الفلك

لماذا معظم الكواكب الخارجية المكتشفة أثقل من الأرض؟

لماذا معظم الكواكب الخارجية المكتشفة أثقل من الأرض؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

بالنظر إلى جميع الكواكب الخارجية المكتشفة (4393 كوكبًا خارجيًا) ، وجدت أن 17 منها فقط (أقل من واحد بالمائة!) لديها كتل أقل أو تساوي كتلة الأرض. لما ذلك؟

  • هل لأنه من الصعب جدًا اكتشاف كوكب خارجي ذي كتلة منخفضة؟
  • هل هو بسبب التوزيع الشامل ، بحيث تكون الكواكب ذات الكتلة الأرضية نادرة جدًا؟
  • هل هو بسبب بعض القيود المادية الأخرى؟

بحسب ويكيبيديا:

يجب أن يكون الحد الأدنى للكتلة / الحجم المطلوب لجسم خارج المجموعة الشمسية ليكون كوكبًا هو نفسه المستخدم في نظامنا الشمسي.

من مقال آخر:

الكوكب القزم ، بحكم التعريف ، ليس ضخمًا بما يكفي لتطهير المنطقة المجاورة له من الكواكب الصغيرة جاذبيًا: من غير المعروف تمامًا حجم الكوكب قبل أن يتمكن من تطهير جيرانه بشكل فعال ، ولكن عُشر كتلة الأرض كافية بالتأكيد .

إذن ، أين كل هذه الكواكب الأخف وزنا من الأرض؟ أنا شخصياً أظن أنه من الصعب للغاية اكتشاف هذه الكواكب منخفضة الكتلة (نسبيًا). إذا كان الأمر كذلك ، فهل هناك أي قيود نظرية تمنع تكون الكواكب منخفضة الكتلة؟

ملاحظة 1: معظم الكواكب (حوالي 70٪) من الفهرس المذكور ليس لها كتل (أي لا يوجد تقدير لكتلة كوكب ما). معظم البقية لديهم $ sin i $ تقديرات الكتلة. قد يكون هذا أحد الأسباب.


هناك عدد من الطرق لاكتشاف الكواكب الخارجية ، لكن جميعها تفضل اكتشاف الكواكب الأكبر على الكواكب الأصغر ، وإن كان ذلك من خلال تعريفات مختلفة قليلاً للكواكب الكبيرة:

  1. قياس السرعة الشعاعية - يكتشف هذا الحركة الصغيرة للنجم تجاهنا وبعيدًا عنا حيث يدور الكوكب والنجم حول مركزهما الحجري المتبادل. تكون هذه الحركة أسرع عندما يكون الكوكب ضخمًا (وبالتالي يكون مركز الباريزير بعيدًا عن مركز النجم) وقريبًا من النجم (وبالتالي تكون السرعة المدارية هي الأعلى). أنا أيضا بحاجة إلى مدار الكوكب ليس لتكون "وجهاً لوجه" على الأرض. تنتج هذه الطريقة قياسات لـ الكتلة مرات الخطيئة (i) $ نظرًا لأن كوكبًا أكثر ضخامة في مدار أقل ميلًا ينتج نفس الحركة مثل كوكب أقل كتلة في مدار أكثر ميلًا

  2. الإزاحة المستعرضة - هذا يكتشف الحركة الصغيرة للنجم من جانب إلى آخر (على خلفية النجوم البعيدة) حيث يدور الكوكب والنجم حول مركزهما المتبادل. يكون الإزاحة أكبر عندما يكون الكوكب ضخمًا وبعيدًا عن النجم (على الرغم من أن الكوكب البعيد يتطلب المراقبة على مدى فترة طويلة من الزمن). يعمل بشكل أفضل على النجوم القريبة منا.

  3. العبور - يكتشف هذا الانخفاض الضئيل في سطوع النجم عندما يتحرك الكوكب بيننا. من المرجح أن تكتشف الكواكب الكبيرة ، ومن المرجح أن تلاحظ ما إذا كانت الفترة المدارية للكوكب صغيرة إلى حد ما.


ما هو كوكب خارج المجموعة الشمسية؟

تسمى الكواكب الواقعة خارج نظامنا الشمسي & ldquoexoplanets ، & rdquo وتأتي بأحجام متنوعة ، من عمالقة الغاز أكبر من كوكب المشتري إلى الكواكب الصخرية الصغيرة التي تدور حول الأرض أو المريخ. يمكن أن تكون ساخنة بدرجة كافية لغلي المعدن أو محجوزة في تجميد عميق. يمكنهم أن يدوروا حول نجومهم بإحكام شديد لدرجة أن a & ldquoyear & rdquo يستمر لبضعة أيام فقط يمكنهم أن يدوروا حول شمسين في وقت واحد. بعض الكواكب خارج المجموعة الشمسية هي عبارة عن مخادعين بلا شمس ، تتجول عبر المجرة في ظلام دامس.


ضع في اعتبارك الفجوة: يستخدم العلماء الكتلة النجمية لربط الكواكب الخارجية بالأقراص المكونة للكواكب

تصنف أقراص الكواكب الأولية إلى ثلاث فئات رئيسية: الانتقال أو الحلقة أو الموسعة. تظهر هذه الصور ذات الألوان الزائفة من مصفوفة أتاكاما الكبيرة المليمترية / الفرعية (ALMA) هذه التصنيفات في تباين صارخ. على اليسار: يتميز القرص الدائري لـ RU Lup بفجوات ضيقة يُعتقد أن الكواكب العملاقة قد نحتتها وتتراوح كتلها بين كتلة نبتون وكتلة كوكب المشتري. الوسط: يتميز القرص الانتقالي لـ J1604.3-2130 بتجويف داخلي كبير يُعتقد أنه منحوت بواسطة كواكب أكثر ضخامة من كوكب المشتري ، والمعروف أيضًا باسم كواكب سوبر جوفيان. على اليمين: يُعتقد أن القرص المضغوط لـ Sz104 لا يحتوي على كواكب عملاقة ، لأنه يفتقر إلى الفجوات والتجاويف التي ترتبط بوجود الكواكب العملاقة. الائتمان: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) ، S. Dagnello (NRAO)

باستخدام بيانات لأكثر من 500 نجم شاب تمت ملاحظتها باستخدام مصفوفة أتاكاما الكبيرة المليمترية / ما دون المليمتر (ALMA) ، اكتشف العلماء صلة مباشرة بين هياكل قرص الكواكب الأولية - الأقراص المكونة للكواكب التي تحيط بالنجوم - والتركيبة السكانية للكوكب. أثبت الاستطلاع أن النجوم ذات الكتلة العالية من المرجح أن تكون محاطة بأقراص بها "فجوات" وأن هذه الفجوات ترتبط ارتباطًا مباشرًا بالحدوث المرتفع للكواكب الخارجية العملاقة المرصودة حول هذه النجوم. توفر هذه النتائج للعلماء نافذة إلى الوراء عبر الزمن ، مما يسمح لهم بالتنبؤ بالشكل الذي تبدو عليه أنظمة الكواكب الخارجية خلال كل مرحلة من مراحل تكوينها.

قالت نينكي فان دير ماريل ، الزميلة في قسم الفيزياء والفلك بجامعة فيكتوريا: "لقد وجدنا ارتباطًا قويًا بين الفجوات الموجودة في أقراص الكواكب الأولية والكتلة النجمية ، والتي يمكن ربطها بوجود كواكب خارجية غازية كبيرة". في كولومبيا البريطانية ، والمؤلف الأساسي في البحث. "النجوم ذات الكتلة الأعلى لها أقراص بها فجوات أكثر نسبيًا من النجوم ذات الكتلة الأقل ، بما يتوافق مع الارتباطات المعروفة بالفعل في الكواكب الخارجية ، حيث تستضيف النجوم ذات الكتلة الأعلى غالبًا كواكب خارجية عملاقة غازية. تخبرنا هذه الارتباطات بشكل مباشر أن الفجوات في الأقراص المكونة للكواكب هي الأكثر من المحتمل أن يكون سببها كواكب عملاقة من كتلة نبتون وما فوقها ".

لطالما اعتبرت الفجوات في أقراص الكواكب الأولية دليلاً شاملاً على تكوين الكواكب. ومع ذلك ، كان هناك بعض الشكوك بسبب المسافة المدارية المرصودة بين الكواكب الخارجية ونجومها. "أحد الأسباب الرئيسية التي جعلت العلماء يشككون في الصلة بين الفجوات والكواكب من قبل هو أن الكواكب الخارجية الموجودة في مدارات واسعة لعشرات الوحدات الفلكية نادرة. ومع ذلك ، فإن الكواكب الخارجية الموجودة في مدارات أصغر ، بين وحدة وعشر وحدات فلكية ، هي أكثر من ذلك بكثير قال Gijs Mulders ، الأستاذ المساعد في علم الفلك في Universidad Adolfo Ibáñez في سانتياغو ، تشيلي ، والمؤلف المشارك في البحث. "نعتقد أن الكواكب التي تمسح الفجوات ستهاجر إلى الداخل لاحقًا".

الدراسة الجديدة هي الأولى التي تُظهر أن عدد الأقراص ذات الفجوات في هذه المناطق يتطابق مع عدد الكواكب الخارجية العملاقة في نظام نجمي. قال مولدرز: "أشارت الدراسات السابقة إلى وجود عدد أكبر من الأقراص المعطوبة مقارنة بالكواكب الخارجية العملاقة المكتشفة". "تُظهر دراستنا أن هناك عددًا كافيًا من الكواكب الخارجية لشرح التردد المرصود للأقراص ذات الفجوات عند الكتل النجمية المختلفة."

ينطبق الارتباط أيضًا على الأنظمة النجمية ذات النجوم منخفضة الكتلة ، حيث من المرجح أن يجد العلماء كواكب خارجية صخرية ضخمة ، تُعرف أيضًا باسم الأرض الفائقة. قال فان دير ماريل ، الذي سيصبح أستاذًا مساعدًا في جامعة لايدن في هولندا اعتبارًا من سبتمبر 2021 ، "النجوم ذات الكتلة الأقل لديها المزيد من الكواكب الصخرية الفائقة - بين كتلة الأرض وكتلة نبتون. الأقراص بدون فجوات ، والتي تكون أكثر إحكاما ، تؤدي إلى تكوين الكواكب الأرضية الفائقة ".

يمكن أن يساعد هذا الارتباط بين الكتلة النجمية والتركيبة السكانية للكواكب العلماء على تحديد النجوم التي يجب استهدافها في البحث عن الكواكب الصخرية في جميع أنحاء مجرة ​​درب التبانة. قال مولدرز ، وهو أيضًا جزء من فريق الأرض الفضائي الذي تموله ناسا: "هذا الفهم الجديد للاعتماد على الكتلة النجمية سيساعد في توجيه البحث عن الكواكب الصخرية الصغيرة مثل الأرض في الجوار الشمسي". "يمكننا استخدام الكتلة النجمية لربط الأقراص المكونة للكوكب حول النجوم الفتية بالكواكب الخارجية حول النجوم الناضجة. وعندما يتم اكتشاف كوكب خارج المجموعة الشمسية ، تختفي المادة المكونة للكواكب عادةً. لذا فإن الكتلة النجمية هي" علامة "تخبرنا كيف تبدو البيئة المكونة للكوكب بالنسبة لهذه الكواكب الخارجية ".

وكل ما يتعلق به هو الغبار. قال فان دير ماريل: "أحد العناصر المهمة في تكوين الكواكب هو تأثير تطور الغبار". "بدون الكواكب العملاقة ، سوف ينجرف الغبار دائمًا إلى الداخل ، مما يخلق الظروف المثلى لتكوين كواكب صخرية أصغر حجمًا بالقرب من النجم."

تم إجراء البحث الحالي باستخدام بيانات لأكثر من 500 عنصر تمت ملاحظته في دراسات سابقة باستخدام هوائيات النطاق 6 و 7 عالية الدقة من ALMA. في الوقت الحاضر ، ALMA هو التلسكوب الوحيد الذي يمكنه تصوير توزيع غبار المليمتر بدقة زاوي عالية بما يكفي لحل أقراص الغبار والكشف عن بنيتها التحتية أو عدم وجودها. قال فان دير ماريل: "على مدى السنوات الخمس الماضية ، أنتجت ALMA العديد من المسوحات السريعة لمناطق تشكل النجوم القريبة مما أدى إلى مئات القياسات لكتلة غبار القرص وحجمه وتشكله". "سمح لنا العدد الكبير من خصائص القرص المرصودة بإجراء مقارنة إحصائية لأقراص الكواكب الأولية بآلاف الكواكب الخارجية المكتشفة. هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها إثبات الاعتماد الكتلي النجمي للأقراص ذات الفجوات والأقراص المضغوطة بنجاح باستخدام تلسكوب ALMA . "

قال مولدرز: "تربط النتائج الجديدة التي توصلنا إليها هياكل الفجوات الجميلة في الأقراص التي تمت ملاحظتها باستخدام ALMA مباشرةً بخصائص الآلاف من الكواكب الخارجية التي اكتشفتها مهمة ناسا كبلر وغيرها من استطلاعات الكواكب الخارجية". "تساعدنا الكواكب الخارجية وتكوينها في وضع أصول الأرض والنظام الشمسي في سياق ما نراه يحدث حول النجوم الأخرى."


كواكب ساخنة: عمالقة الغاز الأقرب إلى النجم المضيف

كيف يحدث وجود الكثير من عمالقة الغاز الشبيهة بالمشتري في مدارات صغيرة جدًا حول نجمهم ، في حين أن جميع عمالقة الغاز لدينا في نظامنا الشمسي موجودة في الجزء الخارجي من النظام؟ تلك المدارات التي يطلق عليها كواكب المشتري الحارة لها مدارات أصغر حتى من كوكب عطارد ، الكوكب الأقرب إلى نجمنا.

قد نلاحظ أن معظم الكواكب ذات المسافة الفاصلة الأصغر من وحدة فلكية واحدة يتم اكتشافها بواسطة طريقة العبور. قد يفسر هذا الأمر جزئيًا لأن هذه الطريقة مفيدة بشكل خاص للكواكب القريبة من نجومها المضيفة.

لكن مع ذلك ، لماذا لا توجد كواكب غازية بالقرب من الشمس ، إذا كانت تبدو نموذجية جدًا في أنظمة الكواكب الأخرى؟ قد يكون حظنا في الواقع ، أن كوكب المشتري لم "يسقط" في مدار أقرب إلى شمسنا عندما كان قرصنا الكوكبي يتشكل. لو فعلت ذلك ، فلربما لم تكن الكواكب الصخرية ، بما في ذلك الأرض ، موجودة. ممكن و ممكن لا.


يلمح TOI-561b إلى أن الكواكب الصخرية ربما تكون قد تشكلت خلال معظم تاريخ الكون. قال فايس: "أتساءل عما إذا كان لدى أي منهم أي شخص يمكننا التحدث إليه".

من المحتمل ألا يستضيف TOI-561b الحياة الآن. لا يقتصر الأمر على أن الكوكب يدور حول نجمه مرتين كل يوم على الأرض ، ولكنه يدور قريبًا جدًا لدرجة أنه شديد الحرارة لدرجة لا تسمح بوجود الماء السائل على سطحه — يبلغ متوسط ​​درجة حرارة سطحه 2500 كلفن (4000 درجة فهرنهايت).

ومع ذلك ، على الرغم من أن الجانب النهاري من TOI-561b من المحتمل أن يكون محيطًا من الصهارة ، إلا أن الجانب الليلي قد يكون صخورًا صلبة.

على الأرجح أن TOI-561b هو دليل على أن هناك العديد من العوالم الصخرية التي لم يتم اكتشافها بعد حول أقدم نجوم مجرتنا والتي يمكن أن تظل صالحة للسكن - وبالتالي قد تكون موطنًا لأشكال الحياة القديمة جدًا.

بعد كل شيء ، يُعتقد أن الأشكال الأولى قد استغرقت مليار سنة على الأقل لتكون على الأرض. لذا فكلما كان الكوكب أقدم وأكثر استقرارًا ، زاد احتمال أن يستضيف نوعًا من أشكال الحياة.

قال فايس: "سأراهن بسهولة أكبر على نجم يبلغ من العمر 10 مليارات عام لديه بعض الحضارة الذكية على كوكب صخري من حوله بدلاً من كوكب عمره مليار عام".

المستعر الأعظم - عندما ينهار قلبه وينفجر - ينتشر "النجوم" ويتجدد في المجرة. . [+] لذا إذا وجدت كوكبًا صخريًا فقيرًا بالحديد ، فمن المحتمل أنه تطور قبل معظم المستعرات الأعظمية.

النشر في المستقبل عبر Getty Images


التطور المحتمل للغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية

يستكشف المحققون العلميون البيانات التي تم جمعها على بعد تريليونات الكيلومترات ويطرحون أفكارًا مختلفة ، ومتضاربة في كثير من الأحيان ، لإعادة بناء الغلاف الغازي على كوكب خارجي صخري بعيد ، GJ 1132 b.

Gleise 1132 b هو كوكب خارج المجموعة الشمسية في كوكبة Vela ، على بعد حوالي 40 سنة ضوئية من الأرض. الائتمان: NASA و ESA و R. Hurt (IPAC / Caltech)

من خلال تحليل البيانات الطيفية التي تم التقاطها بواسطة تلسكوب هابل الفضائي ، تمكن مارك سوين وفريقه من وصف سيناريو واحد لتطور الغلاف الجوي على Gliese 1132 b (GJ 1132 b) ، وهو كوكب صخري خارج المجموعة الشمسية مشابه في الحجم والكثافة للأرض. في دراسة جديدة نشرت في المجلة الفلكية، يقترح سوين وزملاؤه أن GJ 1132 b قد استعادت الغلاف الجوي الغني بالهيدروجين بعد أن فقده في وقت مبكر من تاريخ الكواكب الخارجية.

قال سوين ، عالم أبحاث في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا (JPL) في باسادينا ، كاليفورنيا: "الكواكب الأرضية الصغيرة ، حيث قد نجد حياة خارج نظامنا الشمسي ، تتأثر بشدة بفقدان الغلاف الجوي". استعادة الغلاف الجوي الشائعة ، لكنها ستكون مهمة في الدراسة طويلة المدى للعوالم المحتملة الصالحة للسكن ".

لغز الغلاف الجوي

تدور GJ 1132 b بشكل وثيق حول القزم الأحمر Gliese 1132 ، على بعد حوالي 40 سنة ضوئية من الأرض في كوكبة Vela. باستخدام كاميرا Hubble's Wide Field Camera 3 ، قام Swain وفريقه بجمع بيانات طيف الإرسال أثناء مرور الكوكب أمام النجم أربع مرات. قاموا بفحص وجود الغلاف الجوي باستخدام أداة تسمى Exoplanet Calibration Bayesian Unified Retrieval Pipeline (EXCALIBUR). ولدهشتهم ، اكتشفوا جوًا جويًا في GJ 1132 b - جو به تركيبة رائعة.

قالت رايسا إستريلا ، زميلة ما بعد الدكتوراه في مختبر الدفع النفاث والمؤلفة المشاركة في الورقة: "يمكن أن يعود الغلاف الجوي ، لكننا لم نتوقع العثور على الغلاف الجوي الثاني الغني بالهيدروجين". "لقد توقعنا جوًا أثقل ، مثل الغلاف الجوي الغني بالنيتروجين على الأرض."

لشرح وجود الهيدروجين في الغلاف الجوي ، نظر الباحثون في تطور سطح كوكب خارج المجموعة الشمسية ، بما في ذلك النشاط البركاني المحتمل. مثل الأرض المبكرة ، من المحتمل أن تكون GJ 1132 b مغطاة في البداية بالصهارة. مع تقدم هذه الكواكب في العمر وبرودة ، تغرق المواد الأكثر كثافة في اللب وتتصلب المواد الأخف وزنا مثل القشرة وتشكل سطحًا صخريًا.

اقترح سوين وفريقه أن جزءًا من الغلاف الجوي البدائي لـ GJ 1132 b ، بدلاً من أن يضيع في الفضاء ، تمتصه مياهه الصخرية قبل أن يتمايز باطن الكوكب الخارجي. مع تقدم الكوكب في العمر ، كانت قشرته الرقيقة بمثابة غطاء على الوشاح المملوء بالهيدروجين أدناه. إذا حال تسخين المد والجزر دون تبلور الوشاح ، فإن الهيدروجين المحاصر سوف يهرب ببطء عبر القشرة ويعيد إمداد الغلاف الجوي الناشئ باستمرار.

قال سوين: "قد تكون هذه الورقة البحثية الأولى التي تستكشف علاقة الرصد بين الغلاف الجوي لكوكب خارجي صخري وبعض العمليات الجيولوجية [المساهمة]". "لقد تمكنا من الإدلاء ببيان أن هناك إطلاق غازات [كان] مستمرًا إلى حد ما لأن الغلاف الجوي غير مستدام. يتطلب التجديد ".

جدل الهيدروجين

قال ريموند بيريهمبرت ، أستاذ الفيزياء في جامعة أكسفورد في المملكة المتحدة ، والذي لم يساهم في الدراسة ، "أجد أن فكرة الغلاف الجوي الذي يهيمن عليه الهيدروجين قصة غير قابلة للتصديق حقًا".

أشار بيريهمبرت إلى مقال ما قبل الطباعة من فريق من العلماء بقيادة لورنزو في موغناي ، الحاصل على درجة الدكتوراه. طالب في الفيزياء الفلكية في جامعة سابينزا في روما. فحص فريق موغناي نفس البيانات من GJ 1132 b كما فعل سوين ، لكنه لم يحدد الغلاف الجوي الغني بالهيدروجين.

وفقًا لـ Pierrehumbert ، فإن الشيطان يكمن في تفاصيل كيفية تحليل البيانات. والجدير بالذكر أن فريق موغناي استخدم برمجيات مختلفة (إيراكليس) لتحليل بيانات عبور هابل. في وقت لاحق ، كرر موغناي ومجموعته تحليلهم باستخدام مجموعة أخرى من الأدوات (معايرة التحليل الطيفي العابر باستخدام البيانات السببية ، أو CASCADe) عندما رأوا مدى الاختلاف العميق في النتائج التي توصلوا إليها.

قال موغناي: "استخدمنا برنامجين مختلفين لتحليل بيانات التلسكوب الفضائي". "كلاهما يقودنا إلى نفس الإجابة التي تختلف عن تلك الموجودة في عمل [سوين]."

أيد مقال آخر ، أعده فريق بقيادة طالبة الدراسات العليا بجامعة كولورادو جيسيكا ليبي روبرتس ، النتائج التي توصلت إليها موغناي. استبعدت تلك الدراسة ، التي استخدمت أيضًا خط أنابيب Iraclis ، وجود جو خالٍ من السحب ، يهيمن عليه الهيدروجين أو الهيليوم على GJ 1132 b. لم ينفي التحليل وجود غلاف جوي على الكوكب ، فقط جو واحد يمكن اكتشافه بواسطة هابل (أي ، غني بالهيدروجين). اقترحت هذه المجموعة جوًا ثانويًا به نسبة معدنية عالية (على غرار كوكب الزهرة) ، أو جوًا يسيطر عليه الأكسجين ، أو ربما لا يوجد غلاف جوي على الإطلاق.

الصراع البناء

شاركت مجموعات البحث بقيادة سوين ومغناي في محادثات بناءة لتحديد سبب الاختلافات ، وتحديداً سبب إنتاج خطوط أنابيب برامج EXCALIBUR و Iraclis و CASCADe مثل هذه النتائج المختلفة.

قال موغناي: "نحن فخورون وسعداء جدًا بهذا التعاون". "إنه دليل على كيفية استخدام النتائج المختلفة لمعرفة المزيد من بعضها البعض والمساعدة في نمو المجتمع العلمي [بأكمله]."

قال سوين: "أعتقد أن كلا الفريقين (فريقنا) مدفوعان حقًا بالرغبة في فهم ما يجري".

تلسكوب المستقبل

"كل كوكب خارجي صخري هو عالم من الاحتمالات. من المتوقع أن يوفر JWST الفرصة الأولى للبحث عن علامات القابلية للسكن والبصمات الحيوية في الأغلفة الجوية للكواكب الخارجية التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن. نحن على وشك البدء في الإجابة على [العديد من] هذه الأسئلة ". وفقًا لبيريهمبرت ، قد يقدم تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) حلاً لهذا المأزق. سيسمح JWST باكتشاف الأجواء ذات الأوزان الجزيئية الأعلى ، مثل الغلاف الجوي الذي يهيمن عليه النيتروجين على الأرض. إذا كان GJ 1132 b يفتقر إلى الغلاف الجوي ، فقد تسمح قدرات الأشعة تحت الحمراء لـ JWST للعلماء بمراقبة سطح الكوكب. وأوضح سوين في بيان: "إذا كانت هناك برك من الصهارة أو نشاط بركاني ، فستكون هذه المناطق أكثر سخونة". "سيؤدي ذلك إلى توليد المزيد من الانبعاثات ، وبالتالي سيبحثون بشكل محتمل في النشاط الجيولوجي الفعلي - وهو أمر مثير!"

تم تحديد GJ 1132 b لتمريري رصد عندما يكون JWST متصل بالإنترنت. وسيقود الفريق كيفن ستيفنسون ، عالم الفلك في مختبر جونز هوبكنز للفيزياء التطبيقية ، وجاكوب لوستيج-ييجر ، زميل ما بعد الدكتوراه هناك.

قال Lustig-Yaeger: "كل كوكب خارجي صخري هو عالم من الاحتمالات". "من المتوقع أن يوفر JWST الفرصة الأولى للبحث عن علامات القابلية للسكن والبصمات الحيوية في الأغلفة الجوية للكواكب الخارجية التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن. نحن على وشك البدء في الإجابة على [العديد من] هذه الأسئلة ".


ضع في اعتبارك الفجوة: يستخدم العلماء الكتلة النجمية لربط الكواكب الخارجية بالأقراص المكونة للكواكب

باستخدام بيانات لأكثر من 500 نجم شاب تمت ملاحظتها باستخدام مصفوفة أتاكاما الكبيرة المليمترية / ما دون المليمتر (ALMA) ، اكتشف العلماء وجود صلة مباشرة بين هياكل قرص الكواكب الأولية - الأقراص المكونة للكواكب التي تحيط بالنجوم - والتركيبة السكانية للكوكب. أثبت الاستطلاع أن النجوم ذات الكتلة العالية من المرجح أن تكون محاطة بأقراص بها "فجوات" وأن هذه الفجوات ترتبط ارتباطًا مباشرًا بالحدوث المرتفع للكواكب الخارجية العملاقة المرصودة حول هذه النجوم. توفر هذه النتائج للعلماء نافذة إلى الوراء عبر الزمن ، مما يسمح لهم بالتنبؤ بالشكل الذي تبدو عليه أنظمة الكواكب الخارجية خلال كل مرحلة من مراحل تكوينها.

قالت نينكي فان دير ماريل ، الزميلة في قسم الفيزياء والفلك بجامعة فيكتوريا: "لقد وجدنا ارتباطًا قويًا بين الفجوات الموجودة في أقراص الكواكب الأولية والكتلة النجمية ، والتي يمكن ربطها بوجود كواكب خارجية غازية كبيرة". في كولومبيا البريطانية ، والمؤلف الأساسي في البحث. "النجوم ذات الكتلة الأعلى لها أقراص بها فجوات أكثر نسبيًا من النجوم ذات الكتلة الأقل ، بما يتوافق مع الارتباطات المعروفة بالفعل في الكواكب الخارجية ، حيث تستضيف النجوم ذات الكتلة الأعلى غالبًا كواكب خارجية عملاقة غازية. تخبرنا هذه الارتباطات بشكل مباشر أن الفجوات في الأقراص المكونة للكواكب هي الأكثر من المحتمل أن يكون سببها كواكب عملاقة من كتلة نبتون وما فوق.

لطالما اعتبرت الفجوات في أقراص الكواكب الأولية دليلاً شاملاً على تكوين الكواكب. ومع ذلك ، كان هناك بعض الشكوك بسبب المسافة المدارية المرصودة بين الكواكب الخارجية ونجومها. "أحد الأسباب الرئيسية التي جعلت العلماء يشككون في الصلة بين الفجوات والكواكب من قبل هو أن الكواكب الخارجية الموجودة في مدارات واسعة لعشرات الوحدات الفلكية نادرة. ومع ذلك ، فإن الكواكب الخارجية الموجودة في مدارات أصغر ، بين وحدة وعشر وحدات فلكية ، هي أكثر من ذلك بكثير قال Gijs Mulders ، الأستاذ المساعد في علم الفلك في Universidad Adolfo Ib & aacute & ntildeez في سانتياغو ، تشيلي ، والمؤلف المشارك في البحث. "نعتقد أن الكواكب التي تمسح الفجوات ستهاجر إلى الداخل لاحقًا".

الدراسة الجديدة هي الأولى التي تُظهر أن عدد الأقراص ذات الفجوات في هذه المناطق يتطابق مع عدد الكواكب الخارجية العملاقة في نظام نجمي. قال مولدرز: "أشارت الدراسات السابقة إلى وجود عدد أكبر من الأقراص المعطوبة مقارنة بالكواكب الخارجية العملاقة المكتشفة". "تُظهر دراستنا أن هناك عددًا كافيًا من الكواكب الخارجية لشرح التردد المرصود للأقراص ذات الفجوات عند الكتل النجمية المختلفة."

ينطبق الارتباط أيضًا على الأنظمة النجمية ذات النجوم منخفضة الكتلة ، حيث من المرجح أن يجد العلماء كواكب خارجية صخرية ضخمة ، تُعرف أيضًا باسم الأرض الفائقة. قال فان دير ماريل ، الذي سيصبح أستاذًا مساعدًا في جامعة لايدن بهولندا اعتبارًا من سبتمبر 2021 ، "النجوم ذات الكتلة الأقل لديها المزيد من الأرض الفائقة الصخرية - بين كتلة الأرض وكتلة نبتون. الأقراص بدون فجوات ، والتي تكون أكثر إحكاما ، يؤدي إلى تكوين الكواكب الأرضية الفائقة.

يمكن أن يساعد هذا الارتباط بين الكتلة النجمية والتركيبة السكانية للكواكب العلماء على تحديد النجوم التي يجب استهدافها في البحث عن الكواكب الصخرية في جميع أنحاء مجرة ​​درب التبانة. قال مولدرز ، وهو أيضًا جزء من فريق الأرض الفضائي الذي تموله ناسا: "هذا الفهم الجديد للاعتماد على الكتلة النجمية سيساعد في توجيه البحث عن الكواكب الصخرية الصغيرة مثل الأرض في الجوار الشمسي". "يمكننا استخدام الكتلة النجمية لربط الأقراص المكونة للكوكب حول النجوم الفتية بالكواكب الخارجية حول النجوم الناضجة. وعندما يتم اكتشاف كوكب خارج المجموعة الشمسية ، تختفي المادة المكونة للكواكب عادةً. لذا فإن الكتلة النجمية هي" علامة "تخبرنا كيف تبدو البيئة المكونة للكوكب بالنسبة لهذه الكواكب الخارجية ".

وكل ما يتعلق به هو الغبار. قال فان دير ماريل: "أحد العناصر المهمة في تكوين الكواكب هو تأثير تطور الغبار". "بدون الكواكب العملاقة ، سوف ينجرف الغبار دائمًا إلى الداخل ، مما يخلق الظروف المثلى لتكوين كواكب صخرية أصغر حجمًا بالقرب من النجم."

تم إجراء البحث الحالي باستخدام بيانات لأكثر من 500 عنصر تمت ملاحظته في دراسات سابقة باستخدام هوائيات النطاق 6 و 7 عالية الدقة من ALMA. في الوقت الحاضر ، ALMA هو التلسكوب الوحيد الذي يمكنه تصوير توزيع غبار المليمتر بدقة زاوي عالية بما يكفي لحل أقراص الغبار والكشف عن بنيتها التحتية أو عدم وجودها. قال فان دير ماريل: "على مدى السنوات الخمس الماضية ، أنتجت ALMA العديد من المسوحات السريعة لمناطق تشكل النجوم القريبة مما أدى إلى مئات القياسات لكتلة غبار القرص وحجمه وتشكله". "سمح لنا العدد الكبير من خصائص القرص المرصودة بإجراء مقارنة إحصائية لأقراص الكواكب الأولية بآلاف الكواكب الخارجية المكتشفة. هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها إثبات الاعتماد الكتلي النجمي للأقراص ذات الفجوات والأقراص المضغوطة بنجاح باستخدام تلسكوب ALMA . "

قال مولدرز: "تربط النتائج الجديدة التي توصلنا إليها هياكل الفجوات الجميلة في الأقراص التي تمت ملاحظتها باستخدام ALMA مباشرةً بخصائص الآلاف من الكواكب الخارجية التي اكتشفتها مهمة ناسا كبلر وغيرها من استطلاعات الكواكب الخارجية". "تساعدنا الكواكب الخارجية وتكوينها في وضع أصول الأرض والنظام الشمسي في سياق ما نراه يحدث حول النجوم الأخرى."


وجدنا للتو 2 من أكثر الكواكب الخارجية شبيهة بالأرض حتى الآن ، على بعد 12.5 سنة ضوئية فقط

علماء الفلك مقتنعون بأنهم وجدوا اثنين من الكواكب الشبيهة بالأرض في مجرتنا ، وكلاهما يبدو مشابهًا جدًا لكوكبنا ، وهما الآن من بين أفضل 19 كوكبًا خارجيًا معروفًا ببيئات يحتمل أن تكون صالحة للحياة.

يدور حول نجم مجاور في كوكبة برج الحمل على بعد 12.5 سنة ضوئية فقط ، قد يحمل أحد هذين الكواكب في الواقع أكبر تشابه مع الأرض اكتشفناه حتى الآن.

يوضح المؤلف الرئيسي ماتياس زيشمايستر ، عالم الفيزياء الفلكية بجامعة غوتنغن ، أن "الكوكبين يشبهان الكواكب الداخلية لنظامنا الشمسي".

"إنها أثقل قليلاً فقط من الأرض وتقع في ما يسمى بالمنطقة الصالحة للسكن ، حيث يمكن أن يتواجد الماء في شكل سائل."

على الرغم من قربه ، تم اكتشاف نجم Teegarden القريب فقط في عام 2003. أخف بعشر مرات من شمسنا وأحد أصغر النجوم التي نعرفها ، القزم الأحمر القديم ، الذي يبلغ من العمر حوالي 8 مليارات سنة ، أثبت أنه يمثل تحديًا للبحث.

وفقًا للفريق ، تم دائمًا اكتشاف أنظمة كوكبية أخرى حول النجوم المتشابهة باستخدام طريقة العبور ، عندما يمر كوكب يدور أمام نجم ، مما يحجب رؤية الأرض ويتسبب في جعل الجسم السماوي اللامع يظلم للحظة وجيزة.

إن محاذاة Teegarden وخفتها لن يفسح المجال لهذه الطريقة ، لذلك استخدم علماء الفلك بدلاً من ذلك تلسكوب CARMENES من الجيل التالي المصمم خصيصًا لمثل هذه المواقف. سمحت الأداة الموجودة في مرصد كالار ألتو الإسباني للباحثين بالبحث عن أي تغييرات في السرعة الشعاعية للنجم الصغير.

بعد ثلاث سنوات من المراقبة الدقيقة ، ومراقبة أي "تذبذب" ناتج عن الأجسام المدارية ، يشير أكثر من 200 قياس إلى وجود كوكبين جديدين ، يُطلق عليهما الآن Teegarden b و Teegarden c.

للتأكد من أن بيانات السرعة الشعاعية التي تشير إلى أن هذه الكواكب لم يتم التحايل عليها من خلال الاختلافات في سطوع النجم ، استكمل الباحثون ملاحظاتهم ببيانات قياس الضوء (قياس الضوء) التي تم جمعها حول نجمة تيجاردن.

يقول عالم الفلك فيكتور سانشيز بيار من معهد أستروفيسيكا دي كنارياس (AIS): "تُظهر هذه الدراسات أن إشارات الكوكبين لا يمكن أن تكون بسبب نشاط النجم ، على الرغم من أننا لم نتمكن من اكتشاف عبور الكوكبين الجديدين". ).

Teegarden b هو الكوكب الأعمق وفقًا للفريق الدولي ، ولديه فرصة 60 في المائة لوجود بيئة سطح معتدلة ، في مكان ما بين 0 درجة إلى 50 درجة مئوية وربما أقرب إلى 28 درجة مئوية. من ناحية أخرى ، فإن Teegarden c يجلس بعيدًا ، وتكون درجة حرارة سطحه أشبه بالمريخ ، حيث يجلس عند -47 درجة مئوية تقريبًا.

(A Mendez / PHL)

نظرًا لكتلتهما الدنيا وتعرضهما للإشعاع الشمسي ، فقد صنع كلا الكواكب كتالوج الكواكب الخارجية الصالحة للسكن. في الواقع ، سجل Teegarden b أعلى مؤشر تشابه للأرض (ESI) على الإطلاق.

في حين أن هذا لا يعني بالضرورة أن أيًا من الكوكبين صالح للسكن بالفعل ، إلا أنه بالتأكيد علامة واعدة. قال زيشميستر الحارس أنه إذا كانت هذه الكواكب مزودة بأغلفة جوية ، فمن الممكن أن تكون ملائمة للحياة.

وكتب الفريق في ورقة بحثية وصف الاكتشاف: "الكواكب النجمتان ب و ج من تيجاردن هما أول كواكب تم اكتشافها بطريقة السرعة الشعاعية حول مثل هذا القزم شديد البرودة".

"كلا الكوكبين لهما كتلة دنيا قريبة من كتلة أرضية واحدة ، وبالنظر إلى تكوين صخري أو جزئي من الحديد أو الماء ، فمن المتوقع أن يكون لهما أنصاف أقطار شبيهة بالأرض."

(A Mendez / PHL)

قالت لورين فايس ، عالمة الفيزياء الفلكية في جامعة هاواي والتي لم تشارك في هذا البحث ناشيونال جيوغرافيك كانت لا تزال هناك بعض التفاصيل الفنية التي يجب الاستغناء عنها ، لكنها أعجبت بالجودة الإجمالية للبيانات.

بينما يتوقع الفريق أن يكمل Teegarden b مداره في 4.9 يومًا من أيام الأرض ، وأن c يقوم بذلك في 11.4 يومًا ، يجادل Weiss بأن رحلتهم قد تسير بشكل أسرع من ذلك ، مما سيقلل حتمًا من قابليتهم للسكن.

ما هو أكثر من ذلك ، كما تضيف ، نحن لا نعرف على وجه التحديد كم من الوقت يستغرقه Teegarden للدوران حول محوره بالنظر إلى أن الفلكيين استخدموا قياسات السرعة الشعاعية للحصول على اكتشافهم ، فقد لا يزال أحد اكتشافات الكواكب هذه نتيجةً لدوران النجم - ولكن ربما ليس كلاهما.

نظرًا لأن النظام النجمي الرابع والعشرين الأقرب إلى نظامنا والرابع الأقرب مع الكواكب التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن ، فإن Teegardeen هو مرشح ممتاز للبحث في المستقبل ، وقد تركتنا قدرته على إيواء الحياة متحمسين للغاية.


يكتشف علماء الفلك 6 من الأقمار الخارجية المحتملة الجديدة

مفهوم الفنان & # 8217s لقمر خارجي صالح للسكن يدور حول كوكب خارجي بعيد يشبه زحل. اكتشف علماء الفلك الآن ما يمكن أن يكون 6 أقمار خارجية أخرى تدور حول كواكب خارجية تتراوح من 200 إلى 3000 سنة ضوئية. هناك مئات من الأقمار في نظامنا الشمسي ، وبعضها يحتوي على محيطات مائية جوفية. كم عدد أقمار المحيط المماثلة التي قد تكون هناك؟ الصورة عبر موقع SpaceRef / Astrobiology Web.

نظامنا الشمسي مليء بمئات الأقمار ، أكثر بكثير من الكواكب. لكن ماذا عن الأنظمة الشمسية البعيدة؟ نحن نعرف الآن أكثر من 4000 كوكب خارجي مؤكد & # 8211 أو كواكب تدور حول نجوم بعيدة & # 8211 4،171 في الوقت الحالي ، على وجه الدقة. ومع ذلك ، لم يكن هناك ، حتى الآن ، سوى عدد قليل من الاكتشافات المحتملة للقمر الخارجي. من المنطقي ، بالنظر إلى أن أقمار الكواكب تميل إلى أن تكون أصغر وبالتالي يصعب العثور عليها من الكواكب نفسها. لكن العلماء الآن في جامعة ويسترن في لندن ، أونتاريو ، كندا ، أعلنوا ذلك قد لقد رصدت ستة exomoons أخرى!

تم تقديم النتائج المثيرة للاهتمام في ورقة جديدة إلى الإخطارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية، مع إصدار ما قبل الطباعة تم نشره على arXiv في 23 يونيو 2020.

لم يتم تأكيد الأقمار المحتملة بعد ، لكن النتائج تبدو واعدة. كما أشار بول ويجرت ، المؤلف المشارك للدراسة ، في بيان:

نحن نعرف آلاف الكواكب الخارجية في جميع أنحاء مجرتنا درب التبانة ، لكننا لا نعرف سوى عدد قليل من الكواكب الخارجية المرشحة.

نستكشف هنا ثمانية أنظمة من مجموعة بيانات Kepler لفحص فرضية exomoon كشرح لتغيرات توقيت العبور ، والتي نقارنها بالفرضية البديلة التي تقول إن TTVs ناتجة عن كوكب غير عابر في النظام. وجدنا أن أجهزة TTV لستة من هذه الأنظمة يمكن تفسيرها بشكل معقول بواسطة exomoon ، والذي لن يكون حجمه قابلاً للاكتشاف اسميًا بواسطة Kepler. على الرغم من أننا وجدنا أيضًا أنه يمكن استنساخ TTVs بشكل جيد بنفس القدر من خلال وجود كوكب غير عابر في النظام ، إلا أن الملاحظات تتفق تمامًا مع وجود قمر مستقر ديناميكيًا صغيرًا بما يكفي لينخفض ​​إلى ما دون عتبة Kepler الضوئية لاكتشاف العبور. ، وهذه الأنظمة تتطلب مزيدًا من المراقبة والتحليل.

إذن ، أين توجد هذه الأقمار وكيف تم العثور عليها؟

الأقمار موجودة في بيانات من مهمة تلسكوب كبلر الفضائي ، التي انتهت في عام 2018. تتراوح الكواكب المضيفة من حوالي 200 إلى 3000 سنة ضوئية ، وتم اكتشافها من خلال عمليات العبور التي قامت بها الكواكب أمام نجومها ، والتي تسببت في سطوع نجمة & # 8217s لتعتيم قليلاً ولفترة وجيزة. تم العثور على معظم الكواكب الخارجية باستخدام طريقة العبور. لكن الأقمار أصغر حجمًا وأقل تعتيمًا ، لذلك من الصعب جدًا اكتشافها بأي طريقة. قال ويجرت:

هؤلاء المرشحون من exomoon صغيرون جدًا بحيث لا يمكن رؤيتهم من خلال عبورهم. Rather, their presence is given away by their gravitational influence on their parent planet.

The six moon candidates are (KOI) 268.01, Kepler 517b (KOI-303.01), Kepler 1000b (KOI-1888.01), Kepler 409b (KOI-1925.01), Kepler 1326b (KOI-2728.01) and Kepler 1442b (KOI-3220.01). KOI refers to Kepler Object of Interest.

So how might these moons reveal themselves?

Usually, the transit of a planet occurs precisely at regular timed intervals, the same as how planets orbit our own sun. But sometimes, that precise timing is actually variable. This means that the gravity of some other body, another planet or a moon, must be affecting it. These variations are called transit timing variations (TTVs). The results fit with what would be expected of exomoons, but could still possibly be explained by other planets in these systems instead. As Fox explained:

Because exoplanets are more massive than exomoons, most TTVs observed to date have been linked to the influence of other exoplanets. But now we’ve uncovered six Kepler exoplanet systems whose TTVs are equally well explained by exomoons as by exoplanets. That’s why we’re calling them exomoon ‘candidates’ at this point as they still need follow-up confirmation.

TTVs were also found for two other exoplanets, KOI-1503.01 and KOI-1980.01, but those are thought to be caused by other planets in the systems instead of moons and were ruled out.

Artist’s concept of the possible huge exomoon orbiting the exoplanet Kepler-1625b, found by the Hubble Space Telescope in 2018. Image via HubbleSite.

That confirmation may have to wait a while, however, since current telescopes can’t do it it will require telescopes that are being planned and designed, but not built yet. Fox said:

We can say these six new systems are completely consistent with exomoons: their masses and orbits are such that they would be stable they would be small enough that their own transits wouldn’t be seen and they reproduce the pattern of TTVs seen throughout the entire Kepler data set. But we don’t have the technology to confirm them by imaging them directly. That will have to wait for further advancements.

It is exciting to contemplate what kinds of alien exomoons are out there. Just in our own solar system, there is a huge variety of these smaller worlds, from gray, cratered and moon-like, to Io, which kind of looks like a pizza and has the most active volcanoes of any object in the solar system, to ocean worlds like Europa, Enceladus and others. The icy moons with subsurface oceans are especially appealing, since they could be habitable by earthly standards. There are several of them in our solar system alone, so how many more might be out there? What kind of life might exist on such worlds? Chris Fox, who made the discoveries, said:

Our own solar system contains hundreds of moons. If moons are prolific around other stars, too, it greatly increases the potential places where life might be supported, and where humankind might one day venture.

Chris Fox at Western University, who discovered the possible new exomoons. Image via CBC.

Fox makes a very good point. Since our own solar system has hundreds of moons orbiting six out of the eight planets, is it not reasonable that many of the planets in other solar systems would also have their own moons? And as we are now discovering, a good number of the moons in our solar system are indeed potentially habitable, with their subsurface water oceans.

In 2018, Fox also discovered Kepler-159d, an exoplanet about the size of Saturn, which orbits its star in only 88 days.

In 2014, another possible exomoon, dubbed MOA-2011-BLG-262 exoplanet-exomoon system, was discovered, where the moon would be less massive than Earth and the planet would be more massive than Jupiter. In 2018, the Hubble Space Telescope (HST) found what may be a huge exomoon orbiting the gas giant planet Kepler-1625b. It’s also still not confirmed yet, but if real, is about the size of Neptune! If the new findings from Western University are any indication – and confirmed – then there may many more exomoon discoveries to look forward to.

Bottom line: Astronomers examining data from the Kepler Space Telescope appear to have discovered six more exomoons. Although the result awaits confirmation, it has the potential to be a big step forward in understanding distant solar systems.


14. What’s next for astronomy as a field?

The short answer: We’re trying to decide!

Macintosh: Astronomy is trying to decide what we’re going to do over the next 20 years, what our next big space mission will be. Do we try to look at Earth-like planets? Or do we study gravitational waves more? Or do we study X-rays from black holes more?

I’m involved in the process for figuring this out, called the Decadal Survey. It was a lot of time in small meeting rooms with limited oxygen – and now it’s a lot of video conference meetings – but it’s an important discussion about the future of astrophysics with a lot of smart people. Twenty years from now, I may not be practicing astrophysics anymore, but the decisions we’re making now could determine what missions my postdocs and students will be on then.

To read all stories about Stanford science, subscribe to the biweekly Stanford Science Digest.


شاهد الفيديو: كوكبا أفضل للحياة من الأرض حتى (أغسطس 2022).