقرأ هذا على متن طائرة أو في محطة الفضاء الدولية ، فأنت مقيم حاليًا على سطح كوكب. أنت هنا لأن الكوكب هنا. لكن كيف وصل الكوكب إلى هنا؟ مثل كرة الثلج المتدحرجة التي تلتقط المزيد من الثلج ، تتشكل الكواكب من الغبار والغازات السائبة المحيطة بالنجوم الشابة. عندما تدور الكواكب حولها ، تجذب جاذبيتها المزيد من المواد المفقودة وتزداد كتلتها. لسنا متأكدينمتيتبدأ عملية تكوين الكواكب في مدار النجوم الجديدة ، ولكن لدينا رؤى جديدة لا تصدق من واحدة من أحدث الأنظمة الشمسية التي تمت ملاحظتها على الإطلاق تسمى IRS 63.
مجمع السحابة Rho Ophiuchi هو سديم من الغاز والغبار يقع في كوكبة Ophiuchus. إنها واحدة من أقرب مناطق تشكل النجوم إلى النظام الشمسي وحيث لوحظ نظام النجوم الفتية IRS 63
الحساء البدائي
يحوم في مدار النجوم الشابة (أوالنجوم الأولية)هي أقراص ضخمة من الغبار والغاز تسمىالأقراص الظرفية.هذه الأقراص كثيفة بما يكفي لإخفاء الأنظمة الشمسية الفتية من الضوء المرئي. ومع ذلك ، فإن الطاقة المنبعثة من النجم الأولي تسخن الغبار الذي يتوهج بعد ذلك في الأشعة تحت الحمراء التي تخترق العوائق بسهولة أكبر من أطوال موجية من الضوء المرئي. في الواقع ، تحدد الدرجة التي يتم فيها ملاحظة نظام نجمي حديث التكوين سواء في الضوء المرئي أو ضوء الأشعة تحت الحمراء تصنيفه. النجوم الأولية من الفئة 0 مغطاة تمامًا ولا يمكن ملاحظتها إلا في أطوال موجية دون المليمتر تتوافق مع الأشعة تحت الحمراء البعيدة وضوء الميكروويف. النجوم الأولية من الفئة الأولى ، يمكن ملاحظتها في الأشعة تحت الحمراء البعيدة ، والفئة الثانية في الأشعة تحت الحمراء القريبة / الحمراء ، وأخيراً يمكن ملاحظة سطح النجم الأولي والنظام الشمسي من الدرجة الثالثة في الضوء المرئي حيث يتم تفجير الغبار والغاز المتبقيين من خلال الزيادة طاقة النجم و / أو تشكلت في الكواكب! من هنا أتينا. تلك المادة المتبقية التي تدور حول النجوم المتكونة حديثًا هي ما تتراكم لتشكل الولايات المتحدة. تستغرق العملية برمتها من الفئة 0 إلى الفئة الثالثة ، عندما يترك النظام الشمسي شرنقته من الغبار وينضم إلى المجرة ، حوالي 10 ملايين سنة. لكن في أي مرحلة يبدأ تكوين الكوكب؟ إن أصغر الأقراص الظرفية التي لاحظناها عمرها مليون سنة وأظهرت دليلاً على أن تكون الكواكب قد بدأت بالفعل. إن عمر IRS 63 الذي تم رصده مؤخرًا أقل من 500000 عام - الفئة الأولى - وتظهر علامات على احتمال تشكل كوكب. الإثارة؟ لقد فوجئنا برؤية أدلة على تشكل الكواكب في وقت مبكر جدًا من عمر النظام الشمسي.
IRS 63 Circumstellar Disk C. ALMA / Segura-Cox et al. 2020
'سواء كانت الكواكب موجودة بالفعل أم لا في قرص IRS 63 ، فمن الواضح أن عملية تكوين الكواكب تبدأ في أطوار النجم الأولي الشاب ، في وقت أبكر مما تنبأت به نظريات تكوين الكواكب الحالية.'
- سيغورا كوكس وآخرون. 2020
الصورة أعلاه هي لنموذج أولي IRS 63 كما تم تصويره بواسطة ALMA (مصفوفة أتاكاما كبيرة المليمتر / المليمترات الصغيرة) . يمكن لـ ALMA النظر من خلال الغطاء المترب للقرص المحيط بالنظام النجمي. يقع IRS 63 على بعد 144 فرسخ فلكي من الأرض (حوالي 470 سنة ضوئية) بنصف قطر قرصي 82AU (الوحدات الفلكية أو متوسط المسافة بين الأرض والشمس 150 مليون كيلومتر). على الرغم من أننا حددنا النجوم الأولية الأصغر سنًا ، إلا أن أقراصها موجهة إلى الحافة أو بالقرب من الحافة على الزوايا بحيث يصعب ملاحظة ميزاتها. من وجهة نظرنا ، يميل IRS 63 نحونا بزاوية 45 درجة ليقدم رؤية للمراحل الأولى من تكوين النظام الشمسي. لتعزيز تباين الصورة وتفاصيلها ، تم إنشاء نموذج حاسوبي لـ IRS 63 كان 'سلسًا' كما لو كان الغبار والغاز قد تراكم حول النجم دون أي اضطرابات - قرص 'مثالي'. تم بعد ذلك طرح نموذج الكمبيوتر هذا من الصورة الفعلية مما يعزز الاختلافات بين القرص الحقيقي والقرص المحاكى.
فريق دولي من العلماء بقيادة الفلكي دومينكيو سيجورا كوكس من معهد ماكس بلانك لاحظ أربع سمات رئيسية داخل القرص - حلقتان (R1 و R2) وفجوتان (G1 و G2). الحلقة الداخلية R1 تقع في دائرة نصف قطرها 27AU بعرض 6AU بينما R2 تقع في دائرة نصف قطرها 51AU بعرض 13AU. G1 في دائرة نصف قطرها 19AU بعرض 3.2AU بينما G2 عند نصف قطر 37AU بعرض 4.5AU
من اليسار إلى اليمين: صورة IRS 63 الأصلية ، والصورة المحاكية ، والفرق الناتج بينهما مما يعزز ميزات Ring و Gap. C. ALMA / Segura-Cox et al. 2020
ميزات الحلقة والفجوة لـ IRS 63 c. ألما / سيجورا كوكس وآخرون. 2020
احذر الحفرة انتبه للحفرة
قد تدل ميزات الفجوة والحلقة على تكوين الكوكب أو العمليات التي تؤدي إلى تكوين الكوكب. من المعروف أن الثغرات التي لوحظت في الأقراص النجمية الأكثر نضجًا ناجمة عن الكواكب الأولية التي 'ترعى' الغبار إلى حلقات يمكن ملاحظتها بوضوح بينما تحفر فجوة حيث يدور الكوكب. تتشكل الفجوات حيث يتم التقاط مادة القرص بواسطة جاذبية الكوكب الأولي ويتم دمجها في الكوكب نفسه. في الأقراص الأكثر نضجًا من الفئة الثانية ، تظهر الفجوات عدم وجود أي انبعاث للغبار بالأشعة تحت الحمراء تقريبًا مما يعني أنها خالية تقريبًا من الغبار. لا تزال فجوات IRS 63 تظهر بعض انبعاث الغبار مما يعني أنه لا يزال هناك أثر للغبار في الفجوات. إذن ، هل هناك كواكب تدور حول IRS 63 إذن؟ يقول الفريق أن الإجابة 'غامضة'. ولكن ، إذا تم إنشاء الفجوات عن طريق الكواكب الأولية التي تدور حولها ، فيمكن تقدير أحجامها. يمكن أن تكون فجوة G1 موطنًا لكوكب تبلغ كتلته حوالي 0.47 كوكب المشتري ويمكن أن يستضيف كوكب G2 كوكبًا كتلته 0.31 كتلة المشتري.
قارع الأجراس
في حين يمكن نحت الفجوات عن طريق تراكم الكواكب الأولية ، قد تكون الحلقات أيضًا محفزات لتشكيل الكواكب الأولية. توجد مشكلة خارجية في نماذجنا لتشكيل الكواكب تسمى 'مشكلة الانجراف الشعاعي'. يؤدي الاحتكاك بين الغبار في القرص إلى إحداث تأثير سحب يؤدي إلى فقد الغبار لعزمه والانجراف أو 'السقوط' عبر نصف قطر القرص إلى النجم. فكر في مدار أقل ودوران أكثر في استنزاف. لكن من الواضح أن لدينا أنظمة نجمية ، لذلك يجب أن تكون هناك عملية طبيعية تمنع الغبار في النظام من التصاعد الحلزوني إلى النجم الأولي. قد تكون الهياكل الحلقية هي ما يحفظ النظام. تتكون الحلقات من غازات متطايرة في القرص المحيطي والتي يتم ضغطها بواسطة طاقة النجم. عندما يسقط الغبار إلى الداخل ، تندفع الغازات الموجودة في القرص للخارج مما يخلق حاجزًا حيث يتراكم الغبار ويمكن أن يتجمع في الكواكب الأولية.
تطور الكوكب
مرة أخرى ، لا نعرف على وجه اليقين ما إذا كانت الكواكب أو الكواكب الأولية موجودة داخل دوامات الغاز والغبار في IRS 63. إذا كانت الكواكب موجودة ، فإن النظام صغير جدًا بحيث لا يمكن ملاحظتها بشكل مباشر. ومع ذلك ، يقول فريق البحث ، 'إذا كان تكوين الكواكب قد بدأ بالفعل في قرص IRS 63 ، فمن المحتمل أن تنمو الكواكب والنجوم الأولية وتتطور معًا منذ العصور المبكرة.' حتى في وقت أبكر مما كان متوقعا. تدعم صور IRS 63 أيضًا فرضيات تكوين الغاز العملاق. بالقرب من النجم الأولي ، يتم تسخين الغازات وإثارة الطاقة من النجم بحيث لا يمكن أن تتحد في كوكب أولي. بدلاً من ذلك ، يجب أن تتراكم الغازات خارج نصف قطر 'خط الثلج' من النجم حيث يتم تجميدها ويمكن أن تتجمع على سطح الكوكب. يدور كوكب المشتري حاليًا عند 5.2 وحدة فلكية ، لكن عمليات المحاكاة تشير إلى أنه تشكل بعيدًا جدًا ، عند حوالي 30 وحدة فلكية ، ثم انتقل إلى الداخل بمرور الوقت. إذا كانت الفجوات في IRS 63 تشير إلى تكوين عملاق للغاز ، فستكون متسقة مع النماذج التي تتنبأ بتكوين كوكب المشتري في نصف قطر أبعد في نظامنا الشمسي.
من بين كل ما تعلمته عن الفضاء ، هذه الحقيقة لوجودنا هي دائمًا الأكثر تواضعًا وإلهامًا: الأرض ، الحياة على الأرض ، أنت وأنا - نحن حرفيا مكونون من غبار وغازات النجوم. بدأنا جميعًا ، مثل IRS 63 ، ككتلة دوامة جمعت معًا بواسطة قوى الطبيعة الأساسية لتصبح صخورًا ومحيطات وسحبًا وخلايا وأرجلًا وأجنحة وورقًا وتلسكوبات وأجهزة كمبيوتر وسفنًا فضائية. كما د. جيل تارتر من يضع يقول ، 'نحن ، جميعًا ، ما يحدث عندما يتطور مزيج بدائي من الهيدروجين والهيليوم لفترة طويلة بحيث يبدأ في التساؤل عن مصدره.'
المزيد للاستكشاف:
أربعة هياكل حلقية في قرص نجمي أقل من 500000 عام (المنشور الأصلي) - Segura-Cox et al 2020
تكوين الكواكب في الطفولة النجمية - مرصد سميثسونيان للفيزياء الفلكية
كيف تتشكل الكواكب؟ نيزك سيماركونا يظهر بعض الأدلة - الكون اليوم
لا يوجد فرق كيميائي بين النجوم ذات الكواكب أو بدونها - الكون اليوم
هل ولد كوكب المشتري خارج المدارات الحالية لنبتون وبلوتو؟ - PNAS مزيد من دراسة منتصف الأشعة تحت الحمراء لسحابة rho Ophiuchi الشباب النجمي: اللمعان وكتل النجوم قبل التسلسل الرئيسي - مجلة الفيزياء الفلكية