ويثير اكتشاف الكوكب الجديد الشكوك حول دور الغبار والجليد في تكوين الكواكب
شاي زوكر
ومؤخراً، علمنا باكتشاف كوكب جديد، أطلق عليه إعلامياً لقب "متوشالح"، بسبب عمره الشديد الواضح. هذا الكوكب جزء من نظام غريب إلى حد ما مكون من ثلاثة أجسام. يوجد في مركز النظام جسمان صغيران ومضغوطان للغاية، يدوران حول بعضهما البعض مرة كل ستة أشهر. ويدور الكوكب حولهما في مدار بعيد نسبيا، ويكمل مداره بالكامل كل مائة عام أو نحو ذلك. يقع النظام بأكمله داخل عنقود كثيف مكون من عشرات الآلاف من النجوم يسمى "العنقود الكروي".
ويعد الاكتشاف الجديد تتويجا لسلسلة أحداث علمية بدأت عام 1988 عندما تم اكتشاف النجم النابض PSR B1620-26، والنجم النابض هو نجم نيوتروني - وهو جسم مضغوط للغاية كتلته أكبر من كتلة شمسنا ونصف قطره. ليست سوى بضعة كيلومترات. النجم النيوتروني هو بقايا نجم (الشمس) أنهى حياته بانفجار عنيف - "المستعر الأعظم". تدور العديد من النجوم النيوترونية حول محورها بمعدل سريع جدًا يصل إلى مئات الدورات في الثانية. يعمل النجم بعد ذلك كنوع من المنارة التي تنبعث منها شعاع راديو دوار. كلما "يضربنا" الشعاع، نستقبل نبضة من الإشعاع، ومن هنا جاء اسم "النبض". إن الانتظام الشديد للنبضات يجعل النجوم النابضة واحدة من "الساعات" الأكثر دقة في الطبيعة.
ومع ذلك، عند ملاحظة انحرافات عن هذه الدورية الدقيقة، فقد يشير ذلك إلى اضطرابات في حركة النجم النابض بسبب وجود أجسام إضافية تحيط به. كان هذا هو الحال مع النجم النابض: PSR B1620-26، وقد أشار تحليل شذوذاته من الدورة إلى وجود جسم آخر اصطدم به في مدار إهليلجي. وتبين أن العظم الآخر هو "قزم أبيض". الأقزام البيضاء هي نوع آخر من البقايا المتبقية من نهاية دورة حياة النجوم العادية.
القزم الأبيض أقل ضغطًا من النجم النيوتروني ويمكن أن يكون بحجم الأرض. وأظهر استمرار الملاحظات المزيد من شذوذات الدورة التي لم يفسرها وجود القزم الأبيض وكان من الضروري افتراض وجود جسم صغير آخر لتفسيرها. في التسعينيات، كان هناك جدل حول جوهر العظم الإضافي، والذي أُطلق عليه الآن الاسم الحنون "متوشالح".
وقام فريق الباحثين، بقيادة شتاين سيغوردسون من جامعة بنسلفانيا، بتحليل الملاحظات من أرشيف تلسكوب هابل الفضائي، الذي شوهد فيه القزم الأبيض حول النجم النابض لأول مرة. ومن الملاحظات قام الفريق بتقدير درجة حرارة القزم الأبيض ولونه. النظرية الحالية حول الأقزام البيضاء تجعل من الممكن تقدير كتلتها باستخدام درجة حرارتها ولونها، وهكذا حصل الباحثون على تقدير لكتلة القزم الأبيض. وهذا الرقم هو الرقم المفقود حتى الآن في المعادلات، وهو ما أتاح استنتاج كتلة الجسم الثالث وتحديد أنه كوكب، كتلته أكبر 2.5 مرة من كتلة كوكب المشتري.
وهذه ليست المرة الأولى التي يتم فيها اكتشاف كواكب تدور حول النجوم النابضة. تم اكتشاف أولى هذه الكواكب من قبل الباحثين ويلشن وفرايل في عام 1992 وأثارت اهتمام علماء الفلك. وذلك لأن انفجار المستعر الأعظم الذي يخلق النجم النابض من المفترض أن يكون عنيفًا جدًا لدرجة أنه لن يتمكن أي كوكب من البقاء على قيد الحياة في مثل هذا المدار. ولذلك يفترض أن الكواكب المصاحبة للنجوم النابضة وصلت إلى حالتها الحالية بعد موت النجم. في حالة PSR B1620-26، هناك العديد من الظروف الخاصة الأخرى التي تزيد من حدة السؤال حول كيفية إنشاء النظام الذي نراه اليوم. أولاً، إنه أول كوكب يتم العثور عليه يدور حول زوج بعيد من الأجسام القريبة نسبيًا (النجم النابض والقزم الأبيض). وفي جميع الحالات السابقة التي تم فيها اكتشاف كوكب في نظام نجمي مزدوج، كان يدور حول كوكب واحد فقط من الشركاء. ثانياً، كما ذكرنا، يقع النظام داخل عنقود نجمي كروي، أطلق عليه الباحثون اسم M4، والذي يحتوي على عدة عشرات الآلاف من النجوم عالية الكثافة، وهي أكثر بكثير من كثافة النجوم الموجودة في محيط نظامنا الشمسي. ومن المحتمل جدًا أن تؤثر قوة جاذبية النجوم المجاورة بقوة على تطور النظام ومدارات الأجسام المختلفة التي يتكون منها. في الواقع، كلما اقترب النظام من مركز العنقود، كلما زاد احتمال أن تمزقه قوى الجاذبية المختلفة وتفصل مكوناته الثلاثة.
إن الدليل على التاريخ المضطرب للنظام هو العصر "الشبابي" للقزم الأبيض. وإلى جانب الكتلة، مكنت قياسات التلسكوب الفضائي من تقدير أن عمره نحو نصف مليار سنة، في حين أن العنقود بأكمله عبارة عن عنقود "قديم"، يبلغ عمره حوالي 12.5 مليار سنة. ولذلك يفترض الباحثون أن الكوكب كان في البداية رفيقا لنجم واحد، وهو الذي أصبح فيما بعد قزما أبيض. ويظل السؤال مطروحًا حول كيفية انضمام النجم النابض إلى الاثنين. وبعد إجراء العديد من عمليات المحاكاة الحاسوبية، توصل الباحثون إلى السيناريو التالي: في البداية، كان الكوكب يدور حول نجمه وحده. يتحرك النظام بأكمله نحو مركز الكتلة الكروية. وبسبب الكثافة العالية في المنطقة الوسطى، كان من المحتمل أن "يلتقي" النظام بنظام نجمي مزدوج آخر، أحد مكوناته هو النجم النابض. "اصطدم" النظامان ببعضهما البعض، وفي نهاية العملية، وجد النجم والنجم النابض نفسيهما في مدار حول بعضهما البعض، حيث يدور كلاهما حول الكوكب في مدار بعيد. تم "إخراج" الشريك الأصلي للنجم النابض من النظام في اتجاه غير معروف. تسبب الارتداد الناتج عن الاصطدام في تحرك النظام بعيدًا عن مركز الكتلة مرة أخرى والوصول إلى موقعه الحالي. وفي مرحلة ما، قبل حوالي نصف مليار سنة، أنهى النجم حياته وأصبح قزمًا أبيض.
يطرح وجود النظام في العنقود الكروي M4 مشكلة أخرى: وفقًا للنظرية المقبولة، تتشكل الكواكب داخل "قرص" من الغاز والغبار والجليد يحيط بالنجم في مراحله الأولية من التطور. من المفترض أن تبدأ العملية بـ "التصاق" الغبار وحبيبات الجليد، مما يؤدي إلى تكوين أجسام تنمو بإحكام أكثر فأكثر - "الكواكب الأولية". في مرحلة ما، يمكن للكواكب الأولية أن تصل إلى كتلة كافية لها لامتصاص الغاز من القرص، والذي سيشكل غلافها الجوي. أحد العناصر الضرورية للعملية هو وجود كمية كافية من الغبار والجليد، والتي تتكون من عناصر ثقيلة نسبيا. تكمن المشكلة في أن كمية العناصر الثقيلة في المجموعة M4 صغيرة جدًا ولا تكفي لإنشاء كواكب أولية في هذه العملية.
وهكذا اكتسبت نظرية بديلة تتعلق بتكوين الكواكب شعبية فجأة. وهذه النظرية التي وضعها آلان بوس من معهد كارنيجي في واشنطن، لا تتطلب وجود الغبار والجليد لتكوين الكواكب. بدلًا من ذلك، تؤكد أنه في أماكن مختلفة من القرص، يبدأ فجأة "انهيار" تلقائي للغاز، مما يجذب المزيد من المواد إليه بسبب قوة الجاذبية. من المقبول لدى الباحثين أن عملية مشابهة جدًا لهذه العملية تكمن وراء تكوين النجوم. وبطبيعة الحال، يستخدم آلان بوس الاكتشاف الجديد كنوع من التأكيد على نظريته.
