اكتشف العلماء أن بعض الكواكب قد تهاجر إلى قلب نظامها الكوكبي في وقت مبكر جدًا من حياتها، وهو ما قد يفسر عدم وجود كواكب يبلغ عرضها ضعف عرض الأرض تقريبًا.
على مر السنين، تمكن العلماء من مراقبة العديد من الكواكب الخارجية الأصغر أو الأكبر من الأرض، لكن الكواكب التي يتراوح حجمها بين 1.6 و2.2 مرة حجم عالمنا نادرة نسبيًا. على وجه الخصوص، يبدو أن الكواكب الخارجية التي تم تعريفها على أنها أرض فائقة أو نبتون صغيرة مفقودة في الفضاء. يتم تصنيفها على هذا النحو إذا كانت أكبر قليلاً من ضعف حجم كوكبنا، ولكنها لا تزال أصغر من العملاق الجليدي نبتون.
ومن ثم يُعرف غياب هذه الكواكب باسم “وادي الأشعة” أو “فجوة الأشعة” وقد أثار قلق العلماء لفترة طويلة.
لكن الآن، تشير الأبحاث الجديدة إلى أن الكواكب الأرضية الفائقة والكواكب الصغيرة “المفقودة” ربما اتخذت ببساطة طرقًا مختلفة للخروج من وادي الأشعة.
وقال ريمو بيرن، خبير الكواكب الخارجية في معهد ماكس بلانك في برلين لعلم الفلك: “قبل ستة أعوام، كشف تحليل جديد لبيانات تلسكوب كيبلر الفضائي عن نقص في الكواكب الخارجية التي يبلغ حجمها نحو نصف قطر الأرض”. قال في بيان.
متعلق ب: مفاجأة! يمكن أن تبدو الكواكب الخارجية الصغيرة مثل حلوى Smarties بدلاً من أن تكون كروية
لقد عرف العلماء منذ سنوات عديدة أن الكواكب يمكن أن تتحرك نحو نجومها الأم أو بعيدًا عنها بعد أن تتشكل، لكن ما لم يكن معروفًا سابقًا هو مدى فعالية هذه الهجرة في تكوين نصف قطر الوادي.
وفقًا لبيرن، فإن التفسير الأكثر شيوعًا للوادي يتعلق بحقيقة أن النجوم تشع الكواكب التي تحيط بها عن كثب، مما يجرد الغلاف الجوي من تلك العوالم ويتسبب في انكماشها. لكن هذه النظرية في حد ذاتها لا تبدو مرضية بالنسبة له. وأوضح أن “هذا التفسير يتجاهل تأثير هجرة الكواكب”.
لذلك قاد بيرن فريقًا من الباحثين الذين شرعوا في تحديد ما إذا كانت هجرة الكواكب يمكن أن تكمل التفسير القياسي وتشرح بشكل أكبر سبب ملاحظة عدد قليل جدًا من الكواكب الأرضية الفائقة ونبتون الصغيرة التي تدور بالقرب من نجومها.
تتقلص الكواكب الأرضية العملاقة بينما تنمو الكواكب الفرعية
ونظرًا لأن الكوكبين اللذين يشغلان فجوة نصف القطر، وهما الأرض الفائقة ونبتون الصغيرة، غائبان عن النظام الشمسي، فلا يستطيع العلماء دراستهما عن كثب. ومع ذلك، فإن الباحثين واثقون إلى حد ما من أن الكواكب الأرضية الفائقة هي كواكب صخرية أو أرضية، في حين أن خصائص الكواكب الصغيرة نبتون أقل تأكيدًا بكثير.
ما يتفق عليه العلماء أيضًا هو أن الكواكب الصغيرة نبتون، والمعروفة أيضًا باسم نبتونات فرعية، يجب أن يكون لها غلاف جوي يتجاوز بكثير غلاف الكواكب الصخرية.
أراد بيرن والفريق معرفة ما إذا كانت هذه الحقيقة يمكن أن تلعب دورًا في إنشاء وادي الأشعة، وما إذا كان وجود هذا الوادي في حد ذاته يمكن أن يشير إلى تكوينات وتطورات مختلفة جدًا لكواكب الأرض الفائقة والأرض الصغيرة، مثل نبتون.
ومن خلال إعادة تحليل المحاكاة التي أجراها الفريق في عام 2020، أخذ بيرن وزملاؤه في الاعتبار العمليات التي تحدث في أقراص الغاز والغبار المحيطة بالنجوم الشابة والتي تولد كواكب جديدة، مع نشوء أغلفة جوية وهجرة الكواكب.
كان من الضروري بالنسبة للمحاكاة وتطوير حل محتمل لنصف قطر الوادي – والذي يأخذ في الاعتبار أيضًا هجرة الكواكب – فهم كيفية عمل المياه عبر نطاق واسع من الضغوط ودرجات الحرارة. في الواقع، تسمح هذه المعلمات بحساب أكثر واقعية لسلوك الكواكب النبتونية الفرعية.
وقال توماس هينينج، عضو الفريق ومدير MPIA، في البيان الصحفي: “من اللافت للنظر كيف تؤثر الخصائص الفيزيائية على المستويات الجزيئية، كما في هذه الحالة، على العمليات الفلكية واسعة النطاق مثل تكوين الأجواء الكوكبية”.
وجد الفريق أن التحرك نحو النجم الأم كان له تأثيرات مختلفة بشكل كبير على كواكب الأرض الفائقة وكواكب نبتون الصغيرة.
تولد نبتونات الصغيرة بعيدًا عن نجومها الأم، في المناطق الخارجية الجليدية لنظامها. وبينما تبقى بعض هذه الكواكب في مكان الميلاد هذا، وتتلقى جرعات منخفضة من الإشعاع من نجمها، فإن كواكب نبتون الصغيرة التي تهاجر نحو الداخل نحو نجمها ستشهد ذوبان المواد الجليدية، كما أدرك الفريق.
وهذا من شأنه أن يخلق جوًا مائيًا سميكًا حول هذه الكواكب الخارجية، وبالتالي زيادة أنصاف أقطارها وتحويل عرضها إلى ما هو أبعد من الكواكب الموجودة داخل فجوة نصف القطر. وهذا ممكن لأن الملاحظات الحالية للعوالم خارج النظام الشمسي لا يمكنها التمييز بين الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية والأجزاء الصلبة عند حساب العرض. ويقدر العلماء أن هذا التأثير يسبب ذروة الكواكب الخارجية 2.4 مرة أكبر من الأرض.
من ناحية أخرى، فإن الكواكب الأرضية الفائقة التي تهاجر نحو نجمها المضيف أو التي تولد قريبة جدًا، سيتم تجريد غلافها الجوي بسبب الإشعاع المكثف لنجومها. وهذا من شأنه أن يجبر العوالم على فقدان غلافها الجوي وتصبح أصغر حجمًا. وفقًا للفريق، فإن هذا التأثير من شأنه أن يخلق نواة صخرية عارية ويتسبب في وصول حجم الكواكب الخارجية إلى الذروة عند 1.4 مرة فقط من عرض الأرض.
بعبارات بسيطة، هذا يعني أنه عندما تخرج كواكب نبتون الصغيرة من نصف قطر الوادي في اتجاه واحد، تخرج كواكب الأرض الفائقة من المخرج المعاكس. وتؤدي هاتان الآليتان إلى نقص عدد الكواكب التي يبلغ حجمها ضعف حجم الأرض تقريبًا.
يمكن لعمليات المحاكاة التي أجراها الفريق لكشف هذا اللغز أن يكون لها أيضًا تأثير في مجالات أخرى من علوم الكواكب الخارجية.
“إذا أردنا توسيع نطاق نتائجنا لتشمل المناطق الأكثر برودة، حيث يكون الماء سائلاً، فقد يشير هذا إلى وجود عوالم مائية ذات محيطات عميقة”، كما يقول عضو الفريق كريستوف مورداسين، رئيس قسم أبحاث علوم الفضاء والكواكب بجامعة برن. قال في الإصدار. “من الممكن أن تدعم مثل هذه الكواكب الحياة، وستشكل أهدافًا بسيطة نسبيًا لأبحاث العلامات الحيوية بفضل حجمها.”
نُشر بحث الفريق في 9 فبراير في مجلة Nature Astronomy.
