تصاعدت عملية البحث عن الكواكب الأخرى في مجرتنا في العقود القليلة الماضية ، حيث تم اكتشاف 3869 كواكب في 2886 نظامًا و 2898 مرشحًا آخر ينتظرون التأكيد. على الرغم من أن اكتشاف هذه الكواكب علم العلماء الكثير عن أنواع الكواكب الموجودة في مجرتنا ، إلا أنه لا يزال هناك الكثير مما لا نعرفه عن عملية تكوين الكواكب.
للإجابة على هذه الأسئلة ، استخدم فريق دولي مؤخرًا صفيف Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) لإجراء أول مسح واسع النطاق وعالي الدقة للأقراص الكواكب الأولية حول النجوم القريبة. يُعرف هذا البرنامج ، المعروف باسم الهياكل الأساسية للقرص في مشروع الدقة العالية الزاوية (DSHARP) ، بصور عالية الدقة لـ 20 نظامًا قريبًا حيث كان الغبار والغاز في عملية تشكيل كواكب جديدة.
وقد تم نشر نتائجهم في سلسلة من عشر أوراق من المقرر أن تظهر في عدد خاص من رسائل مجلة الفيزياء الفلكية. ضم الفريق المسؤول أعضاء من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية (CfA) ومرصد ALMA المشترك والعديد من المراصد ومعاهد البحوث والجامعات.
في كل حالة ، لاحظ باحثو DSHARP وجود فجوات في القرص كانت بعيدة عن النجم المركزي وبدا أنها ترسم الأجزاء الداخلية والخارجية من القرص. كانت الحلقات الناتجة أيضًا معبأة بكثافة أو شكلت عصابات أرق ، اعتمادًا على بعدها عن النجم. وأشاروا إلى أن هذه الأنماط قد تكون نتيجة لمصاحبة كوكبية غير مرئية تزعج القرص.
الاحتمال الآخر هو أن هياكل القرص تخضع لعدم استقرار عالمي مماثل لتلك التي شوهدت في المجرات الحلزونية (مثل درب التبانة). ووفقًا للباحثين ، فإن التفسير الأكثر إقناعًا هو أن الكواكب الكبيرة (مثل عمالقة الغاز) كانت تتشكل في الغالب في الخارج تصل إلى الأقراص ، مما يشير إلى أن تكوين الكوكب يحدث بشكل أسرع بكثير مما تسمح به النظريات الحالية حول تكوين الكوكب.
سيساعد هذا التفسير المحتمل أيضًا على تفسير كيف أن الكواكب الأرضية (أي صخرية ومماثلة في الحجم) التي تكون أقرب إلى نجومها قادرة على البقاء في المراحل الأولى من تكوينها. شرح شون أندروز ، عالم الفلك في مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية (CfA) وأحد قادة * حملة رصد ALMA ، أهمية هذه النتائج في بيان صحفي صادر عن NRAO:
"كان الهدف من حملة المراقبة التي استمرت شهورًا هو البحث عن القواسم المشتركة والاختلافات في الأقراص الكوكبية الأولية. كشفت رؤية ALMA الحادة بشكل ملحوظ عن الهياكل غير المرئية وأنماط معقدة بشكل غير متوقع. نحن نرى تفاصيل واضحة حول تشكيلة واسعة من النجوم الشباب من مختلف الكتل. إن التفسير الأكثر إقناعًا لهذه الميزات الصغيرة شديدة التنوع هو أن هناك كواكب غير مرئية تتفاعل مع مادة القرص. "
وفقًا للنماذج الرائدة في تكوين الكوكب ، تولد الكواكب من خلال التراكم التدريجي للغبار والغاز داخل قرص كوكبي أولي. يبدأ هذا بحبات انصهار الغبار لتشكيل صخور أكبر وأكبر حتى تظهر الكويكبات ، الكواكب الاستوائية والكواكب. يُعتقد أن هذه العملية تستغرق ملايين السنين ، مما يعني أن الأقراص الكوكبية الأولية في الأنظمة القديمة ستكون أكثر وضوحًا تتأثر بها.
ومع ذلك ، أشارت الملاحظات المبكرة التي أجرتها ALMA إلى أن العديد من أقراص الكواكب الأولية الشابة لها هياكل محددة جيدًا مثل الحلقات والفجوات. ترتبط هذه الميزات عادةً بوجود الكواكب ، وقد تم العثور عليها حتى في عدد قليل من الأنظمة التي كان عمرها مليون سنة فقط. كما أوضحت جين هوانغ ، خريجة كلية CfA وعضو فريق البحث:
"كان من المدهش رؤية التوقيعات المحتملة لتشكيل الكوكب في أول صور عالية الدقة للأقراص الصغيرة. كان من المهم معرفة ما إذا كانت هذه الحالات شاذة أو إذا كانت هذه التوقيعات شائعة في الأقراص ".
نظرًا لأن مجموعة العينات المبكرة كانت صغيرة جدًا ، تم تحميل حملة DSHARP لمراقبة أقراص الكواكب الأولية الأخرى للمقارنة. نظرًا لأنه من المعروف أن جزيئات الغبار تتوهج في الطول الموجي المليمتر ، فقد تمكن فريق الحملة من استخدام صفيف ALMA لتعيين توزيع كثافة أحزمة الغبار بدقة حول أنظمة النجوم الصغيرة و (اعتمادًا على مسافة النجم) لتعيين المعالم على أنها صغيرة مثل عدد قليل من الوحدات الفلكية.
في النهاية ، وجد فريق البحث أن العديد من الهياكل الفرعية (أي فجوات متحدة المركز وحلقات ضيقة) كانت مشتركة بين جميع الأقراص تقريبًا ، في حين كانت الأنماط اللولبية واسعة النطاق والسمات الشبيهة بالقوس أكثر ندرة. ووجدوا أيضًا أن الأقراص والثغرات كانت موجودة على مدى واسع من المسافات من النجوم المضيفة - بدءًا من عدد قليل من وحدات AUs إلى أكثر من مائة.
كما لوحظ ، يمكن أن تساعد هذه الملاحظات في حل لغز دائم عندما يتعلق الأمر بنظريات تكوين الكوكب. على وجه التحديد ، تساءل علماء الفلك عن كيفية تشكل الكواكب عندما تتسبب ديناميكيات القرص الكواكب الأولي الناعم في سقوط أي جسم يزيد قطره عن سنتيمتر واحد في نجمه المضيف. في ظل هذه الظروف ، لا ينبغي أن توجد أجسام صخرية أكبر من كويكب.
بشكل أساسي ، فإن حلقات الغبار الكثيفة التي لاحظها الفريق ستخلق اضطرابات في القرص ، والتي يمكن أن تخلق مناطق تكون فيها الكائنات الحية الكوكبية آمنة ولديها الوقت الذي تحتاجه للنمو إلى كواكب. كما أشارت لورا بيريز ، الباحثة في جامعة تشيلي وعضو فريق البحث ، إلى:
"عندما كشفت ALMA حقًا عن قدراتها بصورتها الأيقونية لـ HL Tau ، كان علينا أن نتساءل عما إذا كان ذلك بعيدًا لأن القرص كان ضخمًا وصغيرًا نسبيًا. تُظهر هذه الملاحظات الأخيرة ، على الرغم من أنها مذهلة ، إلا أن HL Tau بعيد عن أن يكون غير عادي وقد يمثل في الواقع التطور الطبيعي للكواكب حول النجوم الصغيرة ".
يعرض هذا البحث القوة التي تمتلكها الأدوات المتطورة والتعاون العلمي اليوم. بفضل القدرة على رؤية المزيد والرؤية أبعد ، يستطيع العلماء اختبار النظريات الفلكية كما لم يحدث من قبل. وفي غضون ذلك ، يتم تأكيد وتحدي مفاهيمنا الأساسية حول كيفية ظهور الكون.
تأكد من الاستمتاع بهذه الرسوم المتحركة لما يبدو عليه قرص الكواكب الأولية ، من باب المجاملة لبرنامج NRAO Outreach:
* القادة الآخرون في حملة رصد ALMA هم أندريا إيزيلا من جامعة رايس ، ولورا بيريز من جامعة تشيلي ، وكورنيليس دوليمون من جامعة هايدلبرغ.
