سلسلة من الصور الجديدة تكشف أن الكواكب تتشكل في الحساء العضوي وليس هناك نوعان من الحساء متشابهان

رسم علماء الفلك المواد الكيميائية داخل مشاتل الكواكب بتفاصيل غير عادية. تكشف الخرائط التي تم كشف النقاب عنها حديثًا عن مواقع عشرات الجزيئات داخل خمسة أقراص كوكبية أولية – مناطق من الغبار والغاز حيث تتشكل الكواكب حول النجوم الفتية.

تشرح كارين أوبرج ، عالمة الفلك في مركز الفيزياء الفلكية: “هذه الأقراص المكونة للكواكب تعج بالجزيئات العضوية ، بعضها متورط في أصول الحياة هنا على الأرض”. هارفارد وسميثسونيان (CfA) الذي قاد مشروع رسم الخرائط. “هذا مثير حقًا ؛ المواد الكيميائية الموجودة في كل قرص ستؤثر في النهاية على نوع الكواكب التي تتشكل – وتحدد ما إذا كانت الكواكب قادرة على استضافة الحياة أم لا.”

تم نشر سلسلة من 20 ورقة توضح بالتفصيل المشروع ، المسمى بشكل مناسب الجزيئات مع ALMA في موازين تشكيل الكوكب ، أو MAPS ، اليوم في مستودع الوصول المفتوح arXiv. كما تم قبول الأوراق إلى ملحق مجلة الفيزياء الفلكية كسلسلة إصدار خاص قادم لعرض الصور عالية الدقة وآثارها.

تتكون الكواكب في شوربات مختلفة

تكشف الخرائط الجديدة للأقراص أن المواد الكيميائية الموجودة في أقراص الكواكب الأولية لا توجد بشكل موحد في كل قرص ؛ بدلاً من ذلك ، كل قرص عبارة عن حساء مختلف لتكوين الكواكب ، أو كيس مختلط من الجزيئات ، أو مكونات كوكبية. تشير النتائج إلى أن تكوين الكواكب يحدث في بيئات كيميائية متنوعة وأنه أثناء تشكلها ، قد يتعرض كل كوكب لجزيئات مختلفة إلى حد كبير اعتمادًا على موقعه في القرص.

يقول أوبيرج ، المؤلف الرئيسي لـ MAPS I (https://arxiv.org/abs/2109.06268) ، وهي الورقة الأولى في السلسلة: “تُظهر خرائطنا أهمية كبيرة في المكان الذي يتشكل فيه الكوكب في القرص”. “العديد من المواد الكيميائية الموجودة في الأقراص عضوية ، ويختلف توزيع هذه المواد العضوية بشكل كبير داخل قرص معين. يمكن أن يتشكل كوكبان حول نفس النجم ولهما قوائم جرد عضوية مختلفة جدًا ، وبالتالي الاستعدادات للحياة.”

قاد تشارلز لو ، طالب الدراسات العليا في CfA ، MAPS III (https://arxiv.org/abs/2109.06210) ، الدراسة التي حددت المواقع المحددة لـ 18 جزيء – بما في ذلك سيانيد الهيدروجين ، والنتريل الأخرى المرتبطة بأصول الحياة – في كل من الأقراص الخمسة. تم التقاط الصور باستخدام Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) في عامي 2018 و 2019. تطلبت الكمية الهائلة من البيانات التي تم جمعها محرك أقراص ثابتة سعة 100 تيرابايت واستغرق الأمر عامين لتحليلها وتقسيمها إلى خرائط منفصلة لكل جزيء.

فاجأت الخرائط النهائية لكل قرص لو وأظهرت أن “فهم الكيمياء التي تحدث حتى في قرص واحد هو أكثر تعقيدًا مما كنا نظن”.

يوضح لو: “يبدو كل قرص منفردًا مختلفًا تمامًا عن القرص التالي ، مع مجموعته المميزة من البنى التحتية الكيميائية”. “الكواكب التي تتشكل في هذه الأقراص ستواجه بيئات كيميائية مختلفة جدًا.”

صيد الأطفال حديثي الولادة على كوكب الأرض

قدم مشروع MAPS لعلماء الفلك فرصًا لدراسة أكثر من مجرد البيئة الكيميائية للأقراص.

يقول أوبيرج: “استخدم فريقنا هذه الخرائط لإظهار مكان وجود بعض الكواكب المتكونة داخل أقراص ، مما يمكن العلماء من ربط الحساء الكيميائي المرصود بالتركيبات المستقبلية لكواكب معينة”.

قاد هذه الجهود ريتشارد تيج ، زميل مصفوفة المقاييس الفرعية في CfA ، الذي استخدم البيانات والصور التي جمعتها MAPS للبحث عن كواكب حديثة الولادة.

علماء الفلك واثقون من أن الكواكب تتشكل في أقراص كوكبية أولية ، ولكن هناك مشكلة: لا يمكنهم رؤيتها مباشرة. الغازات والغبار الكثيف ، اللذان سيستمران حوالي ثلاثة ملايين سنة ، يحجبان الشباب ويطورون الكواكب من الأنظار.

يقول تيج: “إن الأمر أشبه بمحاولة رؤية سمكة تحت الماء”. “نحن نعلم أنهم هناك ، لكن لا يمكننا أن ننظر إلى هذا الحد بعيدًا. علينا البحث عن علامات خفية على سطح الماء ، مثل التموجات والأمواج.”

في أقراص الكواكب الأولية ، يدور الغاز والغبار بشكل طبيعي حول نجم مركزي. يجب أن تظل سرعة المادة المتحركة ، التي يستطيع علماء الفلك قياسها ، ثابتة في جميع أنحاء القرص. ولكن إذا كان كوكب ما كامنًا تحت السطح ، يعتقد تيج أنه يمكن أن يزعج قليلاً الغاز الذي يسافر حوله ، مما يتسبب في انحراف بسيط في السرعة أو تحرك الغاز الحلزوني بطريقة غير متوقعة.

باستخدام هذا التكتيك ، حلل تيج سرعات الغاز في اثنين من أقراص الكواكب الأولية الخمسة – حول النجوم الفتية HD 163296 و MWC 480. كشفت الفواق الصغيرة في السرعة في أجزاء معينة من الأقراص عن كوكب صغير يشبه كوكب المشتري مضمنًا في كل قرص من الأقراص . تم تفصيل الملاحظات في MAPS XVIII (https://arxiv.org/abs/2109.06218).

يقول تيج إنه مع نمو الكواكب ، فإنها في النهاية “ستفتح فجوات في بنية الأقراص” حتى نتمكن من رؤيتها ، لكن العملية ستستغرق آلاف السنين.

يأمل تيج في تأكيد الاكتشافات في وقت أقرب من ذلك باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي المرتقب. يقول: “يجب أن يكون لديها حساسية لتحديد الكواكب”.

يأمل لو أيضًا في تأكيد النتائج من خلال دراسة المزيد من أقراص الكواكب الأولية في المستقبل.

يقول لو ، “إذا أردنا معرفة ما إذا كان التنوع الكيميائي الذي لوحظ في MAPS نموذجيًا ، فسنحتاج إلى زيادة حجم العينة ورسم المزيد من الأقراص بنفس الطريقة.”

حول ألما

مصفوفة Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) ، وهي منشأة دولية لعلم الفلك ، هي شراكة بين المنظمة الأوروبية للبحوث الفلكية في نصف الكرة الجنوبي (ESO) ، ومؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية (NSF) والمعاهد الوطنية للعلوم الطبيعية ( NINS) اليابانية بالتعاون مع جمهورية تشيلي. يتم تمويل ALMA من قبل ESO نيابة عن الدول الأعضاء فيها ، من قبل NSF بالتعاون مع المجلس الوطني للبحوث في كندا (NRC) ووزارة العلوم والتكنولوجيا (MOST) ومن قبل NINS بالتعاون مع Academia Sinica (AS) في تايوان والمعهد الكوري لعلوم الفضاء والفلك (KASI).

تتم قيادة عمليات إنشاء ALMA وعملياتها بواسطة ESO نيابة عن الدول الأعضاء فيها ؛ بواسطة المرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي (NRAO) ، الذي تديره Associated Universities، Inc. (AUI) ، نيابة عن أمريكا الشمالية ؛ ومن قبل المرصد الفلكي الوطني في اليابان (NAOJ) نيابة عن شرق آسيا. يوفر مرصد ALMA المشترك (JAO) القيادة الموحدة والإدارة لبناء وتشغيل وتشغيل ALMA.

عن مركز الفيزياء الفلكية | هارفارد وسميثسونيان

مركز الفيزياء الفلكية | Harvard & Smithsonian عبارة عن تعاون بين Harvard و Smithsonian مصمم لطرح – والإجابة في نهاية المطاف – أعظم أسئلة البشرية التي لم يتم حلها حول طبيعة الكون. يقع المقر الرئيسي لمركز الفيزياء الفلكية في كامبريدج ، ماساتشوستس ، مع مرافق بحثية في جميع أنحاء الولايات المتحدة وحول العالم.

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *