اكتشف فريق بقيادة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا دليلاً على وجود تأثير عملاق في نظام النجوم HD 17255 القريب ، حيث من المحتمل أن يصادم كوكب بحجم الأرض على الأرض ومُصادم أصغر على الأقل منذ 200 ألف عام ، مما أدى إلى تمزيق جزء من الغلاف الجوي للكوكب. الائتمان: مارك أ.جارليك
من المحتمل أن تكون مثل هذه التكسارات الكوكبية شائعة في الأنظمة الشمسية الفتية ، لكن لم يتم رصدها بشكل مباشر.
عادة ما تعاني أنظمة الكواكب الشابة من آلام شديدة في النمو حيث تصطدم أجسام الأطفال وتندمج لتشكل كواكب أكبر بشكل متزايد. في نظامنا الشمسي ، يُعتقد أن الأرض والقمر نتاج هذا النوع من الاصطدامات العملاقة. يفترض علماء الفلك أن مثل هذه الانكسارات يجب أن تكون شائعة في الأنظمة المبكرة ، لكن كان من الصعب ملاحظتها حول النجوم الأخرى.
الآن علماء الفلك معوجامعة أيرلندا الوطنية في غالواي وجامعة كامبريدج وأماكن أخرى كشفت عن أدلة على وقوع اصطدام عملاق في نظام نجمي قريب ، على بعد 95 سنة ضوئية فقط من الأرض. يبلغ عمر النجم ، المسمى HD 172555 ، حوالي 23 مليون عام ، ويشتبه العلماء في أن غباره يحمل آثار اصطدام حديث.
لاحظ الفريق بقيادة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أدلة جديدة على تأثير عملاق حول النجم. لقد توصلوا إلى أن الاصطدام قد حدث على الأرجح بين كوكب أرضي بحجم الأرض تقريبًا ومُصادم أصغر قبل 200000 عام على الأقل ، بسرعة 10 كيلومترات في الثانية ، أو أكثر. 22000 ميل في الساعة.
الأهم من ذلك ، أنهم اكتشفوا غازًا يشير إلى أن مثل هذا التأثير السريع من المحتمل أن يجرف جزءًا من الغلاف الجوي للكوكب الأكبر – وهو حدث مثير من شأنه أن يفسر الغاز والغبار المرصود حول النجم. النتائج المنشورة اليوم في الطبيعة، تمثل أول اكتشاف من هذا القبيل.
يقول المؤلف الرئيسي تاجانا شنايدرمان ، طالب دراسات عليا في قسم علوم الأرض والغلاف الجوي والكواكب من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “هذه هي المرة الأولى التي نكتشف فيها هذه الظاهرة ، وهي ظاهرة الغلاف الجوي للكواكب الأولية العارية أثناء اصطدام عملاق”. “الجميع مهتم برؤية تأثير هائل لأننا نتوقع أن يكون شائعًا ، لكن ليس لدينا دليل في الكثير من الأنظمة على ذلك. لدينا الآن نظرة ثاقبة إضافية على هذه الديناميات.
إشارة واضحة
كان النجم HD 172555 موضع دسيسة بين علماء الفلك بسبب التكوين غير المعتاد لغباره. أظهرت الملاحظات في السنوات الأخيرة أن غبار النجوم يحتوي على كميات كبيرة من المعادن غير العادية ، في حبيبات أدق بكثير مما قد يتوقعه علماء الفلك من قرص الحطام النجمي النموذجي.
يوضح شنايدرمان: “بسبب هذين العاملين ، اعتبر HD 172555 هذا النظام الغريب”.
تساءلت هي وزملاؤها عما قد يكشفه الغاز عن تاريخ تأثير النظام. قاموا بمراجعة البيانات التي تم جمعها بواسطة ألما، مصفوفة Atacama Large Millimeter في تشيلي ، والتي تشتمل على 66 تلسكوبًا لاسلكيًا يمكن تعديل تباعدها لزيادة أو تقليل دقة صورها. فحص الفريق البيانات الموجودة في أرشيفات ALMA العامة ، بحثًا عن علامات أول أكسيد الكربون حول النجوم القريبة.
يوضح شنايدرمان قائلاً: “عندما يرغب الناس في دراسة الغاز في أقراص الحطام ، يكون أول أكسيد الكربون عادةً الأكثر لمعانًا ، وبالتالي يسهل العثور عليه”. “لذا نظرنا إلى بيانات أول أكسيد الكربون لـ HD 172555 مرة أخرى لأنه كان نظامًا مثيرًا للاهتمام. “
التالي
من خلال إعادة التحليل الدقيق ، تمكن الفريق من اكتشاف أول أكسيد الكربون حول النجم. عندما قاموا بقياس وفرة الغاز ، وجدوا أن الغاز يشكل 20٪ من أول أكسيد الكربون الموجود فيه كوكب الزهرة‘الغلاف الجوي. ولاحظوا أيضًا أن الغاز يدور بكميات كبيرة ، بالقرب من النجم بشكل مدهش ، في حوالي 10 وحدات فلكية ، أو 10 أضعاف المسافة بين الأرض والشمس.
يوضح شنايدرمان أن “وجود أول أكسيد الكربون بهذا القرب يتطلب بعض التفسير”.
هذا لأن أول أكسيد الكربون معرض بشكل عام للانفصال الضوئي ، وهي عملية تتفكك فيها الفوتونات من النجم وتدمر الجزيء. من مسافة قريبة ، عادة ما يكون هناك القليل جدًا من أول أكسيد الكربون بالقرب من النجم. وهكذا اختبرت المجموعة سيناريوهات مختلفة لشرح المظهر الوفير والقريب للغاز.
سرعان ما استبعدوا سيناريو يأتي فيه الغاز من حطام نجم حديث التكوين ، بالإضافة إلى سيناريو يتم فيه إنتاج الغاز بواسطة حزام قريب من الكويكبات الجليدية. كما تصوروا سيناريو ينبعث فيه الغاز من العديد من المذنبات الجليدية من حزام كويكبات بعيد ، على غرار حزام كويبر الخاص بنا. لكن البيانات لم تتناسب تمامًا مع هذا السيناريو أيضًا. كان السيناريو الأخير الذي نظر فيه الفريق هو أن الغاز كان جزءًا من تأثير عملاق.
يوضح شنايدرمان: “من بين جميع السيناريوهات ، هذا هو السيناريو الوحيد الذي يمكنه شرح جميع خصائص البيانات”. “في الأنظمة في هذا العصر ، نتوقع حدوث تأثيرات عملاقة ، ونتوقع أن تكون التأثيرات العملاقة شائعة جدًا حقًا. يتم ترتيب المقاييس الزمنية ، ويتم ترتيب العمر ، ويتم ترتيب القيود المورفولوجية والتركيبية. العملية الوحيدة المعقولة التي يمكن أن تنتج أول أكسيد الكربون في هذا النظام في هذا السياق هي تأثير هائل. “
يقدر الفريق أن الغاز قد انطلق من اصطدام عملاق حدث قبل 200 ألف عام على الأقل ، وهو حديث بما يكفي بحيث لم يكن لدى النجم الوقت لتدمير الغاز بالكامل. بناءً على وفرة الغاز ، من المحتمل أن يكون التأثير هائلاً ، حيث يشمل كوكبين أوليين ، من المحتمل أن يقارن حجمهما بالأرض. كان التأثير كبيرًا لدرجة أنه أدى على الأرجح إلى تفجير جزء من الغلاف الجوي للكوكب ، على شكل الغاز الذي لاحظه الفريق اليوم.
يقول شنايدرمان: “توجد الآن فرصة للعمل في المستقبل خارج هذا النظام”. “نظهر أنه إذا وجدت أول أكسيد الكربون في موقع وتشكل متوافق مع تأثير عملاق ، فإنه يوفر وسيلة جديدة للبحث عن التأثيرات العملاقة وفهم كيفية تصرف الحطام بعد ذلك.”
يقول هيلك شليشتينغ ، أستاذ علوم الأرض والكواكب والفضاء في جامعة كاليفورنيا ، لوس أنجلوس ، “الأمر المثير بشكل خاص حول هذا العمل ، في رأيي ، هو أنه يوضح أهمية فقدان الغلاف الجوي بسبب التأثيرات العملاقة”. لا تشارك في البحث. “كما أنه يفتح إمكانية دراسة تكوين الغلاف الجوي للكواكب خارج الطاقة الشمسية التي تخضع لتأثيرات عملاقة ، والتي يمكن أن تساعد في نهاية المطاف في إلقاء الضوء على الظروف الجوية للكواكب الأرضية خلال مرحلة تأثيرها العملاق.”
المرجع: “غاز أول أكسيد الكربون الناتج عن تأثير عملاق في المنطقة الداخلية لنظام شاب” بقلم تاجانا شنايدرمان ، ولوكا ماترا ، وآلان ب.جاكسون ، وغرانت إم كينيدي ، وكوينتين كرال ، وسيباستيان مارينو ، وكارين آي أوبرغ ، وكيت يل. سو ، ديفيد ج.ويلنر ومارك سي وايت ، 20 أكتوبر 2021 ، الطبيعة.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03872-x
تم دعم هذا البحث جزئيًا من قبل مرصد ALMA ومؤسسة Simons.
