واشنطن – استخدم علماء الفلك قمرين صناعيين مختلفين للكشف عن الكواكب لحل لغز كوني والكشف عن عائلة نادرة مكونة من ستة كواكب تقع على بعد حوالي 100 سنة ضوئية من الأرض. وقد يساعد هذا الاكتشاف العلماء على كشف أسرار تكوين الكواكب.
تدور ستة كواكب خارجية حول نجم ساطع يشبه الشمس يسمى HD110067، وهو يقع في كوكبة كوما برنيس في السماء الشمالية. الكواكب الأكبر من الأرض ولكنها أصغر من نبتون تنتمي إلى فئة غير مفهومة كثيرًا تسمى نبتون الفرعية والتي عادة ما توجد تدور حول نجوم شبيهة بالشمس في درب التبانة. وتدور الكواكب، التي تحمل علامات b إلى g، حول النجم في رقصة سماوية تعرف باسم الرنين المداري.
هناك أنماط يمكن تمييزها عندما تكمل الكواكب مداراتها وتمارس قوى الجاذبية على بعضها البعض، وفقًا لبحث نُشر يوم الأربعاء في مجلة Nature. لكل ستة مدارات يكملها الكوكب b، الكوكب الأقرب إلى النجم، يكمل الكوكب الخارجي g دورة واحدة.
عندما يقوم الكوكب c بثلاث دورات حول النجم، يقوم الكوكب d بدورتين، وعندما يكمل الكوكب e أربع دورات، يقوم الكوكب f بثلاث دورات.
يخلق هذا الإيقاع التوافقي سلسلة رنانة، حيث تتم محاذاة الكواكب الستة كل بضعة مدارات.
ما يجعل هذه العائلة الكوكبية اكتشافًا غير عادي هو أن القليل قد تغير منذ تشكل النظام قبل أكثر من مليار سنة، وقد يسلط هذا الاكتشاف الضوء على تطور وأصل الكواكب الفرعية نبتون الشائعة في مجرتنا الأم.
لاحظ الباحثون النظام النجمي لأول مرة في عام 2020 عندما اكتشف القمر الصناعي لمسح الكواكب الخارجية العابرة أو TESS التابع لناسا انخفاضات في سطوع HD110067، وغالبًا ما يشير الانخفاض في ضوء النجوم إلى وجود كوكب يمر بين نجمه المضيف وقمر مراقبة أثناء تحرك الكوكب. على طول مداره، يعد اكتشاف هذه الانخفاضات في الضوء، والمعروف باسم طريقة العبور، إحدى الاستراتيجيات الرئيسية التي يستخدمها العلماء لتحديد الكواكب الخارجية باستخدام التلسكوبات الأرضية والفضائية.
وحدد علماء الفلك الفترات المدارية لكوكبين حول النجم من بيانات عام 2020. وبعد عامين، رصد TESS النجم مرة أخرى، واقترحت الأدلة فترات مدارية مختلفة لهذه الكواكب.
عندما لم يتم جمع مجموعات البيانات، قرر عالم الفلك ومؤلف الدراسة الرئيسي رافائيل لوكا وبعض زملائه إلقاء نظرة أخرى على الكوكب باستخدام قمر صناعي آخر – القمر الصناعي المميز لوكالة الفضاء الأوروبية ExOPlanet، أو CHOPS. في حين يتم استخدام TESS لمراقبة أجزاء من السماء ليلاً لأغراض المراقبة القصيرة، فإن خوفو يستخدم لرصد نجم واحد في كل مرة.
وقال لوكا، باحث ما بعد الدكتوراه في قسم علم الفلك والفيزياء الفلكية بجامعة شيكاغو: “لقد ذهبنا للبحث عن إشارات بين كل الفترات المحتملة التي يمكن أن تمر بها هذه الكواكب”.
وقال إن البيانات التي جمعها خوفو ساعدت الفريق على حل “القصة البوليسية” التي بدأها TESS. وتمكن خوفو من تحديد وجود كوكب ثالث في النظام، وهو ما كان ضروريا لتأكيد الفترات المدارية للكوكبين الآخرين، فضلا عن رنينهما الإيقاعي.
عندما قام الفريق بمطابقة بيانات TESS المتبقية غير المبررة مع ملاحظات خوفو، اكتشفوا الكواكب الثلاثة الأخرى التي تدور حول النجم. وأكدت عمليات المتابعة باستخدام التلسكوبات الأرضية وجود الكواكب.
ساعد الوقت المخصص لخوفو في مراقبة النجم علماء الفلك على التخلص من الإشارات المختلطة من بيانات TESS لتحديد عدد الكواكب التي تعبر أمام النجم وصدى مداراتها.
وقال لوكا: “لقد أعطانا خوفو هذا التكوين الرنان الذي سمح لنا بالتنبؤ بجميع العصور الأخرى. ولولا هذا الاكتشاف من خوفو، لكان الأمر مستحيلا”.
يستغرق أقرب كوكب ما يزيد قليلاً عن تسعة أيام أرضية لإكمال مداره حول النجم، ويستغرق الكوكب الأبعد حوالي 55 يومًا. تتمتع جميع الكواكب بدورات أسرع حول نجمها من عطارد، الذي يستغرق 88 يومًا لإكمال دورة واحدة حول الشمس.
ونظرًا لمدى قربها من HD110067، فمن المحتمل أن تتمتع الكواكب بمتوسط درجات حرارة شديدة مماثلة لعطارد والزهرة، وتتراوح من 332 درجة فهرنهايت إلى 980 درجة فهرنهايت (167 درجة مئوية و527 درجة مئوية).
يمكن أن يكون تكوين الأنظمة الكوكبية، مثل نظامنا الشمسي، عملية عنيفة. بينما يعتقد علماء الفلك أن الكواكب تميل إلى التشكل في البداية في حالة رنين حول النجوم، فإن تأثير الجاذبية للكواكب الضخمة، أو الرعى مع نجم عابر أو الاصطدام بجرم سماوي آخر يمكن أن يخل بالتوازن التوافقي.
وقال لوكا إن معظم أنظمة الكواكب ليست في حالة رنين، وتلك التي تحتوي على كواكب متعددة حافظت على مداراتها الإيقاعية الأولية نادرة، ولهذا السبب يريد علماء الفلك دراسة HD110067 وكواكبها باعتبارها “أحفورة نادرة” بالتفصيل.
يُظهر مفهوم هذا الفنان الشكل الذي يمكن أن يبدو عليه الكوكب WASP-17 b.
WASP-17 b، المعروف أيضًا باسم Ditsö̀، هو عملاق غازي ساخن يدور حول نجمه على مسافة 0.051 وحدة فلكية فقط (حوالي 4.75 مليون ميل، أو ثُمن المسافة من عطارد إلى الشمس)، ويكمل دائرة كاملة واحدة في حوالي 3.7 يوم أرضي. ويقع النظام ضمن مجرة درب التبانة، على بعد حوالي 1300 سنة ضوئية من الأرض، في كوكبة العقرب.
مع حجم يزيد عن سبعة أضعاف حجم كوكب المشتري وكتلته أقل من نصف كتلة كوكب المشتري، يعد WASP-17 b كوكبًا منتفخًا للغاية. إن فترة مداره القصيرة وحجمه الكبير وغلافه الجوي السميك والممتد يجعله مثاليًا للمراقبة باستخدام التحليل الطيفي للإرسال، والذي يتضمن قياس تأثيرات الغلاف الجوي للكوكب على ضوء النجوم الذي يترشح من خلاله.
يتكون الغلاف الجوي للكوكب WASP-17 b في الغالب من الهيدروجين والهيليوم، بالإضافة إلى كميات صغيرة من بخار الماء وقليل من ثاني أكسيد الكربون وجزيئات أخرى. تظهر عمليات رصد ضوء الأشعة تحت الحمراء من 5 إلى 12 ميكرون من أداة Webb MIRI (أداة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة) أن الغلاف الجوي لـ WASP-17 b يحتوي أيضًا على سحب مصنوعة من بلورات الكوارتز النانوية (SiO2).
WASP-17 b مقفل مديًا وله مسار خلفي. وتتراوح درجة حرارتها من حوالي 1000 كلفن (1350 درجة فهرنهايت أو 725 درجة مئوية) على الجانب الليلي الأكثر برودة إلى ما يقرب من 2000 كلفن (3150 درجة فهرنهايت أو 1725 درجة مئوية) على الجانب النهاري الثابت.
النجم، WASP-17 (ويُسمى أيضًا Diwö)، هو نجم من النوع F: أكبر قليلاً، وأكثر ضخامة، وأكثر سخونة وأكثر بياضًا من الشمس.
وقال لوكا في بيان: “نعتقد أن حوالي واحد بالمائة فقط من جميع الأنظمة لا تزال في حالة رنين”. “إنه يوضح لنا التكوين الأصلي لنظام كوكبي بقي على حاله.”
وهذا الاكتشاف هو المرة الثانية التي يساعد فيها خوفو في الكشف عن نظام كوكبي ذو رنين مداري. تم الإعلان عن الأول، المعروف باسم TOI-178، في عام 2021.
وقال ماكسيميليان جونثر، من وكالة الفضاء الأوروبية خوفو: “على حد تعبير فريقنا العلمي: خوفو يجعل الاكتشافات غير العادية تبدو عادية. من بين ثلاثة أنظمة رنين معروفة لستة كواكب، يعد هذا الآن ثاني نظام رنين يعثر عليه خوفو، وخلال ثلاث سنوات فقط من التشغيل”. عالم المشروع ، في بيان.
وقال مؤلفو الدراسة إنه يمكن استخدام النظام أيضًا لدراسة كيفية تشكل كوكب نبتون الفرعي.
وفي حين أن الكواكب الفرعية نبتون شائعة في مجرة درب التبانة، إلا أنها غير موجودة في نظامنا الشمسي. وقال لوكا إن هناك اتفاقًا ضئيلًا بين علماء الفلك حول كيفية تشكل هذه الكواكب ومما تتكون، لذا فإن النظام الفرعي الكامل لنبتون يمكن أن يساعد العلماء في تحديد المزيد عن أصولها.
تم العثور على العديد من الكواكب التي تدور حول نجوم قزمة هي أكثر برودة وأصغر بكثير من شمسنا، مثل نظام TRAPPIST-1 الشهير وكواكبه السبعة، والتي تم الإعلان عنها في عام 2017. بينما يحتوي نظام TRAPPIST-1 أيضًا على سلسلة رنانة، ضعف النجم المضيف يجعل عملية الرصد صعبة.
لكن HD110067، الذي تبلغ كتلته 80% من كتلة شمسنا، هو ألمع نجم معروف وله أكثر من أربعة كواكب في مداره، لذا فإن مراقبة النظام أسهل بكثير.
يشير الاكتشاف الأولي لكتل الكواكب إلى أن بعضها يحتوي على أجواء منتفخة وغنية بالهيدروجين، مما يجعلها أهدافًا مثالية للدراسة لتلسكوب جيمس ويب الفضائي. ومع مرور ضوء النجوم عبر الغلاف الجوي للكواكب، يمكن استخدام الويب لتحديد تكوين كل عالم.
“يبدو أن الكواكب الموجودة تحت نبتون في نظام HD110067 لها كتل منخفضة، مما يشير إلى أنها قد تكون غنية بالغاز أو الماء. قد تحدد الملاحظات المستقبلية، على سبيل المثال بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي، لهذه الأغلفة الجوية الكوكبية ما إذا كانت الكواكب صخرية أم لا.” وقالت مؤلفة الدراسة جو آن إيجر، طالبة الدكتوراه في الفيزياء الفلكية بجامعة برن في سويسرا: “أو غنية بالمياه”. بالوضع الحالي. – سي إن إن
