لأول مرة على الإطلاق,تصوير كوكب أثناء ولادته
تمكن فريق من علماء الفلك من رصد كوكب فتيّ، يُدعى WISPIT 2b، يقع داخل حلقة مظلمة تحيط بنجمه. هذا الكوكب هو كوكب أوليّ، أي كوكب لا يزال يتشكل داخل قرص واسع من الغاز والغبار.
بدلاً من الاختباء في الفتحة المركزية للقرص، يظهر WISPIT 2b في فجوة حلقية مميزة، وهي منطقة أقل سطوعاً بين حلقتين ساطعتين من الغبار. هذا الموقع يجعل هذا الاكتشاف غير عادي وذا قيمة علمية كبيرة.
العثور على WISPIT 2b
يستضيف النجم، المسمى WISPIT 2، قرصًا انتقاليًا متعدد الحلقات يحتوي على نطاقات ساطعة تفصل بينها فجوات أقل سطوعًا. وفي إحدى هذه الفجوات، وجد الفريق نقطة ضوئية صغيرة تتوافق مع المكان الذي من المفترض أن يكون فيه كوكب نامٍ.
تبلغ المسافة المتوقعة بين الكوكب ونجمه حوالي 54 وحدة فلكية، أي ما يقارب 5 مليارات ميل. وعلى مقياس المسافة الأرضية، فإن هذه المسافة تتجاوز بكثير مدار نبتون.
استخدم الباحثون ضوء H-alpha ( Hα )، وهو ظل ضيق من اللون الأحمر ينبعث من الهيدروجين الساخن عندما يسقط الغاز على جسم صغير.
هذا التوهج هو دليل واضح على التراكم ، وهو عملية هبوط المواد على كوكب ما وتسخينها بدرجة كافية للإشعاع.
“مع تشكل الكواكب ونموها، فإنها تمتص غاز الهيدروجين من محيطها. وعندما يصطدم الغاز بسطح الكوكب الأولي، فإنه يخلق بلازما شديدة الحرارة تصدر بدورها بصمة ضوئية معينة”، أوضح ليرد كلوز .
أهمية الكواكب الواقعة في الفجوة
لسنوات، أشارت النماذج والملاحظات إلى الكواكب الفتية باعتبارها المسؤولة عن تشكيل الحلقات والفجوات في الأقراص. فجاذبيتها تُزيل الممرات، وتُكدس الغبار على الحواف، وتترك وراءها البنية المميزة.
لُخِّصت هذه الصورة في مراجعة شاملة للأقراص الانتقالية، والتي أوضحت كيف يمكن للكواكب أن تُخلي موادها وتُغير أنماط الغاز والغبار. ويُعدّ العثور على كوكب يقع مباشرةً في فجوة الحلقات دليلاً قاطعاً على ذلك.
أفاد الباحثون برصد خطوط H-alpha في ليلتين بنسب إشارة إلى ضوضاء تبلغ 5.5 و 12.5، وفصل مقاس بالقرب من 309 مللي ثانية قوسية، وزاوية موضع حوالي 242 درجة.
يظهر الكوكب أيضًا عند أطوال موجية أطول في الأشعة تحت الحمراء ، مما يساعد على تحديد ناتجه الحراري.
وبناءً على تلك البيانات، يقدر الفريق كتلة تبلغ حوالي 5.3 كتلة كوكب المشتري وعمرًا يقارب 5 ملايين سنة.
معدل التراكم المستنتج هو تقريبًا بضع مرات 10 أس سالب 12 كتلة شمسية في السنة، وهو ما يتناسب مع التوقعات لعملاق ضعيف التراكم .
قياس سطوع الكوكب
إن التقاط مثل هذه الإشارة الخافتة بجوار نجم ساطع يتطلب استخدام البصريات التكيفية لتوضيح ضبابية الغلاف الجوي ومعالجة الصور المكثفة لفصل ضوء الكوكب عن ضوء النجوم المتناثر.
تم تصميم جهاز MagAO-X الموجود على تلسكوب ماجلان كلاي في تشيلي ( MCTC ) ليعمل بدقة عند الأطوال الموجية المرئية حيث يوجد خط H-alpha.
كما استخدم الفريق كاميرا الأشعة تحت الحمراء الخاصة بالتلسكوب الثنائي الكبير ( LBT ) لقياس سطوع الكوكب في النطاق L الرئيسي.
أدى هذا النهج متعدد الألوان إلى تحسين تقدير الكتلة وتعزيز الحجة القائلة بأن نقطة H-alpha هي كوكب حقيقي، وليست مجرد عقدة غبار.
مقارنة بين WISPIT 2b والكواكب الأخرى
قبل هذا الاكتشاف، كان المثال الرئيسي لكوكب يتشكل هو كوكب تم العثور عليه في النظام المسمى PDS 70.
رصد علماء الفلك لأول مرة ضوء الهيدروجين المنبعث من كوكب هناك في عام 2018 ، مما يدل على أنه لا يزال ينمو. وفي العام التالي، تم تأكيد وجود كوكب ثانٍ في النظام نفسه ، يصدر هو الآخر نفس الإشارة الضوئية.
تقع تلك الكواكب في التجويف المركزي الكبير لقرصها. أما WISPIT 2b، على النقيض من ذلك، فيقع في فجوة حلقية ضيقة بين أحزمة غبارية ساطعة، لذا فهو يستكشف منطقة مختلفة من تكوين الكواكب.
تكشف البيانات أيضاً عن مصدر نقطي خافت أقرب إلى النجم، يُطلق عليه اسم CC1 (الرفيق القريب 1). ويقع موقعه على بعد حوالي 110 ملي ثانية قوسية، أو ما يقرب من 15 وحدة فلكية، أي ما يعادل حوالي 1.4 مليار ميل.
CC1 أحمر وساطع عند L prime ولكنه لا يظهر إلا القليل من H-alpha أو لا يظهر على الإطلاق، لذلك يمكن أن يكون جسمًا دافئًا محاطًا بقرص صغير يدور حول الكوكب أو كتلة غبار مضغوطة بشكل غير عادي.
ستوضح الأطياف اللاحقة وتتبع المدار ما إذا كان كوكبًا آخر قيد التكوين.
يُصوّر هذا التصميم الفني صورة مقرّبة للكوكب الأولي WISPIT 2b وهو يكتسب المادة أثناء دورانه حول نجمه WISPIT 2. حقوق الصورة: ناسا/مختبر الدفع النفاث/معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا/ر. هيرت (مركز معالجة وتحليل الأشعة تحت الحمراء).
سيستمر البحث في مشروع WISPIT 2b
إذا أخلى الكوكب WISPIT 2b مساره، فمن المفترض أن تدفع جاذبيته الغبار إلى الخارج والداخل، مما يُحدث نتوءات ضغط تحبس الجزيئات. ويمكن قياس مدى حدة ارتفاع هذه الحواف لاختبار مدى قدرة الكوكب على إعادة تشكيل بيئته.
قد تُسهم الملاحظات المستقبلية أيضًا في تحديد توقيت تغير إشارة خط هيدروجين ألفا. ويمكن أن يكشف هذا التغير ما إذا كان تدفق المادة المتراكمة يأتي على شكل تيارات ثابتة أم على شكل رذاذ، وهو ما يُعدّ دليلًا على كيفية ربط الغاز للمجالات المغناطيسية بنجم عملاق فتي.
يستهدف خط H-alpha انتقال إلكترون الهيدروجين من المستوى الثالث إلى المستوى الثاني من الطاقة. ويكون هذا الانتقال ساطعًا في المناطق التي يسخن فيها الغاز بفعل الصدمات، كما هو الحال عند التقاء المادة المتساقطة بسطح مضغوط أو قرص داخلي.
لأن هذا الخط يقع عند 656.3 نانومتر، يجب قمع الوهج الناتج عن النجم والقرص الغباري بشكل جيد للغاية.
يمكن للأجهزة التي تجمع بين أجهزة التصوير الإكليلي والبصريات فائقة الاستقرار والتحكم السريع في جبهة الموجة أن تعزل التوهج الكوكبي لفترة كافية لقياسه.
WISPIT 2b وتكوين الكواكب
يعزز اكتشاف WISPIT 2b فكرة أن الكواكب تُشكّل أقراصها في مراحل مبكرة، وليس فقط بعد بلوغها كتلتها النهائية. فالكوكب، عندما يتشكل في مراحله الأولى، يكون لا يزال ساخنًا ومضيءًا، مما يُسهّل تتبّع أثره على القرص.
كما أن العثور على كوكب في فجوة الحلقة يساعد في ربط صورتين: صور المليمتر التي ترسم خريطة لبنية الغبار والغاز، والاكتشافات البصرية والأشعة تحت الحمراء التي تتعقب الكواكب المدمجة.
كلما جمعنا المزيد من الأنظمة المشابهة، كلما اتضحت قصة التكوين.
تبلغ المسافة الفاصلة بينهما حوالي 54 وحدة فلكية، أي ما يعادل 5 مليارات ميل تقريبًا. أما النجم نفسه فيقع على بعد مئات السنين الضوئية، والسنة الضوئية الواحدة تعادل حوالي 5.9 تريليون ميل.
تُفسر هذه المقاييس سبب صعوبة هذا العمل. فحتى مع وجود تلسكوب كبير، فإن إشارة الكوكب تُعتبر همساً مقارنةً بالصراخ.
إذا ثبت أن CC1 كوكب، فسيصبح نظام WISPIT 2 بمثابة مختبر لدراسة تفاعلات الكواكب المتعددة داخل قرص غنيّ. وقد تُسهم الرنينات بين الكواكب في استقرار مداراتها وتحريك حواف حلقاتها بطرق قابلة للقياس.
يمكن أيضاً استخدام التحليل الطيفي عبر نطاقات الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء لفصل ضوء الكوكب عن الغبار الساخن. من شأن هذا الفصل تحسين تقدير الكتلة والعمر، والتحقق مما إذا كان قرص صغير حول الكوكب يضيف توهجاً إضافياً في نطاق الأشعة تحت الحمراء.
نُشرت الدراسة في مجلة رسائل الفيزياء الفلكية .