“حلوى القطن” الرقيقة جدًا، اكتشاف كوكب خارج المجموعة الشمسية يصدم العلماء – “لا يمكننا تفسير كيفية تشكل هذا الكوكب”

اكتشف علماء الفلك كوكبًا ضخمًا ومنخفض الكثافة يُسمى WASP-193b وهو أكبر بنسبة 50%. يوم الخميس لكنها كثيفة مثل حلوى القطن. يتحدى هذا الاكتشاف النظريات الحالية حول تكوين الكواكب، حيث لا يستطيع العلماء تفسير كيفية تشكل مثل هذا الكوكب.

اكتشف علماء الفلك كرة غريبة ورقيقة عملاقة لكوكب يدور حول نجم بعيد. درب التبانة المجرة. تم نشر هذا الاكتشاف في مجلة 14 مايو علم الفلك الطبيعي على يد باحثين من معوفي جامعة لييج في بلجيكا وأماكن أخرى، يحمل هذا الاكتشاف مفتاحًا واعدًا للغموض الذي يكتنف كيفية تشكل مثل هذه الكواكب العملاقة فائقة الخفة.

ويبدو أن الكوكب الجديد، المسمى WASP-193b، يبدو قزمًا بالنسبة لحجم كوكب المشتري، على الرغم من أن كثافته تمثل جزءًا صغيرًا من كثافته. ويقدر العلماء أن العملاق الغازي أكبر بنسبة 50% من كوكب المشتري وعشر كثافته – وهي أقل كثافة، مقارنة بحلوى القطن.

WASP-193b هو ثاني أخف كوكب تم اكتشافه حتى الآن، بعد أصغر كوكب. نبتون– مثل العالم، كيبلر 51D. إن الحجم الهائل للكوكب الجديد، إلى جانب كثافته الخفيفة للغاية، يجعل من WASP-193b الكوكب الأكثر غرابة من بين أكثر من 5400 كوكب تم اكتشافه حتى الآن.

يقول خالد البرغوي، مؤلف الدراسة الرئيسي وباحث ما بعد الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “إن العثور على هذه الأجسام العملاقة بمثل هذه الكثافات الصغيرة أمر نادر للغاية”. “هناك فئة من الكواكب تسمى المشتريات الصفراء، وما هي عليه كان لغزا لمدة 15 عاما حتى الآن. وهذه حالة متطرفة من تلك الفئة.

يقول المؤلف الرئيسي المشارك فرانسيسكو بوزويلوس، وهو باحث كبير في معهد الأندلس للفيزياء الفلكية: “لا نعرف أين نضع هذا الكوكب بين جميع نظريات التكوين الموجودة لدينا الآن، لأنه خارجها جميعًا”. فى اسبانيا. “لا يمكننا تفسير كيفية تشكل هذا الكوكب بناءً على النماذج التطورية الكلاسيكية. إن النظر عن كثب إلى غلافه الجوي سيسمح لنا باستخلاص المسار التطوري للكوكب.

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

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

“تطور مثير للاهتمام”

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

في المسوحات التي تم إجراؤها بين عامي 2006 و2008، ومرة ​​أخرى في عامي 2011 و2012، اكتشف مرصد WASP-South انفجارات دورية، أو انخفاضات، في ضوء WASP-193، وهو نجم لامع قريب يشبه الشمس يقع على بعد 1232 سنة ضوئية من الأرض. . وقرر علماء الفلك أن سطوع النجم يتناقص مع مرور الوقت، حيث يدور كوكب حول النجم كل 6.25 يوما ويحجب ضوءه. وقام العلماء بقياس إجمالي كمية الضوء المحجوب عند كل عبور للكوكب، مما أعطى تقديرًا لحجم كوكب المشتري العملاق.

ثم حاول علماء الفلك استنتاج كتلة الكوكب، وهو ما من شأنه أن يكشف عن كثافته ويقدم أدلة على تركيبه. للحصول على تقدير الكتلة، يستخدم علماء الفلك عادة السرعة الشعاعية، وهي تقنية يقوم العلماء من خلالها بتحليل طيف النجم، أو أطوال موجية مختلفة من الضوء، عندما يدور كوكب حول النجم. يمكن تغيير طيف النجم بطرق محددة اعتمادًا على ما يجذب النجم، مثل الكوكب الذي يدور حوله. كلما كان الكوكب أكثر ضخامة، وكان أقرب إلى نجمه، زادت قدرة طيفه على التحول، مما 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 استمرت في الخروج فارغة، إذ كان الكوكب على وجه التحديد، كما اتضح فيما بعد، خفيفًا جدًا لدرجة أنه لم يكن هناك قوة سحب يمكن اكتشافها على نجمه.

يشرح دي ويت: “بشكل عام، من الأسهل اكتشاف الكواكب الضخمة لأنها عادة ما تكون ضخمة، وتؤدي إلى سحب كبير على نجمها”. “لكن الشيء الصعب في هذا الكوكب هو أنه على الرغم من ضخامة حجمه، إلا أن كتلته وكثافته منخفضة جدًا لدرجة أنه كان من الصعب حقًا اكتشافها باستخدام تقنية السرعة الشعاعية. لقد كان تطورًا مثيرًا للاهتمام.

“[WASP-193b] يقول البرغوي: “إنها خفيفة جدًا، وقد استغرق الأمر أربع سنوات لجمع البيانات وإظهار وجود إشارة جماعية، لكنها في الواقع صغيرة جدًا”.

ويضيف بوزويلوس: “لقد حصلنا على كثافة منخفضة جدًا في البداية، وهو أمر كان من الصعب جدًا تصديقه في البداية”. “هذا نادر جدًا لأننا كررنا كل عملية تحليل البيانات عدة مرات للتأكد من أن هذه هي الكثافة الحقيقية للكوكب.”

عالم قابل للنفخ

وفي النهاية، أكد الفريق أن الكوكب خفيف جدًا. وقد حسبوا كتلته بأنها 0.14 من كتلة المشتري. وبلغت كثافته المشتقة من كتلته حوالي 0.059 جرام لكل سنتيمتر مكعب. وعلى النقيض من ذلك، يبلغ وزن كوكب المشتري حوالي 1.33 جرامًا لكل سنتيمتر مكعب؛ والأرض أثقل بوزن 5.51 جرام لكل سنتيمتر مكعب. حلوى القطن، التي تبلغ كثافتها حوالي 0.05 جرام لكل سنتيمتر مكعب، هي أقرب مادة من حيث الكثافة إلى كوكب جديد منتفخ.

يقول البرغوي: “الكوكب خفيف جدًا، لدرجة أنه من الصعب التفكير في جسم متجانس ذي حالة صلبة”. “السبب في أنها أقرب إلى حلوى القطن هو أن كلاهما يتكون في الغالب من غازات خفيفة وليس من مواد صلبة. الكوكب في الأساس رقيق للغاية.

ومثل الكواكب الغازية العملاقة الأخرى في المجرة، يشتبه الباحثون في أن الكوكب الجديد يتكون في الغالب من الهيدروجين والهيليوم. وفي حالة WASP-193b، يمكن أن تشكل هذه الغازات غلافًا جويًا كبيرًا عاصفًا يمتد عشرات الآلاف من الكيلومترات خارج الغلاف الجوي لكوكب المشتري. إلى أي مدى يمكن للكوكب أن يتراكم مع الحفاظ على كثافة الضوء الفائقة، هو سؤال لا تستطيع أي نظرية موجودة حول تكوين الكوكب الإجابة عليه حتى الآن.

للحصول على صورة أفضل للعالم الإسفنجي الجديد، يخطط الفريق لاستخدام تقنية دي فيت المطورة مسبقًا للحصول أولاً على بعض خصائص الغلاف الجوي للكوكب، مثل درجة حرارته وتكوينه وضغطه على أعماق مختلفة. ويمكن استخدام هذه الخصائص لحساب كتلة الكوكب بدقة. في الوقت الحالي، يرى الفريق مراصد مثل WASP-193b كمرشح جيد لدراسة المتابعة. تلسكوب جيمس ويب الفضائي.

يقول دي ويت: “كلما كان الغلاف الجوي للكوكب أكبر، كلما زاد عدد الضوء الذي يمكن أن يمر عبره”. “لذلك فمن الواضح أن هذا الكوكب هو أحد أفضل الأهداف لدراسة تأثيرات الغلاف الجوي. ويمكن أن يكون بمثابة حجر رشيد لمحاولة حل لغز كوكب المشتري المتضخم.

المرجع: “جو ممتد منخفض الكثافة حول كوكب بحجم المشتري WASP-193 b” خالد البرجوي، فرانسيسكو ج. بوسويلوس، جويل هيلير، باري سمالي، لويس د. نيلسن، براجفال نيرافلا، مايكل جيلين، جوليان دي فيت، سيمون مولر، كارولين دورن، رافيت هيلد، إيمانويل زين، برايس أوليفر ديموري، فاليري فان غرودل، عبد الرحمن سوبكيو، مراد كاشوي، ديفيد. ر. أندرسن، زهير بنكلتون، فرانسوا بوشي، أرتيم بوردانوف، ليتيتيا ديلريس، إلسا دوكروت، ليونيل جارسيا، عبد الهادي جابري، مونيكا ليندل، بيير إف إل ماكستيدت، كاتريونا أ. موراي، بيتر بيلمان بيدرستون، عزيزي كولباتشين، عزيزي، عزيزي، ستيفن وودري، ماتيلد تيمرمانز، أموري إتش إم جي درياد، وريتشارد جي. الغرب 14 مايو علم الفلك الطبيعي.
DOI: 10.1038/s41550-024-02259-y

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