قد يكون الكوكب ذو الحجم غير المعتاد هو بقايا قلب عملاق غازي

وقد يكون كوكب بحجم رحاب (نبتون) هو بقايا نواة كوكب أكبر بكثير

بقلم: جنيفر تشو، معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. ترجمة: زيف أداكي

"العمالقة الجليدية" الكوكبان رحاب وأورون أقل كثافة بكثير من الكواكب الصخرية الأرضية مثل الزهرة والأرض. وحتى خارج نظامنا الشمسي، تبدو كثافة العديد من الكواكب التي بحجم رحاب والتي تدور حول شموس بعيدة منخفضة بالمثل.

الآن، ربما يكون هناك كوكب جديد يكسر هذا الاتجاه، وقد تم اكتشاف الكوكب المعني بواسطة القمر الصناعي لمسح الكواكب الخارجية العابرة (TESS). الكوكب، المسمى TOI-849 b، هو الجسم رقم 749، أو الجسم محل الاهتمام، لمهمة تيس، التي تم تحديدها حتى الآن. ورصد الباحثون الكوكب الذي يدور حول الشمس على مسافة نحو 750 سنة ضوئية كل 18 ساعة، وقدروا أنه أكبر من الأرض بنحو 3.5 مرة، أي بحجم رحاب. والمثير للدهشة أن كتلة هذا الكوكب البعيد تبدو أكبر بـ 40 مرة من كتلة الأرض وكثافته هي نفس كثافة الأرض.

TOI-849 b هو كوكب بحجم رحاب، وهو الكوكب الأكثر ضخامة الذي تم اكتشافه حتى الآن والأول بكثافة مماثلة لكثافة الأرض.

يقول تشيلسي هوانغ، زميل ما بعد الدكتوراه في معهد كاولي لأبحاث الفيزياء الفلكية واستكشاف الفضاء التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وعضو في فريق أبحاث TESS: "هذا الكوكب الجديد أثقل من كوكبنا بأكثر من ضعفي، وهي حقيقة غير عادية للغاية". "تخيل كوكبًا تبلغ كثافته كثافة الأرض، وتبلغ كتلته ما يصل إلى 40 مرة كتلة كروية. ومن المثير للاهتمام التفكير فيما يحدث في مركز هذا الكوكب، بالنظر إلى الضغط المرتفع المتوقع هناك".

ونُشر هذا الاكتشاف في مجلة Nature، ومن بين مؤلفي الورقة هوانغ وباحثون من فريق عمل تيس في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

الباحثون: هذا الاكتشاف يتحدى النظريات حول تكوين الكواكب

منذ إطلاقه إلى الفضاء في 18 أبريل 2018، يحلق القمر الصناعي لمسح السماء لاكتشاف الكواكب خارج المجموعة الشمسية. وتعد هذه المهمة إحدى مهام الاستطلاع الفيزيائي الفلكي التابعة لناسا، ويقودها معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. وتم تصميم القمر الصناعي لمسح السماء بأكملها تقريبًا، من خلال تدوير مجال رؤيته حول محوره كل شهر للتركيز على منطقة مختلفة من السماء، أثناء دورانه حول الأرض. أثناء قيامه بمسح السماء، يراقب تيس الضوء القادم من أقرب شمس ساطعة، ويبحث الباحثون عن تعتيم دوري لأشجار الصنوبر في الشمس، مما قد يشير إلى مرور كوكب.

البيانات التي قدمها تيس، منحنيات ضوء الشموس أو قياسات سطوع الضوء، متاحة في المقام الأول لفريق البحث الدولي، الذي يشارك فيه علماء من العديد من المعاهد. هؤلاء الباحثون هم أول من قام بفحص البيانات، بهدف تحديد المرشحين الواعدين ليكونوا كواكب، أو أشياء مثيرة للاهتمام لمهمة TESS. تتم مشاركة هذه النتائج والبيانات التي تم جمعها في مهمة TESS مع المجتمع العلمي بأكمله لإضافتها وتحليلها.

عادة، في بحثهم عن الكواكب، يركز علماء الفيزياء الفلكية على أقرب وألمع الشموس في عمليات رصد تيس. ومع ذلك، في الآونة الأخيرة، أمضت هوانغ وفريقها وقتًا أطول في فحص البيانات التي تم جمعها في سبتمبر وأكتوبر 2018، وتساءلوا عما إذا كان من الممكن العثور على نتائج مثيرة للاهتمام عند فحص الشموس الأقل سطوعًا أيضًا. وبالفعل، اكتشفوا عددًا كبيرًا من الخفوتات، التي تبدو وكأنها مرور جسم ما عبر الشمس على مسافة 750 سنة ضوئية، بعد ذلك مباشرة، مما يؤكد وجود TOI-849 b. يقول هوانغ: "في العادة، نحن لا ندرس مثل هذه الشموس بالتفصيل، لذا فإن هذا الاكتشاف يعد صدفة سعيدة".

وأكدت الملاحظات الإضافية للشمس الشاحبة باستخدام التلسكوبات الموجودة على الأرض وجود الكوكب وساعدت في تحديد كتلته وكثافته.

ووفقا لهوانغ، فإن أبعاد TOI-849 b المثيرة للاهتمام تتحدى النظريات الحالية حول كيفية تشكل الكواكب.

يقول هوانغ: "نحن في حيرة شديدة بشأن كيفية تشكل هذا الكوكب". "جميع النظريات الموجودة لا تقدم تفسيرا كاملا لسبب ضخامة هذا الكوكب، لكنه لا يزال قائما. لا نتوقع أن تنمو الكواكب إلى 40 ضعف كتلة الأرض ثم تبقى في مكانها. وكان من المفترض أن يستمر مثل هذا الكوكب في النمو ويصبح عملاقًا غازيًا، أو نوعًا من النجوم الساخنة، تبلغ كتلته عدة مئات من كتلة الأرض".

وفقًا لإحدى الفرضيات التي طرحها العلماء لتفسير كتلة وكثافة هذا الكوكب، ربما كان في يوم من الأيام عملاقًا غازيًا أكبر بكثير، على غرار رحاب أو زحل - وهي الكواكب التي تحتوي على غلاف أضخم من الغاز المحيط بالنوى، والتي تعتبر كثيفة مثل كرة البلد.
في الدراسة الجديدة، يشير فريق مهمة TESS إلى أن الإشعاع الشمسي ربما يكون قد أدى إلى نسف معظم الوشاح الغازي للكوكب TOI-849 b بمرور الوقت، وهو سيناريو محتمل جدًا، نظرًا لأن مدار هذا الكوكب يمر بالقرب من شمسه. ويستمر الكسوف 0.765 يوما فقط، أي ما يزيد قليلا عن 18 ساعة، وبالتالي يتعرض الكوكب لإشعاع شمسي أقوى بنحو 2,000 مرة من ما تتعرض له الأرض من الشمس. ووفقا لهذا النموذج، قد يكون الكوكب TOI-849 b هو البقايا الأساسية لكوكب عملاق، وهو بحجم رحاب وأضخم منه بكثير.

يقول هوانغ: "إذا كان هذا السيناريو صحيحًا، فإن TOI-849 b هو البقايا الأساسية الوحيدة والنواة الغازية العملاقة الكبيرة التي نعرفها". "هذا أمر مثير للغاية بين العلماء، لأن النظريات السابقة لا يمكنها تفسير هذا الكوكب."

بالنسبة للمقال العلمي:

المرجع: "بقايا قلب كوكبي في صحراء نبتون الساخنة" بقلم ديفيد أرمسترونج وآخرون، 1 يوليو 2020، Nature.
DOI: 10.1038/s41586-020-2421-7