يلاحظ هابل نمو كوكب خارجي عملاق

يوضح هذا الرسم التوضيحي للكوكب الخارجي PDS 70b المشكل حديثًا كيف يمكن للمواد أن تسقط على العالم العملاق بينما تتراكم كتلته. باستخدام حساسية هابل للأشعة فوق البنفسجية (UV) ، حصل الباحثون على نظرة فريدة من الإشعاع من الغازات شديدة الحرارة التي تسقط على الكوكب ، مما سمح لهم بقياس معدل نمو كتلة الكوكب بشكل مباشر لأول مرة. كوكب PDS 70b محاط بقرص الغاز والغبار الخاص به الذي يسحب المواد من القرص المحيط بالنظام الشمسي الأكبر بكثير. يفترض الباحثون أن خطوط المجال المغناطيسي تمتد من قرص الكوكب إلى الغلاف الجوي للكواكب الخارجية وتحمل المواد عبر سطح الكوكب. يُظهر الرسم التوضيحي نمطًا محتملاً لتراكم الغلاف المغناطيسي ، لكن الهندسة التفصيلية للمجال المغناطيسي تتطلب عملاً في المستقبل للتحقيق فيه. لقد جمع العالم البعيد بالفعل ما يصل إلى خمسة أضعاف كتلة كوكب المشتري على مدار فترة تبلغ حوالي خمسة ملايين سنة ، ولكن من المتوقع أن يكون في نهاية عملية تكوينه. يدور PDS 70b حول النجم القزم البرتقالي PDS 70 على بعد حوالي 370 سنة ضوئية من الأرض في كوكبة Centaur. الائتمان: ناسا ، وكالة الفضاء الأوروبية ، STScI ، جوزيف أولمستيد (STScI)

يبتلع كوكب خارج المجموعة الشمسية PDS 70b الغاز والغبار بينما يستمر في اكتساب الكتلة.

هل سبق لك أن أحدثت فوضى كاملة في مطبخك أثناء الطهي؟ قد يبدو أحيانًا أن الدقيق يطفو في الهواء ، ولكن بمجرد إضافة الكثير من الماء وتشكيل العجين ، يبدو الخبز أشبه بالكرة. هناك عملية مماثلة تعمل في نظام شمسي بعيد يعرف باسم PDS 70 ، باستثناء أن الدقيق والماء يتم استبدالهما بالغاز والغبار. في حالة كوكب PDS 70b ، يتم امتصاص الغاز والغبار ببطء حيث يبني هذا العالم البعيد كتلته على مدى ملايين السنين.

قام الباحثون باستخدام هابل بقياس معدل نمو كتلة PDS 70b بشكل مباشر لأول مرة باستخدام الحساسيات فوق البنفسجية الفريدة في المرصد لالتقاط الإشعاع من غاز شديد الحرارة يسقط على الكوكب. ضخمة، كوكب المشتريمدارات عالمية ذات حجم مساو تقريبًا للمسافة أورانوس يفعل من الشمس – على الرغم من أنها تتسلل من خلال فوضى من الغاز والغبار أثناء تحركها عبر النظام الشمسي. قد يكون الكوكب ، الذي بدأ في التكوين منذ حوالي 5 ملايين سنة ، في نهاية عملية تكوينه. تفتح نتائج الباحثين طريقة جديدة لدراسة تكوين الكواكب التي يمكن أن تساعد علماء الفلك الآخرين الذين يسعون لمعرفة المزيد حول كيفية تطور الكواكب العملاقة في الأنظمة الشمسية البعيدة.

التقط التلسكوب الكبير جدًا التابع للمرصد الأوروبي الجنوبي أول صورة واضحة لكوكب متشكل ، PDS 70b ، حول نجم قزم في عام 2018. يبرز الكوكب كنقطة مضيئة على يمين مركز الصورة ، والتي تم تعتيمها من قبل قناع كورونوغراف يستخدم لحجب الضوء من النجم المركزي. الائتمان: ESO ، VLT ، André B. Müller (ESO)

ناسامن تلسكوب هابل الفضائي يعطي علماء الفلك نظرة نادرة على كوكب لا يزال يتشكل بحجم كوكب المشتري يتغذى على المادة المحيطة بنجم فتي.

قال بريندان بولر Brendan Bowler من جامعة تكساس في أوستن: “نحن لا نعرف الكثير عن نمو الكواكب العملاقة”. “يمنحنا نظام الكواكب هذا الفرصة الأولى لرؤية المواد التي تسقط على كوكب ما. تفتح نتائجنا مجالًا جديدًا لهذا البحث.

على الرغم من أنه تم فهرسة أكثر من 4000 من الكواكب الخارجية حتى الآن ، فقد تم تصوير حوالي 15 منها فقط بشكل مباشر بواسطة التلسكوبات حتى الآن. والكواكب بعيدة جدًا وصغيرة جدًا ، هذه مجرد نقاط على أفضل الصور. تفتح تقنية الفريق الجديدة لاستخدام هابل لتصوير هذا الكوكب مباشرة طريقًا جديدًا للمضي قدمًا كوكب خارج المجموعة الشمسية البحث ، خاصة خلال السنوات التكوينية للكوكب.

يدور هذا الكوكب الخارجي الضخم ، المسمى PDS 70b ، حول النجم القزم البرتقالي PDS 70 ، المعروف بالفعل بوجود كواكب نشطة داخل قرص ضخم من الغبار والغاز يدور حول النجم. يقع النظام على بعد 370 سنة ضوئية من الأرض في كوكبة Centauri.

قال ييفان زو Yifan Zhou ، من جامعة تكساس في أوستن: “هذا النظام مثير للغاية لأننا نستطيع أن نشهد تشكل كوكب”. “هذا هو الكوكب الأصيل الأصغر الذي تخيله هابل مباشرة على الإطلاق.” في عمر 5 ملايين سنة ، لا يزال الكوكب يجمع المواد ويبني الكتلة.

توفر حساسية هابل للأشعة فوق البنفسجية (UV) نظرة فريدة على الإشعاع من الغازات شديدة الحرارة التي تسقط على الكوكب. وأضاف تشو: “لقد سمحت لنا ملاحظات هابل بتقدير مدى سرعة اكتساب الكوكب للكتلة”.

تسلط ملاحظات هابل الضوء على كوكب PDS 70b. يحجب مخطط كورونوغراف على كاميرا هابل الوهج من النجم المركزي بحيث يتم رصد الكوكب مباشرة. على الرغم من أنه تم فهرسة أكثر من 4000 من الكواكب الخارجية حتى الآن ، فقد تم تصوير حوالي 15 منها فقط بشكل مباشر بواسطة التلسكوبات حتى الآن. تفتح تقنية الفريق الجديدة لاستخدام هابل لتصوير هذا الكوكب مباشرة طريقًا جديدًا لمزيد من البحث حول الكواكب الخارجية ، خاصة خلال السنوات التكوينية للكوكب. الائتمان: جوزيف ديباسكوال (STScI)

سمحت عمليات رصد الأشعة فوق البنفسجية ، التي تضيف إلى مجموعة الأبحاث على هذا الكوكب ، للفريق بقياس معدل نمو كتلة الكوكب بشكل مباشر لأول مرة. لقد جمع العالم البعيد بالفعل ما يصل إلى خمسة أضعاف كتلة كوكب المشتري خلال فترة تبلغ حوالي 5 ملايين سنة. انخفض معدل التراكم المقاس الحالي إلى النقطة التي ، إذا ظل المعدل مستقرًا لمليون سنة أخرى ، فإن الكوكب سيزداد فقط بحوالي 1/100 من كتلة كوكب المشتري.

يشير Zhou و Bowler إلى أن هذه الملاحظات هي لقطة واحدة في الوقت المناسب – هناك حاجة إلى مزيد من البيانات لتحديد ما إذا كان المعدل الذي يضيف به الكوكب الكتلة يتزايد أم يتناقص. “قياساتنا تشير إلى أن الكوكب في نهاية عملية تكوينه.”

يمتلئ نظام PDS 70 الجديد بقرص من الغاز والغبار البدائي الذي يوفر الوقود لتغذية نمو الكواكب في جميع أنحاء النظام. الكوكب PDS 70b محاط بقرص الغاز والغبار الخاص به الذي يسحب المواد من القرص المحيطي الأكبر بكثير. يفترض الباحثون أن خطوط المجال المغناطيسي تمتد من قرص الكوكب إلى الغلاف الجوي للكواكب الخارجية وتحمل المواد عبر سطح الكوكب.

وأوضح تشو أنه “إذا كانت هذه المادة تتبع أعمدة القرص على الكوكب ، فإنها ستسبب بقعًا محلية ساخنة”. ويمكن أن تكون هذه النقاط الساخنة أعلى بعشر مرات على الأقل من درجة حرارة كوكب الأرض. تم العثور على هذه الصفائح الساخنة تتوهج بشدة في الضوء فوق البنفسجي.

صورة بوصلة PDS 70. ائتمانات: جوزيف ديباسكوال (STScI)

تقدم هذه الملاحظات لمحة عن كيفية تشكل الكواكب الغازية العملاقة حول شمسنا قبل 4.6 مليار سنة. قد يتراكم كوكب المشتري على قرص محيط من المادة المعصومة. قد تكونت أقماره الرئيسية أيضًا من بقايا هذا القرص.

كان التحدي الذي واجه الفريق هو التغلب على وهج النجم من الوالدين. يدور PDS 70b تقريبًا على نفس المسافة مثل أورانوس من الشمس ، لكن نجمه أكثر سطوعًا بمقدار 3000 مرة من الكوكب عند الأطوال الموجية للأشعة فوق البنفسجية. بينما كان تشو يعالج الصور ، أزال بعناية الوهج من النجم ليترك فقط الضوء المنبعث من الكوكب. من خلال القيام بذلك ، قام بتحسين حدود المسافة التي يمكن أن يبتعد بها كوكب عن نجمه في ملاحظات هابل بمقدار خمسة أضعاف.

وأضاف بولر: “بعد 31 عامًا من الإطلاق ، ما زلنا نبحث عن طرق جديدة لاستخدام هابل”. ستفتح استراتيجية المراقبة وتقنية ما بعد المعالجة في Yifan نوافذ جديدة لدراسة أنظمة مماثلة ، إن لم يكن نفس النظام ، مرارًا وتكرارًا مع Hubble. من خلال الملاحظات المستقبلية ، يمكننا معرفة متى تسقط غالبية الغاز والغبار على كواكبهم ، وما إذا كان هذا يحدث بمعدل ثابت.

تم نشر نتائج الباحثين في أبريل 2021 في المجلة الفلكية.

المرجع: “تلسكوب هابل الفضائي للأشعة فوق البنفسجية وقياسات Hα لانبعاثات التراكم الزائدة من الكوكب العملاق الشاب PDS 70 b” بواسطة Yifan Zhou و Brendan P. Bowler و Kevin R. Wagner و Glenn Schneider و Dániel Apai و Adam L. Kraus و Laird M . Close ، جريجوري جيه هيرشيج ومين فانج ، 29 أبريل 2021 ، المجلة الفلكية.
DOI: 10.3847 / 1538-3881 / abeb7a

تلسكوب هابل الفضائي هو مشروع تعاون دولي بين وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية (وكالة الفضاء الأوروبية). يدير التلسكوب مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت بولاية ماريلاند. يجري معهد علوم تلسكوب الفضاء (STScI) في بالتيمور بولاية ماريلاند عمليات علمية في هابل. يتم تشغيل STScI لصالح وكالة ناسا من قبل اتحاد جامعات الأبحاث الفلكية في واشنطن العاصمة