كوكب المشتري أكبر من بعض النجوم ، فلماذا لم يكن لدينا شمس ثانية؟

أصغر نجم في التسلسل الرئيسي المعروف لمجرة درب التبانة هو كائن حقيقي لشيء ما.

اسمه EBLM J0555-57Ab ، وهو قزم أحمر يبعد 600 سنة ضوئية. يبلغ متوسط ​​نصف قطرها حوالي 59000 كيلومترًا ، فهي صغيرة جدًا أكبر من زحل. وهذا يجعله أصغر نجم معروف بأنه يدعم اندماج الهيدروجين في نواته ، وهي العملية التي تبقي النجوم مشتعلة حتى نفاد الوقود.

يوجد في نظامنا الشمسي منهم كائنات أكبر من هذا النجم الصغير. أحدهما هو الشمس بالطبع. والآخر هو كوكب المشتري ، مثل كرة جليدية عملاقة ، يدخل بمعدل نصف قطر يبلغ 69،911 كيلومترا.

فلماذا كوكب المشتري كوكب وليس نجمًا؟

الإجابة المختصرة بسيطة: لا يمتلك المشتري كتلة كافية لدمج الهيدروجين في الهيليوم. تبلغ كتلة EBLM J0555-57Ab حوالي 85 ضعف كتلة كوكب المشتري ، أي ما يعادل الضوء الذي يمكن أن يكون عليه النجم – إذا كان أصغر ، لا يمكنه أيضًا دمج الهيدروجين. ولكن إذا كان نظامنا الشمسي مختلفًا ، فهل يمكن أن يتحول كوكب المشتري إلى نجم؟

يبدو كوكب المشتري والشمس متشابهين أكثر مما تعتقد

قد لا يكون عملاق الغاز نجماً ، لكن كوكب المشتري لا يزال يمثل مشكلة كبيرة. كتلته 2.5 مرة أن جميع الكواكب الأخرى مجتمعة. إنه مجرد كونه عملاق غازي ، فإن كثافته منخفضة بالفعل: حوالي 1.33 جرام لكل سنتيمتر مكعب ؛ كثافة الأرض ، عند 5.51 جرام لكل سنتيمتر مكعب ، تزيد قليلاً عن أربعة أضعاف كثافة كوكب المشتري.

لكن من المثير للاهتمام ملاحظة أوجه التشابه بين كوكب المشتري والشمس. كثافة الشمس 1.41 جرام لكل سنتيمتر مكعب. والشيءان متشابهان للغاية في التركيب. بشكل جماعي، تحتوي الشمس على حوالي 71٪ هيدروجين و 27٪ هيليوم ، والباقي عبارة عن آثار لعناصر أخرى. كوكب المشتري بشكل جماعي حوالي 73 بالمائة هيدروجين و 24 بالمائة هيليوم.

رسم توضيحي لكوكب المشتري وقمره Io. (مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا / مختبر CI)

ولهذا السبب يُطلق على المشتري أحيانًا اسم النجم الفاشل.

لكن لا يزال من غير المرجح ، إذا تُركت لأجهزة النظام الشمسي الخاصة ، أن يقترب المشتري من كونه نجمًا.

النجوم والكواكب ، كما ترى ، ولدت من آليتين مختلفتين للغاية. تولد النجوم عندما تنهار عقدة كثيفة من المادة في سحابة جزيئية بين النجوم تحت جاذبيتها – لوطي! flomph! – تعمل بمرور الوقت في عملية تسمى انهيار السحابة. عندما يتحول ، فإنه يلتف في مادة أكثر من السحابة المحيطة به في قرص تراكم نجمي.

مع زيادة الكتلة – وبالتالي الجاذبية – ، يصبح قلب النجم الصغير أكثر إحكامًا وتشديدًا ، مما يجعله أكثر سخونة وسخونة. في نهاية المطاف ، تصبح مضغوطة وساخنة للغاية بحيث تشتعل النواة ويبدأ الاندماج النووي الحراري.

وفقًا لفهمنا لتكوين النجوم ، بعد انتهاء النجم من تراكم المواد ، يتبقى الكثير من أقراص التراكم. هذا ما تتكون منه الكواكب.

يعتقد علماء الفلك أنه بالنسبة لعمالقة الغاز مثل كوكب المشتري ، تبدأ هذه العملية (تسمى تراكم الحصى) بقطع صغيرة من الصخور الجليدية والغبار في القرص. تدور هذه المادة حول النجم الصغير ، وتبدأ في الاصطدام ، عالقة مع الكهرباء الساكنة. في النهاية ، تصل هذه الخصلات المتنامية إلى حجم كبير نسبيًا – تقريبًا 10 كتل من الأرض – أنه يمكنهم جذب المزيد والمزيد من الغاز من القرص المحيط بالجاذبية.

من تلك النقطة فصاعدًا ، وصل المشتري تدريجيًا إلى كتلته الحالية – حوالي 318 ضعف كتلة الأرض و 0.001 ضعف كتلة الشمس. بمجرد أن تمتص كل المواد التي كانت لديها – مسافة كبيرة من الكتلة المطلوبة لانصهار الهيدروجين – توقف عن النمو.

لذلك ، لم يكن كوكب المشتري قريبًا من أن يصبح ضخمًا بما يكفي ليصبح نجمًا. كوكب المشتري مشابه في تركيبته للشمس ليس لأنها كانت “نجما فاشلا” ولكن لأنها ولدت من نفس سحابة الغاز الجزيئي التي ولدت الشمس.

(NASA / SwRI / MSSS / Gerald Eichstädt / Seán Doran / Flickr / CC-BY-2.0)

النجوم الفاشلة الحقيقية

هناك فئة مختلفة من الكائنات يمكن اعتبارها “نجومًا فاشلة”. هذه هي الأقزام البنية ، وهي تملأ الفراغ بين عمالقة الغاز والنجوم.

تبدأ من حوالي 13 ضعف كتلة المشتري ، وهذه الأجسام ضخمة بما يكفي لتحمل ذوبان النواة – ليس الهيدروجين العادي ، ولكن الديوتيريوم. يُعرف هذا أيضًا باسم الهيدروجين “الثقيل” ؛ إنه نظير للهيدروجين مع بروتون ونيوترون في النواة بدلاً من بروتون واحد. درجة حرارة انصهاره وضغطه أقل من درجة حرارة انصهار وضغط الهيدروجين.

نظرًا لأنه يحدث عند كتلة ودرجة حرارة وضغط أقل ، فإن ذوبان الديوتيريوم هو خطوة وسيطة على طريق ذوبان الهيدروجين للنجوم ، حيث تستمر في تراكم الكتلة. لكن بعض الأجسام لا تصل أبدًا إلى هذه الكتلة ؛ تُعرف هذه الأقزام البنية.

لفترة من الوقت بعد وجودهم أكد في عام 1995، لم يكن معروفًا ما إذا كانت الأقزام البنية أقل أداءً من النجوم أو الكواكب شديدة الطموح ؛ لكن دراسات عديدة لقد أثبتوا أنهم يتشكلون تماما مثل النجوم، من الغيوم المنهارة بدلاً من تنامي القلب. وبعض الأقزام البنية تكون أقل من كتلتها حتى تحرق الديوتيريوم الذي لا يمكن تمييزه عن الكواكب.

كوكب المشتري يقع مباشرة على الحد الأدنى للكتلة لانهيار السحب ؛ تم تقدير أصغر كتلة لجسم انهيار سحابة حول كتلة كوكب المشتري. لذلك ، إذا كان المشتري قد تشكل نتيجة لانهيار الغيوم ، فيمكن اعتباره نجماً فاشلاً.

لكن بيانات مسبار ناسا جونو تشير إلى أنه ، مرة واحدة على الأقل ، كان للمشتري نواة صلبة – وهذا أكثر اتساقًا مع تراكم النواة طريقة التدريب.

https://www.youtube.com/watch؟v=xh3EKDghbuU

تشير النمذجة إلى أن الحد الأعلى لكتلة كوكبية ، التي تتشكل عن طريق تراكم النواة ، هو أقل من 10 أضعاف كتلة كوكب المشتري – مجرد كتل قليلة من كوكب المشتري تخجل من اندماج الديوتيريوم.

لذا فإن كوكب المشتري ليس نجما فاشلا. لكن التفكير في سبب عدم حدوث ذلك يمكن أن يساعدنا في فهم كيفية عمل الكون بشكل أفضل. بالإضافة إلى ذلك ، فإن كوكب المشتري هو عجائب الحلوى المخططة والعاصفة والدوامة في حد ذاتها. وبدونها ، نحن البشر ربما لم تكن قادرة حتى على الوجود.

هذه ، مع ذلك ، قصة أخرى ، لنرويها مرة أخرى.