تلسكوب ويب الفضائي يكتشف الجزيئات الرئيسية على كوكب خارج المجموعة الشمسية K2-18 ب

تشير البيانات إلى وجود كوكب خارجي يمتلك سطح محيط سائلًا محتملًا

تم اكتشاف جزيئات حاملة للكربون في الغلاف الجوي للمنطقة الصالحة للسكن كوكب خارجي K2-18 b بواسطة فريق دولي من علماء الفلك باستخدام بيانات من ناسا‘س تلسكوب جيمس ويب الفضائي. تتوافق هذه النتائج مع وجود كوكب خارج المجموعة الشمسية قد يحتوي على سطح مغطى بالمحيطات تحت غلاف جوي غني بالهيدروجين. يوفر هذا الاكتشاف لمحة رائعة عن كوكب لا يشبه أي شيء في نظامنا الشمسي، ويثير آفاقًا مثيرة للاهتمام حول عوالم يحتمل أن تكون صالحة للحياة في أماكن أخرى من الكون.

تُظهر أطياف K2-18 b، التي تم الحصول عليها باستخدام جهاز Webb’s NIRISS (تصوير الأشعة تحت الحمراء القريبة ومرسم الطيف بدون شق) وNIRSpec (مقياس طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة)، وفرة من الميثان وثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للكوكب الخارجي، بالإضافة إلى اكتشاف محتمل لكوكب خارج المجموعة الشمسية. جزيء يسمى ثنائي ميثيل كبريتيد (DMS). إن اكتشاف الميثان وثاني أكسيد الكربون ونقص الأمونيا يدعم الفرضية القائلة بأنه قد يكون هناك محيط مائي تحت جو غني بالهيدروجين في K2-18 b. K2-18 b، كتلته 8.6 مرة كتلة الأرض، ويدور حول النجم القزم البارد K2-18 في المنطقة الصالحة للسكن ويقع على بعد 120 سنة ضوئية من الأرض. حقوق الصورة: ناسا، وكالة الفضاء الأوروبية، وكالة الفضاء الكندية، رالف كروفورد (STScI)، جوزيف أولمستيد (STScI)، نيكو مادهوسودان (IoA)

يكتشف ويب الميثان وثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي لـ K2-18 ب

كشف تحقيق جديد أجراه تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا عن كوكب K2-18 b، وهو كوكب خارجي يبلغ كتلته 8.6 مرة كتلة الأرض، عن وجود جزيئات حاملة للكربون بما في ذلك الميثان وثاني أكسيد الكربون. يضيف اكتشاف ويب إلى الدراسات الحديثة التي تشير إلى أن K2-18 b يمكن أن يكون كوكبًا خارج المجموعة الشمسية، وهو كوكب لديه القدرة على امتلاك غلاف جوي غني بالهيدروجين وسطح مغطى بالمحيط المائي.

جاءت أول نظرة ثاقبة لخصائص الغلاف الجوي لهذا الكوكب الواقع في المنطقة الصالحة للسكن من ملاحظات تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا، مما دفع إلى إجراء المزيد من الدراسات التي غيرت فهمنا للنظام منذ ذلك الحين.

يدور K2-18 b حول النجم القزم البارد K2-18 في المنطقة الصالحة للسكن ويقع على بعد 120 سنة ضوئية من الأرض في كوكبة الأسد. الكواكب الخارجية مثل K2-18 b، والتي تتراوح أحجامها بين أحجام الأرض و نبتون، لا تشبه أي شيء في نظامنا الشمسي. ويعني هذا النقص في وجود كواكب قريبة مكافئة أن هذه “الكواكب النبتونية الفرعية” غير مفهومة جيدًا، وأن طبيعة غلافها الجوي هي موضوع نقاش نشط بين علماء الفلك.

الآثار المترتبة على الحياة خارج المجموعة الشمسية

إن الاقتراح القائل بأن كوكب نبتون الفرعي K2-18 b يمكن أن يكون كوكبًا خارج المجموعة الشمسية هو أمر مثير للاهتمام، حيث يعتقد بعض علماء الفلك أن هذه العوالم هي بيئات واعدة للبحث عن أدلة للحياة على الكواكب الخارجية.

وأوضح نيكو مادهوسودان، عالم الفلك في جامعة كامبريدج والمؤلف الرئيسي للورقة التي أعلنت هذه النتائج: “تؤكد النتائج التي توصلنا إليها أهمية النظر في البيئات المتنوعة الصالحة للسكن عند البحث عن الحياة في مكان آخر”. “تقليديًا، ركز البحث عن الحياة على الكواكب الخارجية في المقام الأول على الكواكب الصخرية الأصغر، لكن عوالم هيسيان الأكبر حجمًا أكثر ملاءمة لملاحظات الغلاف الجوي.”

إن وفرة الميثان وثاني أكسيد الكربون، ونقص الأمونيا، تدعم الفرضية القائلة بأنه قد يكون هناك محيط مائي تحت جو غني بالهيدروجين في K2-18 b. قدمت ملاحظات ويب الأولية هذه أيضًا اكتشافًا محتملاً لجزيء يسمى ثنائي ميثيل كبريتيد (DMS). على الأرض، لا يتم إنتاج هذا إلا عن طريق الحياة. ينبعث الجزء الأكبر من DMS في الغلاف الجوي للأرض من العوالق النباتية في البيئات البحرية.

استنتاج DMS أقل قوة ويتطلب مزيدًا من التحقق من الصحة.

وأوضح مادهوسودان: “يجب أن تكون عمليات رصد ويب القادمة قادرة على تأكيد ما إذا كان DMS موجودًا بالفعل في الغلاف الجوي لـ K2-18 b بمستويات كبيرة”.

توصيف أجواء الكواكب الخارجية

في حين أن K2-18 b يقع في المنطقة الصالحة للسكن، ومن المعروف الآن أنه يؤوي جزيئات حاملة للكربون، فإن هذا لا يعني بالضرورة أن الكوكب يمكن أن يدعم الحياة. الحجم الكبير للكوكب – حيث يبلغ نصف قطره 2.6 مرة نصف قطر الأرض – يعني أن باطن الكوكب من المحتمل أن يحتوي على وشاح كبير من الجليد عالي الضغط، مثل نبتون، ولكن مع غلاف جوي أرق وغني بالهيدروجين وسطح محيطي. من المتوقع أن تحتوي عوالم هيسيان على محيطات من الماء. ومع ذلك، فمن الممكن أيضًا أن يكون المحيط ساخنًا جدًا بحيث لا يمكن أن يكون صالحًا للسكن أو سائلاً.

وأوضح عضو الفريق سوبهاجيت ساركار من جامعة كارديف: “على الرغم من أن هذا النوع من الكواكب غير موجود في نظامنا الشمسي، إلا أن الكواكب الفرعية نبتون هي النوع الأكثر شيوعًا من الكواكب المعروفة حتى الآن في المجرة”. “لقد حصلنا على الطيف الأكثر تفصيلاً للمنطقة الفرعية لنبتون الصالحة للسكن حتى الآن، وهذا سمح لنا بالتعرف على الجزيئات الموجودة في غلافه الجوي.”

يعد توصيف الأجواء للكواكب الخارجية مثل K2-18 b – مما يعني تحديد غازاتها وظروفها الفيزيائية – مجالًا نشطًا للغاية في علم الفلك. ومع ذلك، فإن هذه الكواكب تتفوق – حرفيًا – على وهج نجومها الأكبر حجمًا، مما يجعل استكشاف الأجواء للكواكب الخارجية أمرًا صعبًا بشكل خاص.

وقد تجنب الفريق هذا التحدي من خلال تحليل الضوء الصادر من النجم الأم لـ K2-18 b أثناء مروره عبر الغلاف الجوي للكوكب الخارجي. K2-18 b هو كوكب خارجي عابر، مما يعني أنه يمكننا اكتشاف انخفاض في السطوع أثناء مروره عبر وجه نجمه المضيف. هذه هي الطريقة التي تم بها اكتشاف الكوكب الخارجي لأول مرة في عام 2015 من خلال مهمة K2 التابعة لناسا. وهذا يعني أنه أثناء العبور، سيمر جزء صغير من ضوء النجوم عبر الغلاف الجوي للكوكب الخارجي قبل الوصول إلى التلسكوبات مثل ويب. يترك مرور ضوء النجوم عبر الغلاف الجوي للكوكب الخارجي آثارًا يمكن لعلماء الفلك تجميعها معًا لتحديد الغازات الموجودة في الغلاف الجوي للكوكب الخارجي.

قدرات جيمس ويب والأبحاث المستقبلية

قال مادهوسودان: “لم تكن هذه النتيجة ممكنة إلا بسبب نطاق الطول الموجي الممتد والحساسية غير المسبوقة لـ Webb، والتي مكنت من الكشف القوي عن السمات الطيفية من خلال عبورين فقط”. “للمقارنة، قدمت إحدى عمليات رصد العبور باستخدام Webb دقة مماثلة لثماني عمليات رصد بواسطة Hubble تم إجراؤها على مدار بضع سنوات وفي نطاق طول موجي ضيق نسبيًا.”

وأوضح عضو الفريق سافاس كونستانتينو من جامعة كامبريدج: “هذه النتائج هي نتاج ملاحظتين فقط لـ K2-18 b، وهناك المزيد في الطريق”. “وهذا يعني أن عملنا هنا ليس سوى عرض مبكر لما يمكن أن يلاحظه ويب في الكواكب الخارجية في المنطقة الصالحة للسكن.”

تم قبول نتائج الفريق للنشر في The رسائل مجلة الفيزياء الفلكية.

يعتزم الفريق الآن إجراء أبحاث متابعة باستخدام مقياس الطيف MIRI (أداة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة) الخاص بالتلسكوب، والذي يأملون أن يزيد من صحة النتائج التي توصلوا إليها ويقدم رؤى جديدة حول الظروف البيئية على K2-18 b.

واختتم مادهوسودان قائلاً: “هدفنا النهائي هو تحديد الحياة على كوكب خارج المجموعة الشمسية صالح للحياة، وهو ما من شأنه أن يغير فهمنا لمكاننا في الكون”. “إن النتائج التي توصلنا إليها هي خطوة واعدة نحو فهم أعمق لعوالم هيسيان في هذا المسعى.”

يعد تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا هو المرصد الأول لعلوم الفضاء في العالم. إنه يحل الألغاز في نظامنا الشمسي، ويتطلع إلى ما وراء العوالم البعيدة حول النجوم الأخرى، ويستكشف الهياكل والأصول الغامضة لكوننا ومكاننا فيه. ويب هو برنامج دولي تقوده وكالة ناسا مع شركائها وكالة الفضاء الأوروبية (ESA)وكالة الفضاء الأوروبية) ووكالة الفضاء الكندية.