أول قياس للنظائر في الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية

أصبح فريق دولي من علماء الفلك أول فريق بحثي يتعرف على نظائر الكربون في الغلاف الجوي لأحد الكواكب الغازية العملاقة

[ترجمة د. موشيه نحماني]

وتمكن الفريق من تحديد التكوينات المختلفة للكربون (نظائره) في النجم الغازي العملاق الذي يبعد ثلاثمائة سنة ضوئية عن الأرض (TYC 8998-760-1 b). تم قياس الإشارة الخافتة بواسطة التلسكوب الكبير جدًا (VLT) التابع للمرصد الأوروبي الجنوبي (ESO) في تشيلي، وتشير إلى أن النجم قد يكون غنيًا نسبيًا بنظير الكربون 13. ويتكهن علماء الفلك بأن هذه النتيجة ترجع إلى حقيقة أن النجم تشكل على مسافة كبيرة من نجمه الأم. ونشرت الدراسة في المجلة العلمية الطبيعة.  

النظائر هي أشكال مختلفة لنفس العنصر ولكن بعدد مختلف من النيوترونات في النواة الذرية. على سبيل المثال، تحتوي ذرة الكربون العادية عادة على ستة نيوترونات (الكربون-12)، ولكنها تحتوي في بعض الأحيان على سبعة نيوترونات (الكربون-13) أو ثمانية (الكربون-14). هذه النتيجة لا تغير بشكل كبير خصائص ذرة الكربون. ومع ذلك، فإن النظائر المختلفة لنفس العنصر تتفاعل بشكل مختلف قليلاً في ظل نفس الظروف. ولذلك، توفر النظائر مزايا في مجموعة متنوعة من التطبيقات في مجموعة واسعة من مجالات البحث: من تشخيص أمراض القلب والسرطان، إلى قياسات تغير المناخ، وانتهاءً بتحديد عمر الحفريات والصخور.

اكتشف الفريق الدولي من الباحثين نسبة غير عادية بين أنواع النظائر في الغلاف الجوي للنجم العملاق الشاب. عادة ما يتم العثور على الكربون في شكل مادة غازية أول أكسيد الكربون (CO). تبلغ كتلة النجم أربعة عشر ضعف كتلة كوكب المشتري ومرتين حجم كوكب المشتري. ومن ثم، يصنفه علماء الفلك على أنه كوكب المشتري الفائق. وتمكن فريق العلماء من التمييز بين إشارات الكربون 13 والكربون 12، وذلك في ضوء أن هذين النظيرين يمتصان الإشعاع بأطوال موجية (ألوان) مختلفة قليلاً. وقال الباحث الرئيسي: "من المميز حقًا أن نتمكن من قياس هذا الاختلاف بين النظائر الموجودة في الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية على هذه المسافة الكبيرة". وتوقع علماء الفلك أنهم سيكتشفون ذرة كربون-13 واحدة من أصل 70 ذرة كربون، لكن يبدو أن التركيز الفعلي يبلغ ضعف ذلك على الأقل. من المفترض أن التركيز العالي للكربون 13 يرتبط بطريقة ما بطريقة تشكل النجم. ويوضح الباحث الرئيسي: "يبعد النجم عن نجمه الأم 150 مرة مقارنة ببعد مدار الأرض عن الشمس. وعلى هذه المسافة الكبيرة، ربما يكون الجليد الذي تشكل قد احتوى على كميات أكبر من الكربون 13، وهي حقيقة أدت إلى تركيز أكبر لهذا النظير في الغلاف الجوي للنجم اليوم. والافتراض هو أن التخصيب بالكربون 13 يرتبط بركود أول أكسيد الكربون في أقراص ما قبل الكوكب التي تشكل النجم منها. وفي هذه الحالة، فهذا يعني أن الكواكب في النظام الشمسي لم تراكم ما يكفي من الجليد الغني بالكربون 13. وقد يكمن السبب في أن المسافة التي يبدأ منها أول أكسيد الكربون في التجمد في النظام الشمسي تقع خارج مدار كوكب نبتون. ولذلك، فمن المرجح أن أول أكسيد الكربون في حالته الجليدية لم يندمج إلا بصعوبة في نجوم النظام الشمسي، مما أدى إلى ارتفاع نسبة النظائر.

تم اكتشاف الكوكب خارج المجموعة الشمسية TYC 8998-760-1 b قبل عامين فقط من قبل طالب الدكتوراه ألكسندر بون، وهو أحد مؤلفي الورقة. ويضيف ويقول: "من الرائع أن هذا الاكتشاف حدث بالقرب من نجمي". من المحتمل أن يكون هذا الاكتشاف هو الأول من بين العديد من الاكتشافات الأخرى. ومن المتوقع أن تساعدنا قياسات نسبة النظائر في المستقبل على فهم كيف وأين ومتى تشكلت النجوم بالضبط. وهذا الاكتشاف الأولي هو مجرد بداية لهذا المجال الرائع."

ملخص المقال

أخبار الدراسة

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• المطر من الشمس في عمالقة الغاز في النظام الشمسي
• قد يكون الكوكب ذو الحجم غير المعتاد هو بقايا قلب عملاق غازي