لم يُكتشف سوى عدد قليل جدًا من الكواكب التي تدور حول شمسين. تُظهر الأبحاث الجديدة وجود حد أدنى لا يكون النظام مستقرًا بما يكفي لتكوّن الكواكب دونه. في الأنظمة التي تدور فيها الشمسان حول بعضهما البعض في أقل من أسبوع، نرى ما يُعرف بـ"صحراء الكواكب".
يكاد كل من شاهد فيلم حرب النجوم يتذكر غروب الشمس المزدوج على كوكب تاتوين. لكن عند الانتقال من الخيال إلى الواقع، يظهر تناقض: فمع أن الأنظمة الثنائية شائعة جدًا في الكون، إلا أن الكواكب التي تدور حول نجمين معًا (الكواكب المدارية) أقل شيوعًا مما كنا نتوقع. يقدم فريق بحث نظري من جامعة كاليفورنيا، بيركلي، والجامعة الأمريكية في بيروت تفسيرًا يعيد نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين إلى صلب اهتمامه في الأنظمة الثنائية "الكثيفة". إذ يمكن للنسبية العامة، مع مرور الوقت، أن تدفع الكواكب إلى مدارات متطرفة وغير مستقرة، إلى أن تُقذف خارج مداراتها أو تُدمر. (vcresearch.berkeley.edu)
نشأت هذه المعضلة من مقارنة بسيطة بين التوقعات والملاحظات. نعلم أن تكوين النجوم الثنائية شائع، وأن أقراص الغاز والغبار المحيطة بالنجوم الفتية قادرة على إنتاج الكواكب. لذا، إذا رصدت طريقة الكشف عددًا كافيًا من هذه الأنظمة، فمن المفترض أن نرى عددًا لا بأس به من "العوالم المزدوجة" القريبة نسبيًا من زوج النجوم، خاصة في الأنظمة التي يسهل فيها رصد العبور. في الواقع، تشير الملاحظات إلى عينة صغيرة للغاية من الكواكب المؤكدة حول النجوم الثنائية، و"صحراء" أكثر وضوحًا حول النجوم الثنائية ذات فترات الدوران القصيرة جدًا - تصل إلى أسبوع.arXiv)
ماذا تفعل النسبية العامة فعلياً في نظام يتكون من نجمين وكوكب؟
لفهم الآلية، نحتاج إلى التركيز على ظاهرة قد تبدو تقنية، لكنها جوهر الموضوع: التبادر المداري - وهو دوران بطيء للاتجاه الذي "يشير" إليه المدار الإهليلجي (تتحرك نقطة الحضيض، أي نقطة القرب الأقصى، تدريجيًا). في النظام الثنائي، يمكن أن يتعرض كل من زوج النجوم والكوكب لمثل هذا الدفع، ولكن لأسباب مختلفة وبمعدلات متفاوتة.
تتأثر النجوم الثنائية "الكثيفة" بشكل كبير بنظرية النسبية العامة: فكلما اقترب النجمان من بعضهما، تسارعت وتيرة تقدم مدار النجم بفعل النسبية. وفي الوقت نفسه، لا تولد هذه الأنظمة كثيفة بالضرورة، بل يمكن أن تتقلص تدريجيًا: أولًا من خلال تفاعلاتها مع الغاز خلال فترة التكوين، ثم لاحقًا على مدى مليارات السنين بفعل قوى المد والجزر التي تستمر في جذب النجوم نحو بعضها.
يتعرض كوكب يدور حول نجمين لقوة جاذبية متغيرة، لأن مصدر الجاذبية ليس نقطة واحدة، بل زوج من النجوم الدوارة. يؤدي هذا إلى انزياح مداره للأمام لأسباب نيوتونية في الغالب (وخاصةً بسبب التأثير التربيعي لحقل جاذبية النظام الثنائي). ولكن هنا تكمن المفارقة: مع تقلص حجم الزوج النجمي وازدياد كثافته، يبدو النظام الثنائي البعيد للكوكب أشبه بكتلة مركزة واحدة، وبالتالي قد يضعف الاضطراب النيوتوني الذي يبطئ أو يُغير مدار الكوكب، أي أن معدل دفع الكوكب للأمام قد ينخفض.
تكمن الأهمية البالغة في نشوء حالة تتلاقى فيها سرعة دفع النجم الثنائي (التي تتزايد بفعل النسبية العامة) مع سرعة دفع الكوكب (الذي قد يهبط). في هذه اللحظة، قد يدخل النظام في رنين مداري. ووفقًا لحسابات الدراسة ومحاكاتها، يمكن لهذا الرنين أن "يسحب" الزخم الزاوي من مدار الكوكب، مما يجعله تدريجيًا أكثر بيضاوية، أي يزيد من انحرافه المركزي.
ماذا يحدث بعد التقاط الرنين؟
مع ازدياد انحراف مدار الكوكب، يبدأ في التعرض لظواهر متطرفة: ففي لحظة ما، يبتعد كثيراً عن النجمين، وفي لحظة أخرى، يقترب منهما بشكل خطير. وهنا تبرز "منطقة عدم الاستقرار" المعروفة حول النجوم الثنائية: وهي منطقة تصبح فيها تفاعلات الأجرام الثلاثة (نجمان وكوكب) فوضوية وتؤدي إلى تفكك مداراتها. إذا دخل حضيض الكوكب هذه المنطقة، فهناك سيناريوهان محتملان: إما أن يتفكك الكوكب ويُقذف خارج النظام، أو أن يقترب بما يكفي ليتعرض لتأثيرات المد والجزر أو الابتلاع من قِبل أحد النجمين.
تكمن أهمية هذه الدراسة في أن هذه الآلية لا تتطلب وجود "طرف ثالث" كنجم مجاور يُزعزع استقرار النظام، أو لقاءً عابراً في عنقود نجمي. إنها عملية داخلية طبيعية تُحفز ببساطة لأن الزوج النجمي الثنائي يتقارب أكثر، وتُغير النسبية العامة معدل هذا التقارب. ويشير الباحثون إلى أنه في أنظمة النجوم الثنائية المتقلصة، قد يصطدم "ثمانية من كل عشرة" كواكب ويُحتبسون في رنين نجمي؛ ومن بين هذه الكواكب، ينتهي المطاف "ثلاثة من كل أربعة" إلى الفناء (بدلاً من مجرد القذف).
إذا أضفنا إلى ذلك عامل الزمن، نحصل على صورة تتوافق مع الملاحظات: يمكن للنجوم أن تعيش مليارات السنين، لكن مرحلة التدمير بعد بلوغها الظروف المناسبة قد تكون قصيرة نسبيًا على المقياس الفلكي (عشرات الملايين من السنين). أي أنه حتى لو تشكلت عوالم "ثنائية الشمس" في المقام الأول، فإن العديد منها لا ينجو من مرحلة التقارب بين النجمين - ولذلك نرى اليوم عوالم تدور حول نجوم ثنائية بفترة دوران تبلغ أسبوعًا أو أقل.
لماذا يكاد الناجون يكونون غير مرئيين بالنسبة لنا؟
لا تدّعي الدراسة أن النجوم الثنائية خالية تمامًا من الكواكب. بل على العكس، تشير إلى أن الكواكب المتبقية هي في الغالب تلك التي تدور في مدارات بعيدة، خارج المنطقة التي تعمل فيها ظاهرة الرنين وعدم الاستقرار على "تطهير" البيئة. ولكن هنا تبرز أهمية الرصد: فأساليب الكشف الرئيسية في السنوات الأخيرة، والتي تعتمد على العبور، تُفضّل المدارات القريبة (لأن احتمالية العبور تكون عالية وتتكرر هذه الظاهرة بكثرة). أما المدار البعيد فيعني عددًا أقل من عمليات العبور، وفرصة أقل بكثير لأن تسمح زاوية رؤيتنا بحدوث العبور أصلًا، لذا فمن المحتمل أن يكون جزء كبير من هذه الكواكب "مختبئًا" عنا.
من منظور أوسع، تحمل هذه الآلية أيضًا آثارًا مثيرة للاهتمام: فإذا فقدت بعض النجوم كواكبها عن طريق القذف، فقد يُسهم ذلك في زيادة عدد الكواكب الشاردة غير المرتبطة بأي نجم. ويشير الباحثون أيضًا إلى أنهم يحاولون تطبيق أفكار مماثلة على بيئات متطرفة أخرى، مثل الأنظمة المحيطة بأزواج من الثقوب السوداء فائقة الكتلة، وحتى لفهم سبب ندرة الكواكب حول أنظمة النجوم النابضة الثنائية.vcresearch.berkeley.edu
في نهاية المطاف، هذه حالة أخرى تُصبح فيها النسبية العامة - التي وُضعت لتفسير الشذوذات المدارية الدقيقة - عاملاً حاسماً في الديناميكيات طويلة الأمد للأنظمة الكوكبية. فهي تُساهم أحياناً في استقرارها، وأحياناً أخرى في زعزعة استقرارها، لكنها بالتأكيد ليست مجرد تعديل طفيف لقوانين نيوتن، بل هي عنصر قادر على تشكيل ما نراه في السماء.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
