اكتشاف مدهش. العثور على أربعة كواكب عملاقة حول نجم صغير جدًا

ما هو بالضبط النظام الشمسي "الطبيعي"؟ إذا كنا نعتقد أن لدينا فكرة في الماضي ، فإننا بالتأكيد ليس لدينا الآن. وقد عززت دراسة جديدة قادها علماء الفلك في جامعة كامبريدج هذه الحقيقة. وجدت الدراسة الجديدة أربعة كواكب عملاقة للغاز ، على غرار كوكب المشتري وزحل ، تدور حول نجم صغير جدًا يسمى CI Tau. وواحد من الكواكب له مدار متطرف يأخذه بعيدًا أكثر من ألف مرة عن النجم عن الكوكب الأعمق.

تقع CI Tau على بعد حوالي 500 سنة ضوئية في جزء نشط جدًا من المجرة يسمى "مشتل نجمي". في سن 2 مليون سنة فقط ، CI Tau هي مجرد رضيع من حيث النجم. يبلغ عمر شمسنا حوالي 5 مليارات سنة ولديها 5 مليارات أخرى للذهاب أو العطاء أو أخذها. لذا فإن CI Tau أصغر من أن تمتلك نوع عمالقة الغاز الذي تمتلكه. أو هكذا اعتقدنا.

أفضل نموذج لدينا لتكوين النظام الشمسي يسمى الفرضية السديمية ويذهب إلى شيء من هذا القبيل: سحابة دوارة من الغاز والغبار تنمو وتكتسب الكثافة حتى تنهار إلى نجم ويبدأ الاندماج. حول هذا النجم المشكل حديثًا ، يستمر الجزء المتبقي من الغاز والغبار في الدوران كقرص كوكبي أولي. بمرور الوقت ، تتجمع هذه المادة وتشكل كواكب وأقمارًا وكويكبات أخرى ، ولا يوجد قرص كوكبي أولي. هذا وصف موجز للغاية لكيفية سير الأمور.

ولكن يعتقد أن عملية تكوين الكوكب هذه تستغرق وقتًا طويلاً ، أكثر من 2 مليون سنة. يمكن أن يتشكل نجم مثل شمسنا في أقل من مليون سنة ، لكن الكواكب الغازية تستغرق ما بين 10 و 100 مليون سنة لتشكيلها ، والكواكب الأرضية تستغرق وقتًا أطول.

"من المفترض أن تتشكل كواكب زحل الجماعية من خلال تجميع نواة صلبة أولاً ثم سحب طبقة من الغاز في الأعلى ، ولكن من المفترض أن تكون هذه العمليات بطيئة جدًا على مسافات كبيرة من النجم. سوف تكافح معظم النماذج لجعل كواكب من هذه الكتلة على هذه المسافة. " - المؤلف الرئيسي للدراسة ، الأستاذة كاثي كلارك ، معهد جامعة الفلك بجامعة كامبريدج.

هذه ليست المرة الأولى التي يلفت فيها سي آي تاو انتباه علماء الفلك. في عام 2016 ، اكتشف الفلكيون كوكب المشتري الساخن الذي يدور حول النجم. هذا جعلها النجم الأول في صغرها أن يكون لديها واحد من عمالقة الغاز الساخن الأزيز. المشتري الساخن هو عملاق غاز في نفس النطاق الكتلي لمشترينا الخاص ، ولكنه مدار يدور قريبًا جدًا من نجمه لدرجة أنه ساخن جدًا. كوكب المشتري الحار محير لأننا لا نفهم كيف يمكن أن يشكلوا "في الموقع" أو قريبين جدًا من النجم. يعتقد علماء الفلك أن هذه الأنواع من الكواكب تتشكل بعيدًا عن النجم وتهاجر فيها. كيف يمكن أن يحدث هذا في 2 مليون سنة فقط؟

في هذه الدراسة الجديدة ، وجه فريق من الباحثين بقيادة جامعة كامبريدج أعينهم نحو CI Tau مرة أخرى. استخدموا صفيف Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) للبحث في نظام CI Tau عن الأشقاء إلى المشتري الساخن. ما وجدوه زاد من غموض النظام. اكتشفوا 3 عمالقة غازية أخرى تدور حول النجم ، وواحد منهم يتبع مدارًا بعيدًا أبعد من النجم بألف مرة عن الكوكب الأعمق ، المشتري الساخن المذكور أعلاه. وفقًا للصحيفة ، فإن هذا "... أكبر مجموعة من الكواكب الخارجية التي تم اكتشافها في هذا العصر". فماذا يعني كل هذا؟

"من المستحيل حاليًا القول ما إذا كانت العمارة الكوكبية المتطرفة التي تظهر في CI Tau شائعة في أنظمة المشتري الساخنة ..." - البروفيسور كاثي كلارك ، معهد جامعة كامبريدج لعلم الفلك.

في الوقت الحالي ، لسنا متأكدين. حوالي 1 ٪ من النجوم يستضيفون كوكب المشتري الساخن ، لكن معظم كوكب المشتري الساخن المعروف هو أقدم مئات المرات من CI Tau. بما أننا على حد علمنا ، لا يمكن أن تتشكل الكواكب قبل أن يتشكل النجم ، فكيف يمكن لعلماء الفلك أن يشرحوا ما حدث في هذا النظام؟

"من المستحيل حاليًا القول ما إذا كانت البنية الكواكب المتطرفة التي شوهدت في CI Tau شائعة في أنظمة المشتري الساخنة لأن الطريقة التي تم بها الكشف عن هذه الكواكب الشقيقة - من خلال تأثيرها على قرص الكواكب الأولية - لن تعمل في الأنظمة القديمة التي لم تعد لديها قالت البروفيسور كاثي كلارك من معهد كامبريدج لعلم الفلك ، المؤلف الأول للدراسة: "قرص كوكبي أولي".

هناك أسئلة كافية هنا لإبقاء فريق من علماء الفلك مشغولين طوال حياتهم المهنية. وفقًا للباحثين ، من غير الواضح الدور الذي لعبته الكواكب الشقيقة ، إن وجدت ، في دفع الكوكب الأعمق إلى مداره القريب جدًا. من غير الواضح أيضًا ما إذا كانت أي آلية قد تكون قيد التشغيل في هذا النظام هي نفس الآلية التي تجعل المشتري الساخن بشكل عام. وهناك لغز آخر هو كيف تشكل الكواكب الخارجية على الإطلاق.

قال كلارك: "تميل نماذج تكوين الكواكب إلى التركيز على القدرة على صنع أنواع الكواكب التي تمت ملاحظتها بالفعل ، لذا فإن الاكتشافات الجديدة لا تتناسب بالضرورة مع النماذج". "من المفترض أن تتشكل كواكب زحل الجماعية من خلال تجميع نواة صلبة أولاً ثم سحب طبقة من الغاز في الأعلى ، ولكن من المفترض أن تكون هذه العمليات بطيئة جدًا على مسافات كبيرة من النجم. سوف تكافح معظم النماذج لجعل كواكب من هذه الكتلة على هذه المسافة. "

هذا ، بالطبع ، هو ما يجعل العلم مقنعًا وفعالًا. يلاحظ علماء الفلك شيئًا ما ويبتكرون نموذجًا لشرحه. ثم يواصلون المراقبة ، وتعزز بعض الاكتشافات النموذج ، بينما يتحدى البعض ذلك. لذا فإن النموذج يستمر في تحديثه وبمرور الوقت يمثل بشكل واقعي عينة أكبر وأكبر من الملاحظات.

سيستمر علماء الفلك في دراسة هذا النظام في محاولة لكشف بعض هذه الألغاز. أحدثت ALMA ثورة في دراسة أقراص الكواكب الأولية ، ولا شك أن العمل المستقبلي سيعتمد بشكل كبير على ALMA مرة أخرى. لديها القدرة على تصوير الكواكب التي تتشكل داخل أقراص الكواكب الأولية ، وهي أماكن معتمة وخافتة الإضاءة ومن الصعب جدًا رؤيتها.

كن مستعدًا لتندهش مما تراه ALMA. مرة أخرى.

• بيان صحفي من جامعة كامبريدج: "الكواكب العملاقة حول النجم الشاب تثير تساؤلات حول كيفية تشكل الكواكب"
• ورقة بحثية: "تصوير مليمتر عالي الدقة لقرص CI Tau Protoplanetary القرص: مجموعة ضخمة من الكواكب الأولية من 0.1 إلى 100 au"
• بيان صحفي لجامعة رايس: "يجد الفلكيون كوكبًا عملاقًا حول نجم صغير جدًا"
• صفحة ويكيبيديا: الفرضية السديمية