رياح التغيير المجرية التي التقطها تلسكوب ويب الفضائي

قام الباحثون بتصوير الرياح لأول مرة قادمة من قرص قديم مكون لكوكب يعمل على تشتيت محتوياته الغازية.

ال تلسكوب جيمس ويب الفضائي يساعد (JWST) العلماء على اكتشاف كيفية تشكل الكواكب من خلال تعزيز فهم أماكن ميلادهم والأقراص المحيطة بالنجوم المحيطة بالنجوم الشابة. في مقال نشر في المجلة الفلكيةقام فريق من العلماء بقيادة نامان باجاج من جامعة أريزونا ويضم الدكتور أوما جورتي من معهد SETI، بتصوير رياح قادمة من قرص قديم مكون لكوكب (لا يزال صغيرًا جدًا بالنسبة للشمس) وهو تشتيت بنشاط محتواه الغازي. لقد تم تصوير القرص بالفعل، ولكن ليس الرياح من الأقراص القديمة. من المهم معرفة متى ينتشر الغاز، لأنه يحد من الوقت المتبقي للكواكب الناشئة لاستهلاك الغاز من محيطها.

نظرة عامة على القرص المتآكل لـ TCha

في قلب هذا الاكتشاف، توجد مراقبة TCha، وهو نجم شاب (بالنسبة للشمس) محاط بقرص متآكل يتميز بفتحة غبار واسعة، يبلغ نصف قطرها حوالي 30 وحدة فلكية. ولأول مرة، قام علماء الفلك بتصوير الغاز المتناثر (المسمى بالرياح) باستخدام الخطوط الأربعة للغازات النادرة النيون (Ne) والأرجون (Ar)، ويعد أحدها أول اكتشاف في قرص تشكيل الكوكب. صور [Ne II] تبين أن الرياح تأتي من منطقة واسعة من القرص. يرغب الفريق، وجميعهم أعضاء في برنامج JWST بقيادة إيلاريا باسكوتشي (جامعة أريزونا)، في معرفة كيفية حدوث هذه العملية من أجل فهم التاريخ والتأثير على نظامنا الشمسي بشكل أفضل.

وقال نامان: “يمكن أن تكون هذه الرياح مدفوعة إما بالفوتونات النجمية عالية الطاقة (ضوء النجوم) أو بالمجال المغناطيسي الذي ينسج القرص الذي يشكل الكوكب”.

تجري أوما جورتي من معهد SETI أبحاثًا حول تشتت القرص منذ عقود، وتوقعت مع زميلتها انبعاث الأرجون القوي الذي اكتشفه تلسكوب جيمس ويب الفضائي الآن. إنها “متحمسة لأنها تمكنت أخيرًا من كشف الظروف الفيزيائية للرياح لفهم كيفية إقلاعها”.

تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) هو مرصد فلكي متطور مصمم لكشف أسرار الكون، بدءًا من تكوين المجرات والنجوم والكواكب وحتى اكتشاف العلامات المحتملة للحياة على الكواكب الخارجية. تم إطلاقه في ديسمبر 2021، وهو يشكل المرصد الرائد لعلوم الفضاء في العقد المقبل، بناءً على إرث تلسكوب هابل الفضائي بأدواته الأكثر قوة وقدرات المراقبة الأوسع. الائتمان: ناسا

تطور أنظمة الكواكب

يبدو أن أنظمة الكواكب مثل نظامنا الشمسي تحتوي على أجسام صخرية أكثر من الأجسام الغنية بالغاز. وتشمل هذه الكواكب الداخلية حول شمسنا، وحزام الكويكبات، وحزام كويبر. لكن العلماء عرفوا منذ زمن طويل أن الأقراص التي تشكل الكواكب تحتوي في البداية على كتلة غازية أكبر 100 مرة من كتلتها في المواد الصلبة، مما يثير سؤالًا ملحًا: متى وكيف يغادر معظم الغاز القرص/النظام؟

خلال المراحل المبكرة جدًا من تكوين النظام الكوكبي، تندمج الكواكب لتشكل قرصًا دوارًا من الغاز والغبار الصغير حول النجم الشاب. تتجمع هذه الجسيمات معًا وتشكل قطعًا أكبر وأكبر تسمى الكواكب المصغرة. وبمرور الوقت، تصطدم هذه الكواكب المصغرة وتلتصق ببعضها البعض، لتشكل الكواكب في النهاية. ويعتمد نوع وحجم وموقع الكواكب التي تتشكل على كمية المواد المتاحة ومدة بقائها في القرص. وبالتالي، فإن نتيجة تكوين الكوكب تعتمد على تطور القرص وتشتته.

قامت نفس المجموعة، في ورقة بحثية أخرى بقيادة الدكتور أندرو سيليك من مرصد لايدن، بإجراء عمليات محاكاة للتشتت الناجم عن الفوتونات النجمية للتمييز بين الاثنين. قاموا بمقارنة هذه المحاكاة بالملاحظات الفعلية ووجدوا أن التشتت بواسطة الفوتونات النجمية عالية الطاقة يمكن أن يفسر الملاحظات وبالتالي لا يمكن استبعاده كاحتمال. وصف أندرو كيف أن “قياس الخطوط الأربعة في وقت واحد بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي أثبت أهميته في تحديد خصائص الرياح وساعدنا في إثبات أن كميات كبيرة من الغاز منتشرة”. ولوضع الأمور في سياقها، يحسب الباحثون أن الكتلة التي تتفرق كل عام تعادل كتلة القمر! وثيقة تكميلية، قيد الدراسة حاليا من قبل المجلة الفلكيةسوف تفصيل هذه النتائج.

الاكتشافات التحويلية ووجهات النظر المستقبلية

ال [Ne II] تم اكتشاف هذا الخط لأول مرة باتجاه العديد من الأقراص المكونة للكواكب في عام 2007 باستخدام تلسكوب سبيتزر الفضائي وسرعان ما تم تحديده على أنه متتبع للرياح من قبل البروفيسور باسكوتشي، قائد المشروع في جامعة أريزونا؛ ركزت هذه الجهود البحثية المحولة على فهم تشتت الغاز على الأقراص. اكتشاف الحلول المكانية [Ne II] والكشف الأول عن [Ar III] يمكن أن يصبح استخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي الخطوة التالية نحو تغيير فهمنا لهذه العملية.

“لقد استخدمنا النيون لأول مرة لدراسة الأقراص المكونة للكواكب منذ أكثر من عقد من الزمن، واختبرنا عمليات المحاكاة الحاسوبية لدينا مقابل بيانات سبيتزر والملاحظات الجديدة التي حصلنا عليها باستخدام إسو قال البروفيسور ريتشارد ألكسندر من كلية الفيزياء وعلم الفلك بجامعة ليستر: “VLT”. لقد تعلمنا الكثير، لكن هذه الملاحظات لم تسمح لنا بقياس الكتلة المفقودة بواسطة الأقراص. تعتبر بيانات JWST الجديدة مذهلة، والقدرة على حل حركات القرص في الصور هو أمر لم أعتقد أنه ممكن على الإطلاق. مع المزيد من الملاحظات القادمة، سيسمح لنا تلسكوب جيمس ويب الفضائي بفهم أنظمة الكواكب الناشئة بشكل لم يسبق له مثيل.

بالإضافة إلى ذلك، اكتشفت المجموعة أيضًا أن القرص الداخلي لـ T Cha يتطور على فترات زمنية قصيرة جدًا، عدة عقود؛ وجدوا أن طيف تلسكوب جيمس ويب الفضائي لـ T Cha يختلف عن طيف سبيتزر السابق. وفقًا لـChengyan Xie من جامعة أريزونا، المؤلف الرئيسي لهذا العمل الحالي، يمكن تفسير هذا التناقض من خلال قرص داخلي صغير غير متماثل فقد بعضًا من كتلته خلال 17 عامًا فقط. وإلى جانب الدراسات الأخرى، يشير هذا أيضًا إلى أن قرص T Cha في نهاية تطوره. يضيف تشينغيان: “قد نتمكن من رؤية تشتت كل كتلة الغبار الموجودة في القرص الداخلي لـ T Cha خلال حياتنا! »

تقدم الآثار المترتبة على هذه النتائج رؤى جديدة حول التفاعلات المعقدة التي تؤدي إلى تشتت الغازات والغبار الضروري لتكوين الكوكب. ومن خلال فهم الآليات الكامنة وراء تشتت القرص، يمكن للعلماء التنبؤ بشكل أفضل بالتوقيت والبيئات الملائمة لولادة الكواكب. يوضح عمل الفريق قوة تلسكوب جيمس ويب الفضائي ويفتح طريقًا جديدًا لاستكشاف ديناميكيات تكوين الكواكب وتطور الأقراص المحيطة بالنجم.

المرجع: “ملاحظات JWST MIRI MRS لـ T Cha: اكتشاف ريح قرصية تم حلها مكانيًا” بواسطة Naman S. Bajaj، Ilaria Pascucci، Uma Gorti، Richard Alexander، Andrew Sellek، Jane Morrison، Andras Gaspar، Cathie Clarke، Chengyan Xie، Giulia بالابيو ودينغشان دينغ، 4 مارس 2024، المجلة الفلكية.
دوى: 10.3847/1538-3881/ad22e1

تم الحصول على البيانات المستخدمة في هذا العمل باستخدام أداة JWST/MIRI عبر برنامج General Observers Cycle 1 PID 2260 (PI: I. Pascucci). يضم فريق البحث نامان باجاج (طالب دراسات عليا)، البروفيسور إيلاريا باسكوتشي، الدكتورة أوما جورتي، البروفيسور ريتشارد ألكسندر، الدكتور أندرو سيليك، الدكتورة جين موريسون، البروفيسور أندراس جاسبار، البروفيسور كاثي كلارك، تشينغيان شيه (طالبة دراسات عليا)، الدكتورة جوليا بالابيو. ودينغشان دينغ (طالب دراسات عليا).