يقول علماء الفلك إن عمالقة الغاز قد تتشكل بسهولة أكبر مما كان متوقعًا.
تصور فني لكوكب خارج المجموعة الشمسية WASP-107b ونجمه WASP-107. يتدفق بعض ضوء النجم عبر طبقة الغاز الممتدة على كوكب خارج المجموعة الشمسية.
تشير المراقبات الجديدة للكواكب الخارجية WASP-107b إلى أن النماذج الحالية لكيفية تشكل الكواكب الغازية العملاقة قد لا تكون صحيحة تمامًا.
استخدم فريق من علماء الفلك ، بقيادة كارولين بياوليه من جامعة مونتريال (UdeM) في كندا ، مرصد كيك في هاواي لاستكشاف البنية الداخلية للكوكب العملاق. اكتشفوا أن كتلته الأساسية أقل بكثير مما كان متوقعًا - مما له آثار كبيرة ، وفقًا للمؤلف المشارك بيورن بينيكي ، أيضًا من UdeM.
ويشرح قائلاً: "يتناول هذا العمل الأسس ذاتها لكيفية تشكل الكواكب العملاقة ونموها". "إنه يوفر دليلًا ملموسًا على أن التراكم الهائل لغلاف الغاز يمكن أن يحدث للنوى التي تكون أقل كتلة بكثير مما كان يعتقد سابقًا."
تم اكتشاف WASP-107b لأول مرة في عام 2017 ، على بعد حوالي 200 سنة ضوئية في كوكبة العذراء وتدور بالقرب من نجمها المضيف - أقرب ثماني مرات من عطارد من الشمس. الكوكب بحجم كوكب المشتري ولكنه أخف بكثير ، مما يجعله أحد أقل الكواكب الخارجية كثافةً المعروفة. يصنف علماء الفلك هذه الكواكب "فائقة النفخة" أو "حلوى القطن".
يقول بياوليت: "كان لدينا الكثير من الأسئلة حول WASP-107b". "كيف يمكن أن يتشكل كوكب بمثل هذه الكثافة المنخفضة؟ وكيف حافظ على طبقة ضخمة من الغاز من الهروب ، خاصة بالنظر إلى قرب الكوكب من نجمه؟ "
للإجابة على هذه الأسئلة ، استخدم بياوليت وفريقه مرصد كيك لقياس كتلة WASP-107b بدقة أكبر. فعلوا ذلك من خلال طريقة السرعة الشعاعية ، مع ملاحظة مدى "تذبذب" النجم المضيف للكوكب بسبب تأثير الجاذبية للكوكب.
تبين أن WASP-107b أخف بحوالي 10 مرات من كوكب المشتري (أو حوالي 30 ضعف كتلة الأرض).
أدت الحسابات الإضافية إلى نتيجة مفاجئة: يجب أن يكون للكوكب نواة صلبة تبلغ حوالي أربعة أضعاف كتلة الأرض فقط ، مما يعني أن غلافه الجوي السميك والغازي يشكل أكثر من 85٪ من كتلته الإجمالية.
هذا مختلف تمامًا عن عمالقة الغاز في نظامنا الشمسي. نبتون ، على سبيل المثال ، له كتلة مماثلة لـ WASP-107b ولكن طبقة الغاز الخاصة به تشكل فقط 5-15 ٪ من كتلته الإجمالية.
قد يشكل هذا الاكتشاف تحديًا لنماذجنا الحالية لكيفية تشكل عمالقة الغاز ، والتي تعتمد على الكواكب في نظامنا الشمسي مثل كوكب المشتري وزحل.
يوضح عالم الفلك جونتي هورنر ، من جامعة جنوب كوينزلاند ، أن "الأفكار القياسية لنموذج" التراكم الأساسي "لتشكيل الكواكب تشير إلى أنك بحاجة إلى حوالي 10 أضعاف كتلة الأرض قبل أن تبدأ حقًا في جمع الكثير من الهيدروجين وغاز الهيليوم".
على الرغم من كونه أصغر حجمًا ، إلا أن جوهر WASP-107b لا يزال يجذب ويحتفظ بغلاف هائل من الغاز.
يقول هورنر: "هذا يعني أنه إذا كانت الكتلة الأساسية المقدرة صحيحة ، فإن شيئًا غير عادي يحدث". "إما أن فهمنا لتكوين الكواكب من خلال تراكم اللب غير مكتمل - وهو أمر ممكن بالتأكيد - أو أن هذا الكوكب قد تشكل بطريقة مختلفة تمامًا."
تقدم مؤلفة الدراسة وخبيرة الكواكب الفائقة إيف لي ، من جامعة ماكجيل في كندا ، شرحًا.
تقول: "السيناريو الأكثر منطقية هو أن الكوكب تشكل بعيدًا عن النجم ، حيث يكون الغاز في القرص باردًا بدرجة كافية بحيث يمكن أن يحدث تراكم الغاز بسرعة كبيرة". "تمكن الكوكب لاحقًا من الانتقال إلى موقعه الحالي ، إما من خلال التفاعلات مع القرص أو مع الكواكب الأخرى في النظام."
يقترح هورنر أيضًا أصلًا بديلًا لـ "انتفاخ" الكوكب.
"يمكن أن يكون نتيجة تفاعلات المد والجزر مع النجم ، نتيجة لوجود مدار غير دائري قليلاً للكوكب" ، كما يقول - وهو تفسير "لا يتطلب فهمنا لتراكم اللب نفسه ليكون معيبًا ، ولكن يتطلب المزيد من العمل ".
أدت مراقبات Keck الجديدة إلى اكتشاف مثير إضافي - أن هذا النظام الخارجي هو أيضًا موطن لكوكب ثانٍ أصغر. يُطلق عليه اسم WASP-107c ، يبلغ حجمه حوالي ثلث كتلة كوكب المشتري وله مدار أطول بكثير من شقيقه الكوكبي: ثلاث سنوات مقارنة بـ 5.7 أيام لـ WASP-107b.
بعد ذلك ، يأمل بياوليت وفريقه في دراسة هذا النظام الشمسي المثير للاهتمام باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي ، المقرر إطلاقه هذا العام.
يقول بياوليت: "تسمح لنا الكواكب الخارجية مثل WASP-107b التي ليس لها نظير في نظامنا الشمسي بفهم أفضل لآليات تكوين الكواكب بشكل عام والتنوع الناتج من الكواكب الخارجية".
يوافق هورنر على ذلك قائلاً: "من الجيد العثور على المزيد من الكواكب التي تتناسب مع نماذجنا وأفكارنا الحالية - ولكن أفضل العلوم تأتي عندما تجد شيئًا لا يناسبك."
المصدر