هل وجد علماء الفلك أول كوكب خارج مجرتنا؟ إنه معقد

تبدو مجرة ​​الدوامة ، التي تبعد حوالي 28 مليون سنة ضوئية عن الأرض ، إلى تلسكوباتنا مثل إعصار كوني مليء بالأحجار الكريمة المتلألئة. تتفرع أذرع ضخمة نحيفة من وسط ويرلبول ، المعروف أيضًا باسم M51. تحيا فيها النجوم الشابة ، وتتوسع النجوم القديمة وتنتهي وتنفجر.

في عام 2012 ، رصد مرصد تشاندرا التابع لناسا ، الذي يرى السماء بالأشعة السينية ، وميضًا غريبًا قادمًا من المجرة. انقطع مصدر الأشعة السينية في أحد أذرع ويرلبول لمدة ساعتين تقريبًا قبل أن ينبض بالحياة فجأة. هذا ليس بالأمر الغريب بالنسبة لمصادر الأشعة السينية في الكون. بعضها ينفجر ، والبعض الآخر يتلاشى بشكل دوري.

انبثق هذا المصدر الخاص من “ثنائي الأشعة السينية” ، المعروف باسم M51-ULS-1 ، وهو في الواقع جسمان: شركاء الرقص الكوني الذين كانوا يتجولون حول بعضهم البعض لفترات طويلة من المحتمل أن تكون مليار سنة. أحد هذه الأجسام هو إما ثقب أسود أو نجم نيوتروني ، والآخر يمكن أن يكون نجمًا كبيرًا شديد السطوع يُعرف باسم “العملاق الأزرق”.

عندما ألقى علماء الفلك نظرة فاحصة على إشارة الأشعة السينية للزوج ، بدأوا في الشك في أن سبب التعتيم ربما كان شيئًا لم نشهده من قبل: عالم خارج مجرة ​​درب التبانة منع الأشعة السينية لفترة وجيزة من الوصول مناظيرنا. أطلق عليها الفريق اسم “كوكب إضافي”.

فريق بحث بقيادة عالمة الفلك روزان دي ستيفانو ، من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية ، نشر تفاصيل فرضيتهم في مجلة Nature Astronomy في 25 أكتوبر. أظهرت دراستهم أن وميض الأشعة السينية الذي اكتشفه تشاندرا ربما كان ناتجًا عن كوكب ، بحجم زحل ، يمر أمام M51-ULS-1.

يُطلق على الكوكب الخارجي المرشح اسم “M51-1” ويُعتقد أنه يدور حول مضيفه الثنائي على مسافة قريبة من مدار أورانوس حول شمسنا.

في حين أن العديد من مصادر المعلومات قد دافعت عن الاكتشاف باعتباره “أول كوكب يتم اكتشافه خارج مجرة ​​درب التبانة” ، لا توجد طريقة لتأكيد الاكتشاف. على الأقل ، ليس لبضعة عقود ، عندما يُفترض أن يقوم الكوكب المقترح بعبور ثنائي آخر. يقول دي ستيفانو إن الفريق صمم أجسامًا أخرى يمكن أن تنتج قاع الأشعة السينية ، لكنها فشلت. ومع ذلك ، تشير إلى أن هذا ليس كشفًا مؤكدًا.

يقول دي ستيفانو: “لا يمكننا التظاهر بأنه كوكب بالفعل ، لكننا ندعي أن النموذج الوحيد الذي يطابق جميع البيانات … هو النموذج المرشح للكوكب”.

في حين أن علماء الفلك الآخرين متحمسون لاستخدام الأشعة السينية كوسيلة لاكتشاف العوالم البعيدة ، فإنهم ليسوا مقتنعين بأن فريق دي ستيفانو كان قادرًا على استبعاد الأجسام الأخرى مثل النجوم الفاشلة الكبيرة المعروفة باسم الأقزام البنية أو أصغر ، برودة النجوم M.

يقول بنجامين بوب ، عالم الفيزياء الفلكية الذي يدرس الكواكب الخارجية في الجامعة: “إما أنه كوكب خارجي غير متوقع تمامًا تم اكتشافه على الفور تقريبًا في كمية صغيرة من البيانات ، أو أنه شيء شائع جدًا أو متنوع في الحديقة”.

البحث عن عوالم خفية

بحث علماء الفلك في السماء على مدى عقود ، بحثًا عن كواكب خارج نظامنا الشمسي. يعود أول اكتشاف مؤكد لكوكب خارج المجموعة الشمسية إلى عام 1992 عندما كان هناك جثتان أو أكثر تم اكتشافه حول النجم النيوتروني الذي يدور بسرعة PSR1257 + 12.

قبل هذه الاكتشافات الأولى ، كان البشر يتخيلون في الغالب كواكب مشابهة جدًا لتلك التي اعتدنا عليها في رياض الأطفال. الكواكب الصخرية مثل الأرض والمريخ ، عمالقة الغاز مثل المشتري ، وعوالم أصغر مثل بلوتو ، بعيدة عن الشمس. منذ عام 1992 ، أثبتت أفكارنا أنها خالية تمامًا من الخيال.

الكواكب الخارجية هي حقًا خارج كوكب الأرض عوالم ذات خصائص غريبة للغاية. هناك ال كوكب حيث تمطر الحديد، المشتري العملاق الذي يدور حول نجمه الأصلي في مدار بيضاوي الشكل، أ كوكب “عاري” في صحراء نبتون وأطنان من الأرض الفائقة التي تبدو وكأنها منزل ، محتقنة قليلاً. يستمر اكتشاف العشرات من العوالم الغريبة والجديدة بواسطة تلسكوبات قوية للبحث عن الكواكب كل عام.

لكن كل هذه العوالم تقع حتى الآن في مجرة ​​درب التبانة.

من المحتمل جدًا (في الواقع ، شبه مؤكد) أن الكواكب موجودة خارج مجرتنا – لم نتمكن من اكتشافها بعد. أقرب جيراننا من المجرة ، أندروميدا ، يبعد حوالي 2.5 مليون سنة ضوئية. أبعد كوكب خارج المجموعة الشمسية اكتشفناه على بعد 28000 سنة ضوئية فقط من الأرض ، وفقًا لكتالوج الكواكب الخارجية من وكالة ناسا.

إن العثور على كواكب خارج النظام الشمسي ليس بالأمر السهل ، حيث يمر الضوء بشكل أقل وأقل عبر الكون إلى تلسكوباتنا. نادرًا ما “يرى” علماء الفلك كوكبًا خارج المجموعة الشمسية مباشرةً. هذا لأن الضوء الساطع من نجم في أنظمة الكواكب القريبة يحجب عادة أي كواكب قد تدور حوله.

من أجل “رؤيتهم” ، يجب على الفلكيين حجب أشعة النجم. تم العثور على أقل من 2٪ من الكواكب الخارجية في كتالوج ناسا المؤلف من 4538 شخصًا بهذه الطريقة ، المعروفة باسم “التصوير المباشر”.

لكن الطريقة الناجحة للغاية ، والتي تمثل أكثر من 3000 عملية رصد للكواكب الخارجية ، تُعرف باسم طريقة “العبور”. يوجه علماء الفلك تلسكوباتهم نحو النجوم ، ثم ينتظرون حدوث انخفاض دوري في سطوعها. إذا كان لهذه الأحواض إيقاعًا منتظمًا ، فيمكنها أن تمثل كوكبًا ، يتحرك حول النجم ، ومن منظورنا على الأرض ، يتفوق بشكل دوري على مضيفه الناري. إنها نفس فكرة كسوف الشمس ، عندما يمر القمر مباشرة أمام شمسنا وينزل الظلام على الأرض.

كانت هذه الطريقة ضرورية لاكتشاف M51-1. ومع ذلك ، بدلاً من اكتشاف الانخفاضات في الضوء المرئي (شكل من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي) ، رأى الفريق انخفاضًا في الأشعة السينية (شكل مختلف من الإشعاع الكهرومغناطيسي). نظرًا لأن هذه الأشعة السينية كانت تنبثق من منطقة صغيرة نسبيًا ، كما يقول دي ستيفانو ، يبدو أن الكوكب العابر قادر على حجب معظمها أو كلها.

M51-1

إذا كان M51-1 كوكبًا ، يعتقد فريق Di Stefano أنهم ربما عاشوا حياة مضطربة.

يرتبط ارتباطًا جاذبيًا بثنائي الأشعة السينية M51-ULS-1 ، والذي يقول فريق دي ستيفانو إنه يتكون من ثقب أسود أو نجم نيوتروني يدور حول نجم عملاق. في رقصة الألفية بين الاثنين ، قام الثقب الأسود أو النجم النيوتروني بسحب كتلة العملاق الفائق. هذه الكتلة ، المكونة من الغبار والغاز الساخن ، تتحرك باستمرار حول الثقب الأسود / النجم النيوتروني فيما يسمى بقرص التراكم. يصدر هذا القرص الساخن الأشعة السينية التي اكتشفها شاندرا.

مناطق الفضاء حول ثنائيات الأشعة السينية هي أماكن عنيفة ، وهذا القرص لا يصدر أشعة سينية بشكل ثابت. في بعض الأحيان ، يبدو أن الأشعة السينية تنفجر لساعات ، لكن من الصعب تحديد السبب. يقول دنكان جالواي ، عالم الفيزياء الفلكية في جامعة موناش التي تدرس النجوم النيوترونية ثنائيات. .

أحد المعتقدات هو أن التعتيم يمكن أن ينتج عن بعض الغاز الساخن والغبار في النظام الذي يحجب الإشارة. يقول دي ستيفانو إن الأمر ليس كذلك ، لأن الغاز والغبار سيقدمان إشارة مختلفة. “أثناء تجاوزك لمصدر الأشعة السينية ، يبدأ بعض الضوء من المصدر في التفاعل مع المناطق الخارجية للسحابة ، مما ينتج عنه توقيع طيفي مميز” ، كما تلاحظ.

الاحتمال الآخر هو أن تدرج الأشعة السينية سببه أنواع مختلفة من النجوم التي تحجب رؤيتنا. يظهر نوع واحد ، يُعرف باسم القزم البني ، عندما يفشل النجم في أن يضيء بشكل صحيح. نوع آخر ، وهو M dwarf ، هو نوع شائع من النجوم يشار إليه أحيانًا باسم “القزم الأحمر”. ولكن نظرًا لعمر نظام M51-ULS-1 ، يعتقد فريق Di Stefano أن هذه الأجسام ستكون أكبر بكثير من الجسم الذي اكتشفوه.

قام فريق دي ستيفانو بتشغيل العديد من النماذج لاستكشاف سيناريوهات مختلفة لشرح سبب خروج مصدر الأشعة السينية. في النهاية ، قالت ، إنه كوكب بحجم زحل يبدو أنه يتطابق مع أفضل ما يرونه.

يقول دي ستيفانو: “كان النموذج المرشح للكوكب هو آخر نموذج صامد ، إذا جاز التعبير”.

البابا أقل اقتناعا. يقول: “أنا شخصياً لن أراهن على أنه كوكب”. “في رأيي ، من المحتمل أنه رفيق ممتاز أو شيء غريب يحدث في القرص.”

ثق بالعملية

ليست هذه هي المرة الأولى التي يُجرف فيها مرصد تشاندرا التابع لوكالة ناسا اكتشافًا محتملًا لـ “خارج كوكب الأرض”. لدراسة كيفية “انحناء” الإشعاع القادم من النجوم البعيدة بفعل الجاذبية ، وهي تقنية تُعرف باسم العدسات الدقيقة، يعتقد علماء الفلك في جامعة أوكلاهوما أنهم اكتشفوا الآلاف من الكواكب خارج المجرة في عام 2018. وقد ادعت الدراسات السابقة العثور على أدلة على وجود كواكب خارج المجرة في مجرة ​​المرأة المسلسلة.

كان علماء فلك آخرون متشككين أيضًا في هذه الاكتشافات. تم التعبير عن نفس الشكوك في حالة M51-1. وفوق كل شيء ، هذا طبيعي جدا.

إنها العملية العلمية في العمل. دافع فريق دي ستيفانو عن قضيته: M51-1 كوكب خارج المجرة. الآن هناك المزيد من العمل الذي يتعين القيام به. لن يكون التأكيد على أن M51-1 كوكبيًا ممكنًا حتى يتم عبور ثنائي آخر للأشعة السينية خلال عدة عقود ، ولكن هناك طرقًا أخرى لعلماء الفلك للتحقق من نتائجهم.

يلاحظ بوب أنه إذا وجدنا أنظمة مماثلة في مجرة ​​درب التبانة ، فسنكون قادرين على التتبع باستخدام التلسكوبات البصرية وفهم أفضل لما قد يحدث في هذه الأنواع من الأنظمة.

نحن نعلم أنه لا بد من وجود كواكب خارج مجرة ​​درب التبانة ، وبالتالي سيكتشفها البشر في النهاية. بالنسبة لغالواي ، الدراسة مثيرة ليس بسبب ما جعل القطرة الثنائية للأشعة السينية ساطعة ، ولكن بسبب ما سيحدث بعد ذلك.

“الأمر المثير حقًا هو أنه قد تكون هناك أحداث إضافية في بيانات أخرى ، لذلك لدينا الآن دافع حيث يمكننا الذهاب والبحث عنها” ، كما يقول.

يوافق دي ستيفانو على ذلك ، على أمل أن يجلب المنشور آخرين إلى هذا النوع من البحث. وتقول إن الفريق يعمل بجد ، ويدرس السماء لثنائيات الأشعة السينية الأخرى التي قد تظهر تدرجات متشابهة.

وتشير إلى أنه “في النهاية ، سيكون أفضل إثبات هو اكتشاف المزيد من الكواكب”.