اكتشاف كوكب خارج المجموعة الشمسية رقيق للغاية “حلوى القطن” يصدم العلماء – “لا يمكننا تفسير كيفية تشكل هذا الكوكب”

اكتشف علماء الفلك كوكبا ضخما منخفض الكثافة اسمه WASP-193b، وهو أكبر بنسبة 50% من كوكبنا. كوكب المشتري ولكن لديها كثافة مماثلة لحلوى القطن. يتحدى هذا الاكتشاف النظريات الحالية حول تكوين الكواكب، حيث لا يستطيع العلماء تفسير كيفية تشكل مثل هذا الكوكب.

اكتشف علماء الفلك كوكبًا ضخمًا ورقيقًا وغريبًا يدور حول نجم بعيد في مجرتنا درب التبانة galaxy. تم الإبلاغ عن هذا الاكتشاف في 14 مايو في المجلة علم الفلك الطبيعي من قبل باحثين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجياوتعد جامعة لييج في بلجيكا وأماكن أخرى، مفتاحًا واعدًا لتوضيح سر تكوين هذه الكواكب العملاقة والخفيفة للغاية.

ويبدو أن الكوكب الجديد، المسمى WASP-193b، يفوق حجم كوكب المشتري، لكنه لا يمثل سوى جزء صغير من كثافته. اكتشف العلماء أن العملاق الغازي أكبر بنسبة 50% من كوكب المشتري وكثافته حوالي العُشر، وهي كثافة منخفضة للغاية، مقارنة بكثافة حلوى القطن.

WASP-193b هو ثاني أخف كوكب تم اكتشافه حتى الآن، بعد أصغر كوكب، نبتون– مثل العالم، كيبلر 51 د. إن حجم الكوكب الجديد الأكبر بكثير، بالإضافة إلى كثافته الخفيفة للغاية، يجعل من WASP-193b موضع فضول من بين أكثر من 5400 كوكب تم اكتشافها حتى الآن.

يقول خالد البرقاوي، المؤلف الرئيسي للدراسة وزميل ما بعد الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “إن العثور على هذه الأجسام العملاقة ذات الكثافة المنخفضة هذه أمر نادر جدًا حقًا”. “هناك فئة من الكواكب تسمى كواكب المشتري المتضخمة، وظلت طبيعتها لغزا لمدة 15 عاما حتى الآن. وهذه حالة متطرفة لهذه الفئة.

يضيف فرانسيسكو بوزويلوس، المؤلف الرئيسي المشارك، وهو عالم كبير في معهد الفيزياء الفلكية في الأندلس: “لا نعرف أين نضع هذا الكوكب في جميع نظريات التكوين الموجودة لدينا حاليًا، لأنه استثنائي بين جميع النظريات”. في اسبانيا. “لا يمكننا أن نفسر كيف تشكل هذا الكوكب، استنادا إلى النماذج الكلاسيكية للتطور. إن إلقاء نظرة فاحصة على غلافه الجوي سيسمح لنا بالحصول على مسار تطوري لهذا الكوكب.

من بين المؤلفين المشاركين للدراسة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا جوليان دي فيت، الأستاذ المساعد في قسم علوم الأرض والغلاف الجوي والكواكب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وأرتيم بوردانوف، زميل ما بعد الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، بالإضافة إلى متعاونين من عدة مؤسسات في جميع أنحاء أوروبا.

انطباع الفنان عن نظام WASP-193b. الائتمان: جامعة لييج

”تطور مثير للاهتمام“

تم رصد الكوكب الجديد في البداية من خلال مشروع Wide Angle Search for Planets، أو WASP، وهو تعاون دولي بين المؤسسات الأكاديمية التي تدير معًا مرصدين آليين، أحدهما في نصف الكرة الشمالي والآخر في نصف الكرة الجنوبي. يستخدم كل مرصد مجموعة من الكاميرات ذات الزاوية الواسعة لقياس سطوع آلاف النجوم الفردية في جميع أنحاء السماء.

خلال المسوحات التي أجريت بين عامي 2006 و2008، ومرة ​​أخرى بين عامي 2011 و2012، اكتشف مرصد WASP-South عمليات عبور دورية، أو انخفاضات في الضوء، لنجم WASP-193، وهو نجم ساطع قريب من الشمس، يقع على بعد 1232 سنة ضوئية من الأرض. وقرر علماء الفلك أن الانخفاضات الدورية في سطوع النجم تتوافق مع وجود كوكب يدور حول النجم ويحجب ضوءه كل 6.25 يومًا. وقام العلماء بقياس إجمالي كمية الضوء التي حجبها الكوكب خلال كل عبور، مما أعطاهم تقديرًا للحجم العملاق للكوكب، المشتري الفائق.

ثم سعى علماء الفلك إلى تحديد كتلة الكوكب، وهو قياس من شأنه أن يكشف بعد ذلك عن كثافته وربما يشير أيضًا إلى تكوينه. للحصول على تقدير للكتلة، يستخدم علماء الفلك عادةً السرعة الشعاعية، وهي تقنية يقوم العلماء من خلالها بتحليل طيف النجم أو الأطوال الموجية المختلفة للضوء أثناء دوران الكوكب حول النجم. يمكن تغيير طيف النجم بطرق محددة اعتمادًا على ما ينجذب إليه النجم، مثل الكوكب الذي يدور حوله. كلما كان الكوكب أكثر كتلة وكان أقرب إلى نجمه، كلما زاد تحول طيفه – وهو تشويه يمكن أن يعطي العلماء فكرة عن كتلة الكوكب.

بالنسبة لـ WASP-193 b، حصل علماء الفلك على أطياف إضافية عالية الدقة للنجم تم التقاطها بواسطة التلسكوبات الأرضية المختلفة وحاولوا استخدام السرعة الشعاعية لحساب كتلة الكوكب. لكنها كانت تأتي دائمًا فارغة – على وجه التحديد، كما اتضح فيما بعد، كان الكوكب خفيفًا جدًا بحيث لا يمكن اكتشافه على نجمه.

يقول دي ويت: “بشكل عام، من السهل جدًا اكتشاف الكواكب الكبيرة؛ لأنها عادةً ما تكون ضخمة وتتسبب في انجذاب قوي لنجمها”. “لكن ما كان صعبًا بشأن هذا الكوكب هو أنه على الرغم من ضخامة حجمه، إلا أن كتلته وكثافته منخفضة جدًا لدرجة أنه كان من الصعب جدًا اكتشافه باستخدام تقنية السرعة الشعاعية وحدها. لقد كان تطورًا مثيرًا للاهتمام.

“[WASP-193b] يقول البرقاوي: “إنها خفيفة للغاية لدرجة أنها استغرقت أربع سنوات لجمع البيانات وإظهار وجود إشارة جماعية، لكنها في الواقع صغيرة جدًا”.

ويضيف بوزويلوس: “في البداية حصلنا على كثافات منخفضة للغاية، وهو الأمر الذي كان من الصعب جدًا تصديقه في البداية”. “لقد كررنا عملية تحليل جميع البيانات عدة مرات للتأكد من أن هذه هي الكثافة الحقيقية للكوكب، لأنها كانت نادرة للغاية.”

عالم منتفخ

وفي النهاية، أكد الفريق أن الكوكب كان خفيفًا للغاية بالفعل. وحسبوا أن كتلته كانت حوالي 0.14 من كتلة المشتري. وكانت كثافته المشتقة من كتلته حوالي 0.059 جرامًا لكل سنتيمتر مكعب. ومن ناحية أخرى، يزن كوكب المشتري حوالي 1.33 جرامًا لكل سنتيمتر مكعب؛ والأرض 5.51 جرام لكل سنتيمتر مكعب. ولعل أقرب المواد من حيث الكثافة إلى الكوكب المنتفخ الجديد هي حلوى القطن، التي تبلغ كثافتها حوالي 0.05 جرام لكل سنتيمتر مكعب.

يقول البرقاوي: “الكوكب خفيف جدًا لدرجة أنه من الصعب تخيل وجود مادة مماثلة في الحالة الصلبة”. “السبب في أنها قريبة من حلوى القطن هو أن كلاهما مصنوع في المقام الأول من الغازات الخفيفة بدلاً من المواد الصلبة. الكوكب رقيق جدًا في الأساس.

ويشتبه الباحثون في أن الكوكب الجديد يتكون في معظمه من الهيدروجين والهيليوم، مثل معظم الكواكب الغازية العملاقة الأخرى في المجرة. بالنسبة لـ WASP-193b، من المحتمل أن تشكل هذه الغازات غلافًا جويًا منتفخًا للغاية يمتد لعشرات الآلاف من الكيلومترات أبعد من الغلاف الجوي لكوكب المشتري. كيف يمكن لكوكب أن يتضخم إلى هذا الحد مع الحفاظ على كثافة خفيفة للغاية؟ هو سؤال لا تستطيع أي نظرية موجودة حول تكوين الكواكب الإجابة عليه حتى الآن.

للحصول على صورة أفضل للعالم الجديد الرقيق، يخطط الفريق لاستخدام تقنية طورها دي ويت سابقًا، لاستنتاج أولًا خصائص معينة للغلاف الجوي للكوكب، مثل درجة حرارته وتكوينه والضغط عند أعماق مختلفة. ويمكن بعد ذلك استخدام هذه الميزات لتحديد كتلة الكوكب بدقة. في الوقت الحالي، ينظر الفريق إلى WASP-193b كمرشح مثالي لدراسة المتابعة من قبل مراصد مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي.

يوضح دي ويت: “كلما كان الغلاف الجوي للكوكب أكبر، كلما زاد عدد الضوء الذي يمكن أن يمر عبره”. “لذا فمن الواضح أن هذا الكوكب هو أحد أفضل الأهداف التي لدينا لدراسة تأثيرات الغلاف الجوي.” سيكون حجر رشيد لمحاولة حل لغز كواكب المشتري المتضخمة.

المرجع: “جو ممتد منخفض الكثافة حول كوكب بحجم المشتري WASP-193 b” بقلم خالد البرقاوي، فرانسيسكو ج. بوزويلوس، كويل هيلير، باري سمالي، لويز د. نيلسن، براجوال نيراولا، مايكل جيلون، جوليان دي ويت، سيمون مولر، كارولين دورن، رافيت هيلد، إيمانويل جيهين، بريس أوليفييه ديموري، فاليري فان غروتيل، عبد الرحمن سبكيو، مراد غاشوي، ديفيد. أندرسون، زهير بن خلدون، فرانسوا بوشي، أرتيم بوردانوف، ليتيسيا ديلريز، إلسا دوكروت، ليونيل جارسيا، عبد الهادي الجابري، مونيكا ليندل، بيير إف إل ماكستيد، كاتريونا أ. موراي، بيتر بيلمان بيدرسن، ديدييه كيلو، دانييل سيباستيان، أوليفر تورنر، ستيفان أودري، وماتيلد تيمرمانز، وأموري إتش إم جي تريود، وريتشارد جي ويست، 14 مايو 2024، علم الفلك الطبيعي.
DOI: 10.1038/s41550-024-02259-y

تم تمويل هذا البحث جزئيًا من قبل اتحاد الجامعات ومن قبل مجلس مرافق العلوم والتكنولوجيا في المملكة المتحدة لـ WASP؛ مجلس البحوث الأوروبي؛ اتحاد والونيا-بروكسل؛ ومؤسسة Heising-Simons، وColin وLeslie Masson وPeter A. Gilman، الذين يدعمون Artemis وتلسكوبات SPECULOOS الأخرى.