تقدم ورقة بحثية أعدها فريق دولي من علماء الفلك [2] حججًا مؤيدة ، لكن الإجابة النهائية تنتظر الآن المزيد من الملاحظات.
في مناسبات عديدة خلال السنوات الماضية ، كشفت الصور الفلكية عن أشياء باهتة ، شوهدت بالقرب من نجوم أكثر إشراقًا. يُعتقد أن بعضًا من هذه الكواكب تدور حول الكواكب الخارجية المدارية ، ولكن بعد مزيد من الدراسة ، لم يتمكن أي منها من الصمود أمام الاختبار الحقيقي. اتضح أن بعضهم رفاق نجمي باهت ، والبعض الآخر كانوا نجوم خلفية غير ذات صلة تمامًا. قد يكون هذا مختلفًا تمامًا.
في أبريل من هذا العام ، اكتشف فريق من علماء الفلك الأوروبيين والأمريكيين نقطة ضوء باهتة وحمراء جدًا بالقرب جدًا (عند مسافة 0.8 قوس قوسية) من جسم قزم بني ، يسمى 2MASSWJ1207334-393254. يُعرف أيضًا باسم "2M1207" ، وهو "نجم فاشل" ، أي جسم صغير جدًا لا يمكن أن يشتعل في عمليات الانصهار النووي الرئيسية في الداخل وينتج الآن الطاقة عن طريق الانكماش. وهي عضو في جمعية TW Hydrae النجمية التي تقع على مسافة حوالي 230 سنة ضوئية. تم إجراء هذا الاكتشاف باستخدام مرفق NACO المدعوم بالبصريات التكيفية [3] في تلسكوب VLT Yepun الذي يبلغ طوله 8.2 متر في مرصد ESO Paranal Observatory (تشيلي).
الكائن الضعيف أكثر خفوتًا بأكثر من 100 مرة من 2M1207 وتم الحصول على طيفه القريب من الأشعة تحت الحمراء بجهود كبيرة في يونيو 2004 من قبل NACO ، في الحد التقني للمنشأة القوية. يوضح هذا الطيف تواقيع جزيئات الماء ويؤكد أن الكائن يجب أن يكون صغيرًا وخفيفًا نسبيًا.
لا تتعارض أي من الملاحظات المتاحة مع أنه قد يكون كوكبًا خارجيًا في مدار حول 2M1207. مع الأخذ بعين الاعتبار ألوان الأشعة تحت الحمراء والبيانات الطيفية ، تشير حسابات النموذج التطوري إلى كوكب 5 كوكب المشتري في مدار حول 2M1207. ومع ذلك ، فإنهم لا يسمحون بعد باتخاذ قرار واضح حول الطبيعة الحقيقية لهذا الشيء المثير للاهتمام. وهكذا ، يشير الفلكيون إليها على أنها "رفيق مرشح كوكب عملاق (GPCC)" [4].
ستُجرى ملاحظات الآن للتأكد مما إذا كانت الحركة في سماء GPCC متوافقة مع حركة كوكب يدور حول 2M1207. يجب أن يتضح هذا في غضون 1-2 سنة على الأكثر.
مجرد بقعة من الضوء
منذ عام 1998 ، يقوم فريق من علماء الفلك الأوروبيين والأمريكيين [2] بدراسة بيئة "الجمعيات النجمية" الصغيرة القريبة ، أي التكتلات الكبيرة من النجوم الشابة غالبًا وغيوم الغبار والغاز التي تشكلت منها مؤخرًا.
تعتبر النجوم في هذه الارتباطات أهدافًا مثالية للتصوير المباشر للرفاق تحت النجوم (الكواكب أو الأجسام القزمة البنية). يلاحظ قائد الفريق ، عالم الفلك ESO Gael Chauvin أنه "مهما كانت طبيعتها ، فإن الأشياء تحت النجوم تكون أكثر حرارة وإشراقًا عند الشباب - عشرات الملايين من السنين - وبالتالي يمكن اكتشافها بسهولة أكبر من الأشياء القديمة ذات الكتلة المماثلة".
ركز الفريق بشكل خاص على دراسة TW Hydrae Association. تقع في اتجاه كوكبة هيدرا (الماء الأفعى) في أعماق السماء الجنوبية ، على مسافة حوالي 230 سنة ضوئية. لهذا ، استخدموا منشأة NACO [3] عند تلسكوب VLT Yepun الذي يبلغ طوله 8.2 متر ، وهو أحد التلسكوبات الأربعة العملاقة في مرصد ESO Paranal في شمال تشيلي. تتغلب البصريات التكيفية للجهاز على التشوه الناتج عن الاضطراب الجوي ، وتنتج صورًا شديدة الوضوح بالقرب من الأشعة تحت الحمراء. كان مستشعر جبهة الموجة تحت الحمراء مكونًا أساسيًا لنظام AO لنجاح هذه الملاحظات. تستشعر هذه الأداة الفريدة تشوه الصورة القريبة من الأشعة تحت الحمراء ، أي في منطقة الطول الموجي حيث تكون الأجسام مثل 2M1207 (انظر أدناه) أكثر إشراقًا من النطاق المرئي.
تحتوي جمعية TW Hydrae Association على نجم له رفيق قزم بني يدور حوله ، ما يقرب من 20 مرة كتلة المشتري ، وأربعة نجوم محاطة بأقراص كوكبية متربة. الأجسام القزمة البنية هي "نجوم فاشلة" ، أي أجسام صغيرة جدًا بحيث لا يمكن للعمليات النووية أن تشتعل في داخلها وتنتج الآن الطاقة عن طريق الانكماش. إنهم لا يصدرون أي ضوء مرئي تقريبًا. مثل الشمس والكواكب العملاقة في النظام الشمسي ، تتكون بشكل رئيسي من غاز الهيدروجين ، ربما مع أحزمة السحب الدوامية.
في سلسلة من التعريضات التي تم إجراؤها من خلال مرشحات بصرية مختلفة ، اكتشف الفلكيون بقعة صغيرة حمراء من الضوء ، فقط 0.8 قوس قوسي من كائن TW Hydrae Association البني القزم 2MASSWJ1207334-393254 ، أو فقط "2M1207" ، راجع. صورة رقم PR 26a / 04. الصورة الضعيفة أكثر خفوتًا بأكثر من 100 مرة عن الصورة 2M1207. يقول Gael Chauvin: "لو تم الحصول على هذه الصور بدون بصريات متكيفة ، لما كان هذا الجسم يمكن رؤيته".
كريستوف دوماس ، عضو آخر في الفريق ، متحمس: "كان التشويق لرؤية هذا المصدر الخافت للضوء في الوقت الحقيقي على عرض الآلة أمرًا لا يصدق. على الرغم من أنه بالتأكيد أكبر بكثير من جسم بحجم الأرض ، إلا أنه شعور غريب أنه قد يكون بالفعل أول نظام كوكبي خارج صورنا على الإطلاق. "
كوكب خارج المجموعة الشمسية أو قزم بني؟
ما هي طبيعة هذا الشيء الباهت [4]؟ هل يمكن أن يكون كوكبًا خارجيًا في مدار حول ذلك الجسم القزم البني الشاب على مسافة متوقعة تبلغ حوالي 8،250 مليون كيلومتر (حوالي ضعف المسافة بين الشمس ونبتون)؟
يقول بنيامين زوكرمان من UCLA ، عضو الفريق وأيضًا في علم الأحياء الفلكي التابع لوكالة ناسا: "إذا كان الرفيق المرشح لـ 2M1207 كوكبًا بالفعل ، فستكون هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها تصوير كوكب خارجي مقيد بالجاذبية حول نجم أو قزم بني". معهد.
باستخدام التحليل الطيفي عالي الدقة مع منشأة NACO ، أكد الفريق الحالة النجمية لهذا الكائن - يشار إليها الآن باسم "رفيق مرشح كوكب عملاق (GPCC)" - من خلال تحديد امتصاص واسع النطاق المائي في غلافه الجوي ، cf . صورة رقم PR 26b / 04.
سيكون طيف الكوكب الصغير والساخن - كما قد يكون لدى GPCC - تشابهًا قويًا مع جسم أقدم وأكبر مثل قزم بني. ومع ذلك ، عندما يبرد بعد بضع عشرات الملايين من السنين ، سيظهر مثل هذا الكائن التوقيعات الطيفية لكوكب غازي عملاق مثل تلك الموجودة في نظامنا الشمسي.
على الرغم من أن طيف GPCC "صاخب" تمامًا بسبب ضعفه ، تمكن الفريق من تعيين توصيف طيفى يستبعد تلوثًا محتملاً بأجسام خارج المجرة أو نجوم باردة متأخرة مع زيادة غير طبيعية للأشعة تحت الحمراء ، تقع خارج قزم بني.
بعد دراسة متأنية للغاية لجميع الخيارات ، وجد الفريق أنه على الرغم من أن هذا غير محتمل إحصائيًا جدًا ، إلا أن احتمال أن يكون هذا الكائن قد يكون أكبر وأكبر حجمًا ، في المقدمة أو الخلفية ، لا يمكن استبعاد قزم بني بارد تمامًا. التحليل التفصيلي ذو الصلة متاح في الورقة البحثية الناتجة التي تم قبولها للنشر في المجلة الأوروبية لعلم الفلك والفيزياء الفلكية (انظر أدناه).
آثار
يبلغ القزم البني 2M1207 حوالي 25 ضعف كتلة المشتري وبالتالي فهو أخف بحوالي 42 مرة من الشمس. كعضو في جمعية TW Hydrae ، يبلغ عمرها حوالي ثمانية ملايين سنة.
نظرًا لأن نظامنا الشمسي عمره 4600 مليون سنة ، فلا توجد طريقة لقياس كيفية تشكل الأرض والكواكب الأخرى خلال العشرات الأولى من ملايين السنين التي تلت تكوين الشمس. ولكن ، إذا استطاع الفلكيون دراسة محيط النجوم الصغيرة التي يبلغ عمرها الآن عشرات الملايين من السنين ، فعند مشاهدة مجموعة متنوعة من أنظمة الكواكب التي تتشكل الآن ، سيكونون قادرين على فهم أصولنا البعيدة بدقة أكبر.
تتطلع آن ماري لاغرانج ، عضو فريق مرصد جرينوبل (فرنسا) ، إلى المستقبل: "يمثل اكتشافنا خطوة أولى نحو فتح مجال جديد تمامًا في الفيزياء الفلكية: التصوير والدراسة الطيفية للأنظمة الكوكبية. ستمكّن مثل هذه الدراسات علماء الفلك من وصف التركيب الفيزيائي والتكوين الكيميائي للكواكب العملاقة والتي تشبه الأرض في نهاية المطاف ".
متابعة الملاحظات
مع الأخذ بعين الاعتبار ألوان الأشعة تحت الحمراء والبيانات الطيفية المتاحة لـ GPCC ، تشير حسابات النموذج التطوري إلى كوكب 5 كوكب المشتري ، على بعد 55 مرة أكثر من 2M1207 من الأرض من الشمس (55 AU). يبدو أن درجة حرارة السطح أعلى بنحو 10 مرات من حرارة المشتري ، حوالي 1000 درجة مئوية ؛ يمكن تفسير ذلك بسهولة من خلال كمية الطاقة التي يجب تحريرها خلال معدل الانكماش الحالي لهذا الكائن الشاب (في الواقع ، لا يزال كوكب المشتري العملاق الأكبر سنًا ينتج الطاقة في داخله).
سيواصل الفلكيون الآن أبحاثهم لتأكيد أو إنكار ما إذا كانوا قد اكتشفوا بالفعل كوكبًا خارج المجموعة الشمسية. على مدى السنوات القليلة المقبلة ، يتوقعون أن يثبتوا دون أدنى شك ما إذا كان الجسم بالفعل كوكبًا في مدار حول القزم البني 2M1207 من خلال مراقبة كيفية تحرك الجسمين عبر الفضاء ومعرفة ما إذا كانا يتحركان معًا أم لا. سيقيسون أيضًا سطوع GPCC عند أطوال موجية متعددة وقد تتم محاولة المزيد من الملاحظات الطيفية.
ليس هناك شك في أن البرامج المستقبلية لتصوير الكواكب الخارجية حول النجوم القريبة ، سواء من الأرض باستخدام تلسكوبات كبيرة للغاية مجهزة ببصريات تكيفية مصممة خصيصًا ، أو من الفضاء مع تلسكوبات مكتشف خاص للكوكب ، ستستفيد بشكل كبير من الإنجازات التكنولوجية الحالية.
معلومات اكثر
تستند النتائج المقدمة في هذا البيان الصحفي الصادر عن ESO إلى ورقة بحثية ("مرشح كوكب عملاق بالقرب من قزم بني شاب" بقلم G. Chauvin وآخرون) تم قبولها للنشر وستظهر قريبًا في المجلة البحثية الرائدة " علم الفلك والفيزياء الفلكية. هناك طبعة متاحة هنا.
ملاحظات
[1]: صدر هذا البيان الصحفي في وقت واحد من قبل ESO و CNRS (بالفرنسية).
[2]: يتألف الفريق من Gael Chauvin و Christophe Dumas (ESO-Chile) و Anne-Marie Lagrange و Jean-Luc Beuzit (LAOG، Grenoble، France)، Benjamin Zuckerman and Inseok Song (UCLA، Los Angeles، USA) ، David Mouillet (LAOMP، Tarbes، France) و Patrick Lowrance (IPAC، Pasadena، USA). يعترف أعضاء الفريق الأمريكي بالتمويل جزئيًا من قبل معهد علم الأحياء الفلكي التابع لوكالة ناسا.
[3]: يوفر مرفق NACO (من NAOS / Nasmyth Adaptive Optics System و CONICA / Near-Infrared Imager and Spectrograph) في تلسكوب Yepun VLT 8.2 مم على Paranal القدرة على إنتاج صور محدودة قريبة من الأشعة تحت الحمراء للأجسام الفلكية . يستشعر الإشعاع في منطقة الطول الموجي هذه مع N90C10 ثنائي اللون ؛ يتم إرسال 90 بالمائة من التدفق إلى مستشعر واجهة الموجة و 10 بالمائة إلى الكاميرا القريبة من الأشعة تحت الحمراء CONICA. هذا الوضع مفيد بشكل خاص للتصوير الحاد للأجسام النجمية أو النجمية الحمراء أو ذات الكتلة المنخفضة جدًا أو النجمية. تم بناء مصحح البصريات التكيفي (NAOS) ، بموجب عقد ESO ، من قبل المكتب الوطني للأدوية و Recherches A؟ rospatiales (ONERA) ، Laboratoire d'Astrophysique de Grenoble (LAOG) و LESIA و GEPI من مختبرات المرصد باريس في فرنسا ، بالتعاون مع ESO. تم بناء كاميرا CONICA ، بموجب عقد ESO ، من قبل معهد ماكس بلانك f ؟r Astronomie (MPIA) (هايدلبرغ) ومعهد ماكس بلانك f ؟r Extraterrestrische Physik (MPE) (جارشنج) في ألمانيا ، بالتعاون مع ESO.
[4]: ما الفرق بين قزم بني صغير وكوكب خارجي؟ لا يزال خط الحدود بين الاثنين قيد التحقيق ولكن يبدو أن جسمًا قزمًا بنيًا يتشكل بنفس الطريقة التي تتكون بها النجوم ، أي عن طريق الانكماش في سحابة بين النجوم بينما تتشكل الكواكب ضمن أقراص محيطية مستقرة عبر التصادم / تراكم الكواكب أو القرص عدم الاستقرار. هذا يعني أن الأقزام البنية تتكون بشكل أسرع (أقل من مليون سنة) من الكواكب (~ 10 مليون سنة). طريقة أخرى لفصل هذين النوعين من الأجسام هي الكتلة (حيث يتم ذلك أيضًا بين الأقزام البنية والنجوم): الكواكب (العملاقة) أخف من حوالي 13 كتلة المشتري (الكتلة الحرجة اللازمة لإشعال اندماج الديوتريوم) ، الأقزام البنية أثقل. لسوء الحظ ، لا يمكن استخدام التعريف الأول في الممارسة العملية ، على سبيل المثال ، عند اكتشاف رفيق باهت كما هو الحال في هذه الحالة ، لأن الملاحظات لا تقدم معلومات حول الطريقة التي تم بها تشكيل الجسم. على العكس من ذلك ، فإن معيار الكتلة أعلاه مفيد بمعنى أن التحليل الطيفي والفلكي لجسم باهت ، إلى جانب النماذج التطورية المناسبة ، قد تكشف عن الكتلة وبالتالي طبيعة الجسم.
المصدر الأصلي: ESO News Release
