اكتشف كوكب خارجي عملاق غازي بكثافة الأرض مرتين: ScienceAlert

ترك كوكب خارج المجموعة الشمسية تم وزنه حديثًا علماء الفلك في حيرة شديدة.

بعد أخذ قياسات كوكب خارجي صغير جدًا بحجم كوكب المشتري يُدعى HD-114082b ، وجد العلماء أن خصائصه لا تتطابق تمامًا مع أي من النموذجين الشائعين لتشكيل كوكب عملاق غازي.

ببساطة ، إنها ثقيلة جدًا بالنسبة لعمرها.

“مقارنةً بالموديلات المقبولة حاليًا ، فإن HD-114082b كثيفة جدًا بمقدار ضعفين إلى ثلاثة أضعاف بالنسبة إلى عملاق الغاز الشاب الذي يبلغ من العمر 15 مليون عام فقط ،” تشرح عالمة الفيزياء الفلكية أولغا زاخزاي من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك في ألمانيا.

يدور حول نجم اسمه HD-114082 على بعد حوالي 300 سنة ضوئية ، كان الكوكب الخارجي موضوعًا لحملة مكثفة لجمع البيانات. يُعد HD-114082b ، الذي يبلغ عمره 15 مليون عام فقط ، أحد أصغر الكواكب الخارجية التي تم اكتشافها على الإطلاق ، ويمكن أن يؤدي فهم خصائصه إلى تقديم أدلة حول كيفية تشكل الكواكب – وهي عملية غير مفهومة تمامًا.

هناك حاجة إلى نوعين من البيانات لتوصيف شامل لكوكب خارج المجموعة الشمسية ، بناءً على تأثيره على نجمه المضيف. بيانات العبور هي تسجيل للطريقة التي يخفت بها ضوء النجم عندما يمر كوكب خارجي يدور أمامه. إذا عرفنا مدى سطوع النجم ، فإن هذا التعتيم الخافت يمكن أن يكشف عن حجم كوكب خارج المجموعة الشمسية.

بيانات السرعة الشعاعية ، من ناحية أخرى ، هي سجل لمدى تذبذب النجم في مكانه استجابة لسحب الجاذبية للكواكب الخارجية. إذا عرفنا كتلة النجم ، فإن اتساع تمايله يمكن أن يعطينا كتلة الكوكب الخارجي.

لما يقرب من أربع سنوات ، جمع الباحثون ملاحظات السرعة الشعاعية لـ HD-114082. باستخدام بيانات العبور والسرعة الشعاعية المجمعة ، قرر الباحثون أن HD-114082b له نفس نصف قطر كوكب المشتري – لكن كتلة كوكب المشتري تبلغ 8 أضعاف. وهذا يعني أن كثافة كوكب خارج المجموعة الشمسية تبلغ ضعف كثافة الأرض تقريبًا ، وحوالي 10 أضعاف كثافة كوكب المشتري.

حجم هذا الكوكب الخارجي الصغير وكتلته يعني أنه من غير المرجح أن يكون كوكبًا صخريًا كبيرًا للغاية ؛ الحد الأعلى لمن حولها 3 نصف قطر الأرض و 25 كتلة أرضية.

هناك أيضًا نطاق كثافة صغير جدًا في الكواكب الخارجية الصخرية. فوق هذا النطاق ، الجسم يصبح أكثر كثافة، وتبدأ جاذبية الكوكب في الاحتفاظ بجو مهم من الهيدروجين والهيليوم.

HD-114082b يتجاوز هذه المعلمات بشكل كبير ، مما يعني أنه عملاق غازي. لكن علماء الفلك لا يعرفون كيف حصل ذلك.

“نعتقد أن الكواكب العملاقة يمكن أن تتكون بطريقتين محتملتين ،” يقول عالم الفلك رالف لونهاردت MPIA. “كلاهما يحدث داخل قرص كوكبي أولي من الغاز والغبار موزعة حول نجم مركزي شاب.”

يُشار إلى الطريقتين باسم “البداية الباردة” أو “البداية الساخنة”. في البداية الباردة ، يُعتقد أن الكوكب الخارجي يتشكل ، حصاة تلو الأخرى ، من حطام في القرص الذي يدور حول النجم.

تنجذب القطع ، إلكتروستاتيكيًا أولاً ، ثم جاذبية. كلما زادت الكتلة ، زادت سرعة نموها ، حتى تصبح ضخمة بما يكفي لتحفيز التراكم الجامح للهيدروجين والهيليوم ، وهما أخف العناصر في الكون ، مما ينتج عنه غلاف غازي ضخم حول قلب صخري.

بالنظر إلى أن الغازات تفقد الحرارة عند سقوطها نحو قلب الكوكب وتشكل الغلاف الجوي ، فإنه يُنظر إليه على أنه خيار رائع نسبيًا.

تُعرف البداية الساخنة أيضًا باسم عدم استقرار القرص ، ويُعتقد أنها تحدث عندما تنهار منطقة دوامة من عدم الاستقرار في القرص مباشرة على نفسها بفعل الجاذبية. الجسم الناتج هو كوكب خارجي مكتمل التكوين وليس له قلب صخري ، حيث تحتفظ الغازات بقدر أكبر من حرارتها.

يجب أن تبرد الكواكب الخارجية التي تشهد بداية باردة أو بداية ساخنة بمعدلات مختلفة ، مما ينتج عنه خصائص مميزة يجب أن نكون قادرين على مراقبتها.

يقول الباحثون إن خصائص HD-114082b لا تتناسب مع نموذج البدء الساخن. حجمها وكتلتها أكثر اتساقًا مع التراكم الأساسي. ولكن حتى ذلك الحين ، لا تزال ضخمة جدًا بالنسبة لحجمها. إما أنه يحتوي على نواة غير عادية أو أن شيئًا آخر يحدث.

“من السابق لأوانه التخلي عن فكرة البداية الساخنة ،” يقول لونهاردت. “كل ما يمكننا قوله هو أننا ما زلنا لا نفهم جيدًا تكوين الكواكب العملاقة.”

الكواكب الخارجية هي واحدة من ثلاثة كوكبين نعرف أنها أصغر من 30 مليون سنة ، والتي حصل علماء الفلك من أجلها على قياسات نصف قطر وكتلة. حتى الآن ، يبدو أن الثلاثة جميعًا غير متوافقين مع نموذج عدم استقرار القرص.

من الواضح أن ثلاثة حجم عينة صغير جدًا ، لكن ثلاثة مقابل ثلاثة تشير إلى أنه ربما يكون التراكم الأساسي هو الأكثر شيوعًا بين الاثنين.

“في حين أن هناك حاجة إلى المزيد من هذه الكواكب لتأكيد هذا الاتجاه ، فإننا نعتقد أن المنظرين يجب أن يبدأوا في إعادة تقييم حساباتهم ،” زاخوزاي يقول.

“إنه لأمر مثير كيف تتغذى نتائج المراقبة لدينا في نظرية تكوين الكواكب. إنها تساعد في تحسين معرفتنا حول كيفية نمو هذه الكواكب العملاقة وتخبرنا أين تكمن فجوات فهمنا.”

تم نشر البحث في علم الفلك والفيزياء الفلكية.