في فبراير من عام 2017 ، أعلن علماء وكالة ناسا عن وجود سبعة كواكب أرضية (أي صخرية) داخل نظام النجوم TRAPPIST-1. منذ ذلك الوقت ، كان النظام هو النقطة المحورية للبحث المكثف لتحديد ما إذا كان أي من هذه الكواكب يمكن أن يكون صالحًا للسكن أم لا. في الوقت نفسه ، كان الفلكيون يتساءلون عما إذا كان يتم حساب جميع كواكب النظام بالفعل.
على سبيل المثال ، هل يمكن أن يحتوي هذا النظام على عمالقة غازات تتربص في مداها الخارجي ، كما تفعل العديد من الأنظمة الأخرى ذات الكواكب الصخرية (على سبيل المثال ، كواكبنا)؟ كان هذا هو السؤال الذي سعى فريق من العلماء ، بقيادة باحثين من معهد كارنيجي للعلوم ، إلى معالجته في دراسة حديثة. وفقا لنتائجهم ، قد يدور عمالقة الغاز TRAPPIST-1 على مسافة أكبر بكثير من الكواكب الصخرية السبعة.
ظهرت الدراسة التي تحمل عنوان "القيود الفلكية على كتل الكواكب العملاقة الغازية طويلة المدى في نظام الكواكب TRAPPIST-1" مؤخرًا في المجلة الفلكية. كما أشاروا في دراستهم ، اعتمد الفريق على ملاحظات المتابعة التي تم إجراؤها على TRAPPIST-1 على مدى خمس سنوات (من 2011 إلى 2016) باستخدام تلسكوب du Pont في مرصد Las Campanas في تشيلي.
وباستخدام هذه الملاحظات ، سعت إلى تحديد ما إذا كان TRAPPIST-1 يمكن أن يكون له عمالقة غاز غير مكتشفة تدور في المدارات الخارجية للنظام. كما أوضح الدكتور ألان بوس - عالم الفيزياء الفلكية وعالم الكواكب في قسم المغناطيسية الأرضية بمعهد كارنيجي والمؤلف الرئيسي على الورقة - في بيان صحفي لكارنيجي:
"هناك عدد من أنظمة النجوم الأخرى التي تشمل كواكب بحجم الأرض والأرض الفائقة أيضًا موطنًا لعملاق غاز واحد على الأقل. لذا ، فإن التساؤل عما إذا كانت هذه الكواكب السبعة لديها أشقاء عملاقون للغاز مع مدارات أطول فترة هو سؤال مهم ".
لسنوات ، أجرى بوس مسحًا لصيد الكواكب الخارجية مع المؤلفين المشاركين للدراسة - Alycia J. Weinberger ، Ian B. Thompson ، et al. - يُعرف باسم بحث Carnegie Astrometric Planet. يعتمد هذا الاستطلاع على كاميرا كارنيجي الفلكية للبحث عن الكواكب (CAPSCam) ، وهي أداة على دو بونت تليسكوب تبحث عن الكواكب خارج المجموعة الشمسية باستخدام الطريقة الفلكية.
تحدد هذه الطريقة غير المباشرة لصيد الكواكب الخارجية وجود الكواكب حول النجم عن طريق قياس تمايل هذا النجم المضيف حول مركز كتلة النظام (المعروف أيضًا باسم مركزه). باستخدام CAPSCam ، اعتمد بوس وزملاؤه على عدة سنوات من ملاحظات TRAPPIST-1 لتحديد حدود الكتلة العليا لأي عمالقة غاز محتملة تدور في النظام.
من هذا ، استنتجوا أن الكواكب التي كانت تصل إلى 4.6 كوكب المشتري يمكنها أن تدور حول النجم لمدة عام. بالإضافة إلى ذلك ، وجدوا أن الكواكب التي تصل إلى 1.6 كتلة المشتري يمكنها أن تدور حول النجم بفترات 5 سنوات. بعبارة أخرى ، من الممكن أن يكون لدى TRAPPIST-1 بعض عمالقة الغازات الطويلة المدى التي تدور حول نطاقاتها الخارجية ، بنفس الطريقة التي توجد بها عمالقة الغازات طويلة المدى خارج مدار المريخ في النظام الشمسي.
إذا كان ذلك صحيحًا ، فإن وجود هذه الكواكب العملاقة يمكن أن يحل الجدل المستمر حول تشكيل عمالقة الغاز في النظام الشمسي. وفقًا للنظرية الأكثر قبولًا حول تكوين النظام الشمسي (أي الفرض السديمي) ، ولدت الشمس والكواكب من سديم من الغاز والغبار. بعد أن شهدت هذه السحابة انهيارًا جاذبيًا في المركز ، مكونًا الشمس ، غادر الغبار والغاز المتبقي إلى قرص يحيط بها.
تشكلت الأرض والكواكب الأرضية الأخرى (عطارد والزهرة والمريخ) أقرب إلى الشمس من تراكم معادن السيليكات والمعادن. أما بالنسبة لعمالقة الغاز ، فهناك بعض النظريات المتنافسة حول كيفية تكوينها. في أحد السيناريوهات ، المعروفة باسم نظرية التراكم الأساسي ، بدأت عمالقة الغاز أيضًا في التزايد من المواد الصلبة (تشكيل قلب صلب) الذي أصبح كبيرًا بما يكفي لجذب غلاف من الغاز المحيط.
يزعم تفسير منافس - يُعرف باسم نظرية عدم استقرار القرص - أنها تشكلت عندما أخذ قرص الغاز والغبار على شكل ذراع حلزوني (مشابه للمجرة). ثم بدأت هذه الأذرع في الزيادة في الكتلة والكثافة ، لتشكيل كتل تتحد بسرعة لتشكيل عمالقة غازات الأطفال. باستخدام النماذج الحسابية ، درس بوس وزملاؤه كلا النظريتين لمعرفة ما إذا كان عمالقة الغاز يمكن أن تتشكل حول نجم منخفض الكتلة مثل TRAPPIST-1.
في حين لم يكن من المحتمل أن يكون Core Accretion محتملًا ، أشارت نظرية عدم استقرار القرص إلى أن عمالقة الغاز يمكن أن تتكون حول TRAPPIST-1 ونجوم قزم حمراء أخرى ذات كتلة منخفضة. على هذا النحو ، توفر هذه الدراسة إطارًا نظريًا لوجود عمالقة الغاز في أنظمة النجوم القزمة الحمراء المعروفة بالفعل بوجود كواكب صخرية. هذه بالتأكيد أخبار مشجعة لصيادين الكواكب الخارجية بالنظر إلى سلسلة من الكواكب الصخرية التي تم العثور عليها تدور حول الأقزام الحمراء في الآونة الأخيرة.
وبصرف النظر عن TRAPPIST-1 ، فإن هذه تشمل أقرب كوكب خارجي إلى النظام الشمسي (Proxima b) ، وكذلك LHS 1140b و Gliese 581g و Gliese 625b و Gliese 682c. ولكن كما لاحظ بوس أيضًا ، فإن هذا البحث لا يزال في مراحله الأولى ، ويجب إجراء المزيد من البحث والمناقشة قبل أن يمكن قول أي شيء بشكل قاطع. لحسن الحظ ، تساعد دراسات مثل هذه في فتح الباب أمام مثل هذه الدراسات والمناقشات.
قال بوس: "الكواكب الغازية العملاقة الموجودة في مدارات طويلة حول TRAPPIST-1 يمكن أن تتحدى نظرية التراكم الأساسية ، ولكن ليس بالضرورة نظرية عدم استقرار القرص". "هناك مساحة كبيرة لمزيد من البحث بين المدارات الأطول مدى التي درسناها هنا والمدارات القصيرة جدًا لكواكب TRAPPIST-1 السبعة المعروفة."
يؤكد بوس وفريقه أيضًا على أن الملاحظات المستمرة مع CAPSCam والمزيد من التحسينات في خط أنابيب تحليل البيانات الخاص بها إما أن تكشف عن أي كواكب طويلة المدى ، أو تضع قيدًا أكثر صرامة على حدود كتلتها العليا. وبالطبع ، سيساعد نشر تلسكوبات الأشعة تحت الحمراء من الجيل التالي ، مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي ، في البحث عن عمالقة الغاز حول النجوم القزمة الحمراء.
