كان العلماء يعملون على نماذج لتكوين الكواكب قبل وقت طويل من معرفة وجود الكواكب الخارجية. في البداية، استرشدت هذه النماذج بخصائص الكواكب في نظامنا الشمسي، وقد أثبتت فعاليتها بشكل ملحوظ في حساب الكواكب الخارجية التي لا مثيل لها في نظامنا الشمسي، مثل كواكب الأرض الفائقة وكواكب نبتون الساخنة. أضف إلى ذلك قدرة الكواكب على التحرك من خلال تفاعلات الجاذبية، ويمكن أخذ خصائص الكواكب الخارجية في الاعتبار بشكل عام.
واليوم، يعلن فريق دولي كبير من الباحثين عن اكتشاف شيء لا تستطيع نماذجنا تفسيره. إنه بحجم نبتون تقريبًا ولكن كتلته أكبر بأربعة أضعاف. كثافته – أكبر بكثير من كثافة الحديد – تتوافق إما مع كون الكوكب بأكمله صلبًا بالكامل تقريبًا، أو مع وجود محيط عميق بما يكفي لإغراق كواكب بأكملها. على الرغم من أن الأشخاص الذين اكتشفوه يقدمون بعض النظريات حول تكوينه، إلا أن أيًا منها غير محتمل بشكل خاص.
غرابة غريبة
بدأت دراسة الكوكب الجديد كما يفعل الكثيرون الآن: فقد تم تحديده كجسم مثير للاهتمام بواسطة القمر الصناعي لمسح الكواكب الخارجية العابرة (TOI، لـ TESS Object of Interest). TOI-1853 هو نجم أصغر قليلاً من شمسنا، وتبلغ كتلته حوالي 0.8 مرة. وكانت هناك دلائل واضحة على وجود كوكب قريب من النجم، يسمى الآن TOI-1853 b. يدور الكوكب بالقرب من نجمه المضيف، ويكمل مدارًا كاملاً في 1.24 يومًا.
واستخدم الباحثون هذه المرة لتحديد المسافة التي يدور بها الكوكب. ومن خلال الجمع بين هذه المسافة وحجم النجم وكمية الضوء التي يحجبها الكوكب، من الممكن تقدير حجم الكوكب. وتبين أن نصف قطره يبلغ حوالي 3.5 مرة نصف قطر الأرض، مما يعني أنه أصغر قليلاً من نبتون.
وهذا في حد ذاته ليس بالأمر غير المعتاد؛ تم اكتشاف العديد من الكواكب بحجم نبتون. لكن الجمع بين الحجم والقرب من النجم أمر غير متوقع. وقد وضعه فيما يسمى “صحراء نبتون الساخنة”، حيث يؤدي الإشعاع الشديد الصادر عن النجم إلى طرد الغلاف الجوي للكوكب. ينتهي الأمر بتجريد نبتونات التي تصل إلى الحالة الصحراوية الحارة من قلبها الصخري، مما يجعلها أرضًا فائقة.
فماذا كان يفعل TOI-1853 b في الصحراء؟ لمعرفة ذلك، استخدم الباحثون مراصد أرضية لتتبع حركة نجمه المضيف مع تحول سحب الجاذبية لـ TOI-1853 b أثناء تحركه عبر مداره. يمكن استخدام تسارع حركة النجم بسبب هذا الجذب لتقدير كتلة الكوكب.
اتضح أن TOI-1853 b لديه حبكة جَسِيم. وتقدر كتلته بـ 73 مرة كتلة الأرض أو أكثر من أربعة أضعاف كتلة نبتون. وهذا يعني بوضوح أن تكوينه يجب أن يكون مختلفًا تمامًا عن تكوين نبتون.
مقرمش من الداخل والخارج؟
يقضي الباحثون المشاركون في اكتشافه وقتًا طويلاً في وصف كيف يجعل هذا الكوكب TOI-1853 b غريبًا. هناك كواكب ذات كثافات مماثلة، لكنها عادة ما تكون أصغر بكثير: أرض فائقة تشكلت عن طريق إزالة الغلاف الجوي لكوكب يشبه نبتون. هناك كواكب ذات كتل مماثلة، لكنها أكبر بمرتين تقريبًا ومن المحتمل أن يكون لها غلاف جوي و/أو محيطات واسعة. “إنها تحتل منطقة من الكتلة المدارية [distance] مساحة الكواكب الساخنة التي كانت خالية في السابق من الأجسام، تتوافق مع المنطقة الأكثر جفافًا في صحراء نبتون الساخنة”.
الشذوذات لا تتوقف عند هذا الحد. هناك نوعان من التركيبات المنطقية نظرًا للكثافة المؤثرة هنا. الأول هو أن الكوكب يتكون بالكامل تقريبًا من مواد صخرية مثل الأرض، وله غلاف جوي رقيق للغاية لا يشكل أكثر من 1% من كتلته. والبديل هو أن يتم توزيع الكتلة بالتساوي بين النواة الصخرية وطبقة ضخمة من الماء.
وبطبيعة الحال، لن يكون هذا الماء كما نعرفه. ونظرًا لقربها من نجمها المضيف والضغوط الهائلة التي يمارسها المحيط، فإن بعضًا من هذه المياه على الأقل سيكون في حالة فوق حرجة، والضغط بالقرب من النواة الصخرية من شأنه أن يجبر الماء على تكوين مواد صلبة عالية الضغط. ستكون الأمور غريبة تمامًا داخل النواة. وكما لاحظ الباحثون، فإن “خصائص المادة عند مثل هذه الضغوط المركزية العالية لا تزال غير مؤكدة”.
نحن لا نكافح من أجل فهم حاضره فحسب، بل إننا ضائعون قليلاً في ماضيه. سيتوقف تراكم جزيئات الغبار الصغيرة من القرص المشكل للكوكب قبل أن يصل TOI-1853 b إلى كتلته الحالية، حيث أن حتى كوكب أصغر قد يعطل القرص. ومن غير المحتمل أن تكون قد تشكلت في موقعها الحالي، نظرًا لأن المواد الصلبة تواجه مشكلة في التكثيف هناك.
احتمالان، لا شيء محتمل
يقترح الباحثون احتمالين. الأول هو أن مجموعة من الكواكب الصغيرة تشكلت في مكان أبعد ثم شهدت عدم استقرار مداراتها مع تبخر القرص تدريجياً. وكان من الممكن أن يؤدي ذلك إلى حدوث تصادمات كان من شأنها أن تحطم عدة كواكب، والتي كانت ستشاهد بعد ذلك حطامها وهو يشكل جسمًا واحدًا. لكن هذه العمليات لا تميل إلى تشكيل أجسام منفردة، ومن المحتمل أن يتطلب الأمر الكثير من الكواكب لنقل 73 مادة تعادل تلك الموجودة على الأرض.
والبديل هو أن العديد من الكواكب الغازية العملاقة تشكلت على مسافة أبعد بكثير ثم زعزعت استقرار مداراتها، مما أدى إلى ترك أحدها غريب الأطوار للغاية، مع جزء من المدار قريب للغاية من النجم المضيف. وهذا من شأنه أن يسمح لها بجمع المواد من الأجزاء الداخلية للقرص الذي يشكل الكوكب، وهي عملية يمكن أن تسمح لكوكب شبيه بالمشتري بمضاعفة كتلته تقريبًا. كما أن مداره الأقصى سيسمح له بنقل غلافه الجوي إلى النجم. بمجرد اكتمال هذه العمليات، فإن تفاعلات المد والجزر بين الكوكب والنجم ستجعل مداره أكثر انتظامًا في النهاية.
لا يوجد شيء مستحيل ماديًا بشأن أي من آليات التكوين المحتملة هذه، لكن كلاهما يتطلب سلسلة من الأحداث غير المتوقعة. إن الكون كبير، ومن المحتمل أن تحدث هذه الأشياء في مكان ما، ولكن يبدو من غير المعقول أن نتوقع أن نعثر على نتائجها بهذه السرعة.
الشيء الوحيد الذي قد يساعدنا على فهم أصل TOI-1853 b هو وجود كواكب أخرى في النظام، مما قد يساعدنا على فهم ما كان يحدث في الأجزاء الداخلية من هذا النظام الخارجي. إن TOI-1853 b كبير جدًا وقريب جدًا لدرجة أنه يُصدر إشارة ضخمة، وكان من الممكن أن نواجه مشكلة في اكتشاف أي كواكب أخرى في هذا النظام. ويقدر الباحثون أن جسمًا ضخمًا بحجم 10 كواكب أرضية يمكن أيضًا أن يدور بالقرب من النجم، وكنا لن ندركه. يمكن أن تكون الملاحظات المستمرة ضرورية لفهم النظام.
الطبيعة، 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-06499-2 (حول معرفات الهوية الرقمية).
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”