“ضخم بشكل استثنائي” – اكتشف علماء الفلك كوكبًا لا ينبغي أن يكون موجودًا

اكتشف باحثون في ولاية بنسلفانيا كوكبًا ضخمًا بشكل غير عادي، LHS 3154b، يدور حول نجم قزم شديد البرودة. وهذا الاكتشاف، الذي يتناقض مع النظريات الحالية، يدفع إلى إعادة تقييم عمليات تكوين النجوم والكواكب.

إن اكتشاف كوكب ضخم جدًا بالنسبة لشمسه يتحدى ما كان يُعتقد سابقًا حول تكوين الكواكب ونظامها الشمسي، وفقًا لباحثين من ولاية بنسلفانيا.

في مقال نشر يوم 30 نوفمبر في المجلة علمأعلن باحثون عن اكتشاف كوكب أكبر كتلة من الأرض بأكثر من 13 مرة ويدور حول النجم “شديد البرودة” LHS 3154، وهو نفسه أقل كتلة من الشمس بتسع مرات. وتبلغ نسبة كتلة الكوكب المكتشف حديثا إلى نجمه المضيف أكثر من 100 مرة من كتلة الأرض والشمس.

هذا الفيديو عبارة عن عرض فني لنظام LHS 3154 الذي تم اكتشافه مؤخرًا، والذي يحتوي على كوكب أكبر بكثير بالنسبة لشمسه مما تتوقعه النماذج الحالية. الائتمان: أبيجيل هوب مينيش

التشكيك في النظريات الحالية

ويكشف الاكتشاف عن أضخم كوكب معروف في مدار قريب حول نجم قزم شديد البرودة، وهو أقل النجوم كتلة وأبرد النجوم في الكون. يتعارض هذا الاكتشاف مع ما تتنبأ به النظريات الحالية حول تكوين الكواكب حول نجوم صغيرة، ويمثل المرة الأولى التي يتم فيها رصد كوكب بهذه الكتلة العالية يدور حول نجم ضعيف الكتلة أيضًا.

قال سوفراث ماهاديفان، أستاذ علم الفلك والفيزياء الفلكية في ولاية بنسلفانيا والمؤلف المشارك في الدراسة، سوفراث ماهاديفان، أستاذ علم الفلك والفيزياء الفلكية في ولاية بنسلفانيا، سوفراث ماهاديفان: “هذا الاكتشاف يسلط الضوء حقًا على مدى ضآلة ما نعرفه عن الكون”. “لم نكن نتوقع وجود مثل هذا الكوكب الثقيل حول نجم منخفض الكتلة.”

عرض فني للمقارنة الجماعية بين نظام LHS 3154 وأرضنا وشمسنا. الائتمان: جامعة ولاية بنسلفانيا

تكوين النجوم والكواكب

وأوضح أن النجوم تتشكل من سحب كبيرة من الغاز والغبار. بمجرد تشكل النجم، يبقى الغاز والغبار كأقراص من المواد التي تدور حول النجم الوليد، والتي يمكن أن تتطور في النهاية إلى كواكب.

وقال ماهاديفان: “من غير المتوقع أن يمتلك القرص المكون للكوكب حول النجم منخفض الكتلة LHS 3154 كتلة صلبة كافية لتشكيل هذا الكوكب”. “لكنها موجودة بالفعل، لذا نحن بحاجة الآن إلى إعادة النظر في فهمنا لكيفية تشكل الكواكب والنجوم.”

يشرح الباحثون في ولاية بنسلفانيا سوفراث ماهاديفان وميغان ديلامير اكتشاف كوكب ضخم يدور حول نجم صغير. الائتمان: جامعة ولاية بنسلفانيا

الاكتشاف باستخدام HPF

اكتشف الباحثون الكوكب الكبير الحجم، المسمى LHS 3154b، باستخدام مطياف فلكي تم بناؤه في ولاية بنسلفانيا بواسطة فريق من العلماء بقيادة ماهاديفان. تم تصميم الأداة، التي تسمى “Habitable Zone Planet Finder” أو HPF، لاكتشاف الكواكب التي تدور حول نجوم أكثر برودة خارج نظامنا الشمسي مع احتمال وجود ماء سائل – وهو مكون رئيسي للحياة – على سطحها.

الكشف عن الكواكب المحيطة بالنجوم شديدة البرودة

وعلى الرغم من صعوبة اكتشاف مثل هذه الكواكب حول نجوم مثل شمسنا، إلا أن درجة الحرارة المنخفضة للنجوم شديدة البرودة تعني أن الكواكب القادرة على وجود ماء سائل على سطحها تكون أقرب بكثير إلى نجمها من حيث علاقتها بالأرض والشمس. وأوضح ماهاديفان أن هذه المسافة القصيرة بين هذه الكواكب ونجومها، بالإضافة إلى الكتلة المنخفضة للنجوم فائقة البرودة، تؤدي إلى ظهور إشارة يمكن اكتشافها تعلن عن وجود الكوكب.

“فكر في الأمر وكأن النجم هو نار المخيم. قال ماهاديفان: “كلما أصبحت النار أكثر برودة، كلما كان عليك الاقتراب منها لتبقى دافئًا”. “الأمر نفسه ينطبق على الكواكب. إذا كان النجم أكثر برودة، فيجب أن يكون الكوكب أقرب إلى ذلك النجم إذا كان ساخنًا بدرجة كافية لاحتواء الماء السائل. إذا كان لكوكب مدار قريب بدرجة كافية من نجمه فائق البرودة، فيمكننا اكتشافه من خلال ملاحظة تغير طفيف جدًا في لون طيف النجم أو ضوءه عندما يتم سحبه بواسطة كوكب يدور.

عرض فني للمنظر المحتمل لـ LHS 3154b تجاه نجمه المضيف منخفض الكتلة. ونظرًا لكتلته الكبيرة، فمن المحتمل أن يحتوي LHS 3154b على تركيبة مشابهة لتركيبة نبتون. الائتمان: ولاية بنسلفانيا

أهمية HPF

يقع HPF في تلسكوب Hobby-Eberly في مرصد ماكدونالد في تكساس، ويوفر بعض القياسات الأكثر دقة حتى الآن لإشارات الأشعة تحت الحمراء القادمة من النجوم القريبة.

قال غوموندور ستيفانسون: “كان الاكتشاف باستخدام HPF مميزًا للغاية، لأنه أداة جديدة قمنا بتصميمها وتطويرها وبنائها من الصفر بهدف مراقبة عدد الكواكب غير المستكشفة حول النجوم ذات الكتلة الأقل”. ناسا زميل ساجان في الفيزياء الفلكية جامعة برينستون والمؤلف الرئيسي للورقة، الذي ساهم في تطوير HPF وعمل في الدراسة كطالب دراسات عليا في ولاية بنسلفانيا. “نحن الآن نحصد الثمار، ونتعلم جوانب جديدة وغير متوقعة من هذه المجموعة المثيرة من الكواكب التي تدور حول بعض من أقرب النجوم.”

وقد وفرت الأداة بالفعل معلومات مهمة في الاكتشاف والتأكيد وأوضح ستيفانسون أن هناك كواكب جديدة، لكن اكتشاف الكوكب LHS 3154b فاق كل التوقعات.

إعادة النظر في نظريات تكوين الكوكب

وقالت ميغان ديلامير، وهي طالبة دراسات عليا في علم الفلك في ولاية بنسلفانيا ومؤلفة مشاركة: “استنادًا إلى أعمال المسح المستمرة باستخدام HPF والأدوات الأخرى، من المحتمل أن يكون جسم مثل ذلك الذي اكتشفناه نادرًا للغاية، لذلك كان اكتشافه مثيرًا حقًا”. الدراسة. ورق. “نظرياتنا الحالية حول تكوين الكواكب تكافح من أجل تفسير ما نلاحظه.”

وأوضح ديلامير أنه في حالة الكوكب الضخم المكتشف الذي يدور حول النجم LHS 3154، فإن قلب الكوكب الثقيل المستنتج من قياسات الفريق سيتطلب كمية أكبر من المواد الصلبة في القرص المكون للكوكب مما تتنبأ به النماذج الحالية. ويثير هذا الاكتشاف أيضًا تساؤلات حول المعرفة السابقة بتكوين النجوم، إذ من المتوقع أن تكون كتلة الغبار ونسبة الغبار/الغاز للقرص المحيط بالنجوم مثل LHS 3154 -عندما كانت صغيرة ومتشكلة حديثًا- أعلى بعشر مرات. مما لوحظ من أجل تشكيل كوكب ضخم مثل ذلك الذي اكتشفه الفريق.

وقال ماهاديفان: “ما اكتشفناه يشكل اختبارًا قاسيًا لجميع النظريات الموجودة حول تكوين الكواكب”. “هذا هو بالضبط ما بنينا HPF من أجله، لاكتشاف كيف تشكل النجوم الأكثر شيوعًا في مجرتنا الكواكب – والعثور على تلك الكواكب.”

إشارة إلى نبتون-كتلة كوكب خارجي في مدار قريب حول نجم منخفض الكتلة يتحدى نماذج التكوين “بقلم غوموندور ستيفانسون، سوفراث ماهاديفان، ياميلا ميغيل، بول روبرتسون، ميغان ديلامير، شوبهام كانوديا، كاليب آي كانياس، جوشوا إن وين، جو بي نينان، رايان سي. تيرين، راي هولكومب، إريك بي. فورد، بريانا زوادزكي، بريندان بي بولر، تشاد إف. بندر، ويليام دي. كوكران، سكوت ديدامز، مايكل إندل، كونور فريدريك، صامويل هالفرسون، فريد هارتي، غاري جيه هيل، أندريا إس جيه لين، أندرو جيه ميتكالف، أندرو مونسون، لورانس رامزي، أربيتا روي، كريستيان شواب، جايسون تي رايت، وجريجوري زيمان، 30 نوفمبر 2023، علم.
دوى: 10.1126/science.abo0233

مؤلفو ولاية بنسلفانيا الآخرون الذين ظهروا في المقال هم إريك فورد، وبريانا زوادزكي، وفريد ​​هارتي، وأندريا لين، ولورانس رامزي، وجيسون رايت. المؤلفون الآخرون لهذه الورقة هم جوشوا وين من جامعة برينستون، وياميلا ميغيل من جامعة ليدن، وبول روبرتسون من جامعة كاليفورنيا إيرفين، وراي هولكومب من جامعة كاليفورنيا، وشوبهام كانوديا من جامعة كاليفورنيا. معهد كارنيجي للعلومكاليب كانياس من مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا، وجو نينان من معهد تاتا للأبحاث الأساسية الهندي، وريان تيرين من كلية كارلتون، وبريندان باولر، ووليام كوكران، ومايكل إندل، وغاري هيل من جامعة تكساس في أوستن، وتشاد بندر من جامعة تكساس. أريزونا، سكوت ديدامز، كونور فريدريك وأندرو ميتكالف من جامعة كولورادو، صامويل هالفرسون من مختبر الدفع النفاث في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، أندرو مونسون من جامعة أريزونا، أربيتا روي من جامعة جونز هوبكنز، كريستيان شواب من جامعة ماكواري في أستراليا، وجريجوري زيمان من تلسكوب Hobby-Eberly في جامعة تكساس في أوستن.

تم تمويل هذا العمل من قبل مركز ولاية بنسلفانيا للكواكب الخارجية والعوالم الصالحة للسكن، واتحاد المنح الفضائية في بنسلفانيا، والإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء، والمؤسسة الوطنية للعلوم، ومؤسسة هايسينج سيمونز.