لقد انفجرت دراسة الكواكب خارج المجموعة الشمسية في السنوات الأخيرة. حاليًا ، تمكن الفلكيون من تأكيد وجود 4،104 كواكب خارج نظامنا الشمسي ، مع وجود 4900 أخرى تنتظر التأكيد. كشفت دراسة هذه الكواكب العديدة أشياء عن مدى الكواكب المحتملة في عالمنا وعلمتنا أن هناك العديد من الكواكب التي لا يوجد لها نظائر في نظامنا الشمسي.
على سبيل المثال ، بفضل البيانات الجديدة التي حصلت عليها تلسكوب هابل الفضائي، تعلم الفلكيون المزيد عن فئة جديدة من الكواكب الخارجية المعروفة باسم الكواكب "فائقة النفخ". الكواكب في هذه الفئة هي في الأساس عمالقة غازية شابة قابلة للمقارنة في الحجم مع المشتري ولكن كتلتها أكبر بضع مرات من كتلة الأرض. وينتج عن ذلك كثافة الحلوى القطنية في أجواءها ، وبالتالي الاسم المستعار الرائع!
تكمن الأمثلة الوحيدة المعروفة لهذا الكوكب في نظام كبلر 51 ، وهو نجم شاب يشبه الشمس يقع على بعد حوالي 2.615 سنة ضوئية في كوكبة Cygnus. ضمن هذا النظام ، تم تأكيد ثلاثة كواكب خارجية (Kepler-51 b و c و d) تم اكتشافها لأول مرة بواسطة تلسكوب كيبلر الفضائي في عام 2012. ومع ذلك ، لم يتم تأكيد كثافة هذه الكواكب حتى عام 2014 ، وكانت مفاجأة كبيرة.
في حين أن هذه الغازات العملاقة لها أجواء تتكون من الهيدروجين والهيليوم وهي تقريبًا بنفس حجم المشتري ، إلا أنها أخف وزناً بنحو 100 مرة من حيث الكتلة. كيف ولماذا ستغلي أجواءها بالطريقة التي تظل بها لغزا ، لكن الحقيقة تبقى أن طبيعة الغلاف الجوي تجعل الكواكب فائقة النفخة مرشحًا رئيسيًا لتحليل الغلاف الجوي.
هذا هو بالضبط ما سعى فريق دولي من علماء الفلك - بقيادة جيسيكا ليبي روبرتس من مركز الفيزياء الفلكية وعلم الفلك الفضائي (CASA) في جامعة كولورادو ، بولدر - للقيام به. باستخدام البيانات من هابلقامت ليبي روبرتس وفريقها بتحليل الأطياف التي تم الحصول عليها من أجواء Kepler-51 b و d لمعرفة المكونات (بما في ذلك الماء) الموجودة.
أثناء مرور هذه الكواكب أمام نجمها ، تم فحص الضوء الممتص بواسطة الغلاف الجوي في الطول الموجي للأشعة تحت الحمراء. ولدهشة الفريق ، وجدوا أن أطياف كلا الكوكبين لم يكن لديها أي توقيعات كيميائية منبهة. ويعزى ذلك إلى وجود غيوم من بلورات الملح أو المخاطر الضوئية في الغلاف الجوي.
على هذا النحو ، اعتمد الفريق على المحاكاة الحاسوبية وأدوات أخرى لنظرية أن كواكب Kepler-51 هي في الغالب الهيدروجين والهيليوم بالكتلة ، والتي يتم تغطيتها بضباب كثيف يتكون من الميثان. هذا مشابه لما يحدث في الغلاف الجوي لتيتان (أكبر قمر لزحل) ، حيث يحتوي الغلاف الجوي للنيتروجين في الغالب على غيوم من غاز الميثان تحجب السطح.
قال ليبي روبرتس: "كان هذا غير متوقع تمامًا". "لقد خططنا لمراقبة ميزات امتصاص الماء الكبيرة ، لكنها لم تكن موجودة. لقد غمرنا! " ومع ذلك ، فإن هذه السحب وفرت للفريق رؤية قيّمة حول كيفية مقارنة Kepler-51 b and d مع الكواكب الخارجية الأخرى ذات الكتلة المنخفضة والغنية بالغاز التي لاحظها علماء الفلك. كما أوضح ليبي روبرتس في بيان صحفي لـ CU Boulder:
"كنا نعرف أنها منخفضة الكثافة. ولكن عندما تتخيل كرة من حلوى القطن بحجم كوكب المشتري - وهي ذات كثافة منخفضة حقًا ... فقد دفعتنا بالتأكيد للتدافع للتوصل إلى ما يمكن أن يحدث هنا. توقعنا العثور على الماء ، لكننا لم نتمكن من ملاحظة توقيعات أي جزيء ".
تمكن الفريق أيضًا من تقييد حجم وكتلة هذه الكواكب بشكل أفضل عن طريق قياس تأثيرات التوقيت الخاصة بها. في جميع الأنظمة ، تحدث تغييرات طفيفة في الفترة المدارية للكوكب بسبب شد الجاذبية ، والتي يمكن استخدامها لاشتقاق كتلة الكوكب. اتفقت نتائج الفريق مع التقديرات السابقة لـ Kepler-51 b في حين أشارت تقديرات Kepler-51 d إلى أنها أقل كتلة قليلاً (المعروف أيضًا باسم puffier) مما كان يعتقد سابقًا.
وقارن الفريق أيضًا أطياف النفخين الفائقين بأطياف الكواكب الأخرى وحصل على نتائج تشير إلى أن تكوين السحابة / الضباب مرتبط بدرجة حرارة الكوكب. وهذا يدعم الفرضية القائلة بأن برودة الكوكب ، سيكون أكثر غموضًا ، وهو أمر كان علماء الفلك يفكرون فيه بفضل الموجة الأخيرة من اكتشافات الكواكب الخارجية.
أخيرًا وليس آخرًا ، لاحظ الفريق أن كبلر -51 ب و د يبدو أنهما يفقدان الغاز بسرعة. في الواقع ، يقدر الفريق أن الكوكب السابق (وهو الأقرب إلى نجمه الأصلي) يقوم بإلقاء عشرات المليارات من أطنان المواد في الفضاء كل ثانية. إذا استمر هذا الاتجاه ، فسوف تتقلص الكواكب إلى حد كبير على مدى مليارات السنوات القليلة القادمة ويمكن أن تصبح نبتون صغيرة.
في هذا الصدد ، قد يشير هذا إلى أن الكواكب الخارجية ليست غير شائعة على الإطلاق بعد ذلك ، مما يعني أن نبتون الصغيرة تبدو شائعة جدًا. كما يشير إلى أن الكثافة المنخفضة للكواكب فائقة النفخ تُعزى إلى عمر النظام. في حين يبلغ عمر النظام الشمسي حوالي 4.6 مليار سنة ، فإن كيبلر 51 موجود منذ 500 مليون سنة فقط.
تشير النماذج الكوكبية التي استخدمها الفريق إلى أن الكواكب ربما تكونت خارج خط Kepler-51s Frost Line - الحدود التي ستتجمد بعدها العناصر المتطايرة - ثم انتقلت إلى الداخل. بدلاً من كونها كواكب غريبة ، فقد يكون Kepler-51 b و d أول الأمثلة التي شاهدها علماء الفلك لواحد من أكثر أنواع الكواكب شيوعًا في الكون في المراحل الأولى من التطور.
كما أوضح Zach Berta-Thompson (أستاذ مساعد في APS ومؤلف مشارك في البحث الجديد) ، فإن هذا يجعل Kepler-51 "مختبرًا فريدًا" لاختبار نظريات تطور الكوكب المبكر:
"هذا مثال متطرف على ما هو رائع حول الكواكب الخارجية بشكل عام. إنهم يعطوننا فرصة لدراسة عوالم مختلفة تمامًا عن عوالمنا ، لكنهم أيضًا يضعون الكواكب في نظامنا الشمسي في سياق أوسع ".
في المستقبل ، نشر أدوات الجيل القادم مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) سيساعد علماء الفلك على فحص الغلاف الجوي لكواكب Kepler-51 وغيرها من النفث الفائق. بفضل حساسية JWST لأطوال موجات الأشعة تحت الحمراء الأطول ، قد نتمكن من النظر في السحب الكثيفة حتى الآن وتحديد ما تتكون هذه الكواكب "حلوى القطن" في الواقع.
كما أنها ريشة أخرى في غطاء المبجل هابل ، التي كانت تعمل بشكل مستمر منذ ثلاثين عامًا حتى الآن (منذ مايو 1990) وتستمر في تسليط الضوء على الألغاز الكونية! من المناسب فقط أنها لا تزال تجد الاكتشافات التي ستصبح قريبًا موضوع تحقيقات المتابعة من قبل جيمس ويب، خليفته الروحي.
ظهرت الدراسة التي تتناول تفاصيل بحث الفريق مؤخرًا عبر الإنترنت وستظهر فيها المجلة الفيزيائية الفلكية.
