عملاق غير غازي تبلغ كتلته 73 مرة كتلة الأرض، مما يذهل مكتشفيه – آرس تكنيكا

كان العلماء يعملون على نماذج لتكوين الكواكب منذ ما قبل أن نعرف وجود الكواكب الخارجية. استرشدت هذه النماذج في الأصل بخصائص الكواكب في نظامنا الشمسي، وأصبحت جيدة بشكل ملحوظ في حساب الكواكب الخارجية في نظامنا الشمسي، مثل الكواكب الأرضية الفائقة وكواكب نبتون الساخنة. أضف إلى ذلك قدرة الكواكب على الحركة بفضل تفاعلات الجاذبية، ويمكن بشكل عام حساب خصائص الكواكب الخارجية.

واليوم، يعلن فريق دولي كبير من الباحثين أنهم اكتشفوا شيئًا لا تستطيع نماذجنا تفسيره. إنه بحجم نبتون تقريبًا ولكنه أكبر منه بأربع مرات. كثافته – أكبر من كثافة الحديد – تجعل الكوكب بأكمله صلبًا بالكامل تقريبًا أو يحتوي على محيط عميق بما يكفي لغمر كواكب بأكملها. ليس من المرجح بشكل خاص، على الرغم من أن مكتشفيه يقدمون نظريتين لتكوينه.

منفتح غريب

بدأت دراسة الكوكب الجديد كما يفعل الكثيرون الآن: فقد تم تحديده كجسم مثير للاهتمام بواسطة القمر الصناعي لمسح الكواكب الخارجية العابرة (TOI، TESS Object of Interest). TOI-1853 أصغر قليلاً من شمسنا، بكتلة تبلغ 0.8 ضعف كتلتها. وكانت هناك علامات واضحة على وجود كوكب قريب من النجم، المعروف الآن باسم TOI-1853 b. يدور الكوكب بالقرب من نجمه المضيف، ويكمل مدارًا كاملاً في 1.24 يومًا.

واستخدم الباحثون ذلك الوقت لتحديد المسافة التي يدور حولها الكوكب. واستنادًا إلى تلك المسافة، وحجم النجم، وكمية الضوء التي يحجبها الكوكب، يمكن تقدير حجم الكوكب. وكان نصف قطره 3.5 مرة نصف قطر الأرض، مما يجعله أصغر قليلاً من نبتون.

وهذا في حد ذاته ليس بالأمر غير المعتاد. تم اكتشاف العديد من الكواكب بحجم نبتون. لكن الجمع بين الحجم والقرب من النجم كان غير متوقع. وهذا يضعه في ما يسمى بـ “صحراء نبتون الساخنة”، حيث يجرد الإشعاع الشديد للنجم الغلاف الجوي للكوكب. يتم تجريد نبتون التي تصل إلى ظروف صحراوية حارة إلى قلبها الصخري، مما يجعلها أرضًا فائقة.

فماذا كان يفعل TOI-1853 b في الصحراء؟ لمعرفة ذلك، استخدم الباحثون مراصد أرضية لتتبع حركة النجم المضيف لـ TOI-1853 b أثناء تحرك جاذبيته عبر مداره. يتم استخدام تسارع حركة النجم بسبب هذا السحب لحساب كتلة الكوكب.

اتضح أن هناك TOI-1853 ب كثيراً كتلة. وتقدر كتلته بـ 73 مرة كتلة الأرض، أو أربعة أضعاف كتلة نبتون. ومن الواضح أن هذا يعني أن تكوينه يجب أن يكون مختلفًا تمامًا عن تكوين نبتون.

تدور داخل وخارج؟

الباحثون المشاركون في اكتشافه ينفقون قدرًا لا بأس به من النص يصفون كيف يصنع TOI-1853 b من الخارج. هناك كواكب ذات كثافات مماثلة، لكنها عادة ما تكون أصغر بكثير – أرض فائقة تتشكل عن طريق تجريد كوكب مثل نبتون من الغلاف الجوي. هناك كواكب ذات كتل مماثلة، لكنها أكبر بمرتين تقريبًا وقد يكون لها غلاف جوي و/أو محيطات واسعة النطاق. “إنها تحتل جزءًا صغيرًا من مدار الكتلة [distance] وخلص الباحثون إلى أن “موقع الكواكب الساخنة، المشابه للمنطقة القاحلة في صحراء نبتون الساخنة، كان في السابق خاليا من الأجسام”.

المغامرات لا تنتهي عند هذا الحد. فيما يلي بعض الأغاني المنطقية نظرًا لكثافة اللعب. يتكون الكوكب من مواد صخرية تشبه الأرض تقريبًا، وله غلاف جوي رقيق جدًا يشكل حوالي واحد بالمائة من كتلته. وبدلاً من ذلك، يتم توزيع الكتلة بالتساوي بين النواة الصخرية والوشاح الذي يحتوي على كميات هائلة من المياه.

وبطبيعة الحال، لن يكون الماء كما نعرفه. نظرًا لقربها من نجمها المضيف والضغوط الهائلة من مثل هذا المحيط، فإن هذا الماء سيكون على الأقل في حالة فوق حرجة، والضغط بالقرب من النواة الصخرية سيجبر الماء على تكوين مادة صلبة عالية الضغط. داخل المركز الأمور مختلفة بنفس القدر. وكما لاحظ الباحثون، فإن “خصائص المادة عند مثل هذه الضغوط المركزية العالية لا تزال غير مؤكدة”.

نحن لا نكافح من أجل فهم حاضرها فحسب، بل إننا في حيرة عندما يتعلق الأمر بماضيها. قبل أن يصل TOI-1853 b إلى كتلته الحالية، كانت جزيئات الغبار الصغيرة قد تراكمت من القرص الذي يشكل الكوكب، كما أن حتى كوكب صغير قد يعطل القرص. وبما أن المواد الصلبة تواجه صعوبة في التكثيف هناك، فمن غير المرجح أن تكون قد تشكلت في موقعها الحالي.

احتمالان، لا توجد فرصة

يقترح الباحثون احتمالين. الأول هو أن مجموعة من الكواكب الصغيرة تشكلت بشكل أكبر ثم تبخرت تدريجيًا في القرص، مما تسبب في اضطراب مداراتها. وربما أدى ذلك إلى اصطدامات أدت إلى تفتت العديد من الكواكب، ثم شكل حطامها جسمًا. لكن هذه العمليات لا تؤدي إلى تكوين أجسام منفردة، وسيتطلب الأمر الكثير من الكواكب لحمل ما يعادل 73 مادة من الأرض.

وبدلاً من ذلك، تتشكل العديد من الكواكب الغازية العملاقة في مكان أبعد ثم تعطل مدارها، تاركة واحدًا آخر غريب الأطوار، مع جزء من المدار قريب جدًا من النجم المضيف. وهذا من شأنه أن يسمح للمواد بالتراكم من المناطق الداخلية للقرص الذي يشكل الكوكب، مما يسمح لكوكب شبيه بالمشتري بمضاعفة كتلته. سيسمح لها مدارها الأقصى بنقل غلافها الجوي إلى النجم. وبعد اكتمال هذه العمليات، فإن تفاعلات المد والجزر بين الكوكب والنجم ستجعل مداره أكثر انتظامًا في النهاية.

لا يوجد شيء مستحيل فيزيائيًا بشأن أي من آليات التكوين المحتملة هذه، لكن كلاهما يتطلب سلسلة من الأحداث غير المحتملة. إن الكون كبير، ومن الممكن أن تحدث تلك الأشياء في مكان ما، لكن يبدو من غير المعقول أن نتوقع أن نعثر على استنتاجاتها بهذه السرعة.

الشيء الوحيد الذي يساعدنا على فهم أصل TOI-1853 b هو وجود كواكب أخرى في النظام، مما يمكن أن يساعدنا على فهم ما يحدث في المناطق الداخلية لهذا النظام الخارجي. إن TOI-1853 b كبير جدًا وقريب جدًا لدرجة أنه ينتج إشارة هائلة لدرجة أنه كان سيواجه مشكلة في اكتشاف أي كواكب أخرى في النظام. ويقدر الباحثون أن شيئًا ضخمًا مثل 10 كواكب أرضية يمكن أن يدور بالقرب من النجم، وكنا قد فاتنا ذلك. يمكن أن تكون الملاحظات المستمرة مفتاحًا لفهم النظام.

الطبيعة، 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-06499-2 (حول معرفات الهوية الرقمية).