في عام 1992 ، هز ألكسندر وولشزان وديل فريل مجتمع علم الفلك ليكتشفا أول كوكبين حول نجم غير شمسنا. حتى ذلك الحين ، كان نظامنا الشمسي هو النظام الكوكبي الوحيد الذي نعرفه. زرع هذا الاختراق بذرة اكتشاف الآلاف من الكواكب الخارجية. تم تأكيد أكثر من 4300 كوكب خارجي ، في مجرتنا فقط.
في العقد الماضي ، تمتع علماء الفيزياء الفلكية بملاحظات مباشرة لمهدات النجوم وكواكبها. عندما يبدأ النجم في التكون ، يحيط به قرص دوار ضخم من الغاز والغبار. المواد من هذه السحابة أو قرص الكواكب الأولية لديها القدرة على إنتاج الكواكب.
ومع ذلك ، يمكن أن تكون بيئة ولادة النجم معادية للغاية ، مما قد يمنع قرص الكواكب الأولية من النضوج في نظام به كواكب.
قرص كوكبي أولي.
يُطرح هنا السؤال: ما نوع البيئة التي تسمح لنظام كوكبي بالتطور؟ هذا هو السؤال الذي نجيب عليه في رسالة الدكتوراه الخاصة بي. أطروحة في جامعة ليدن. هنا أشرح ما وجدناه.
تولد العديد من النجوم في مجموعات ، مع ظهور عدة نجوم من نفس لب الغاز في وقت واحد تقريبًا. تشكل النجوم المتبقية عبارة عن قرص كوكبي أولي: كتلة دوارة من الغاز والغبار تحتوي على العناصر الأساسية لتشكيل الكوكب.
تحدث هذه العملية عادةً في حي مبتلى بالنجوم والغازات الأخرى ، وهي بيئة يمكن أن تجعل أقراص الكواكب الأولية تفقد كتلتها بطرق مختلفة ، مما يحد من قدرتها على تكوين الكواكب.
الكواكب تسرق المواد من بعضها البعض
عندما يمر نجم بالقرب من قرص كوكبي أولي ، يمكنه التفاعل مع مادة القرص الخارجي وإزالتها بسبب الجاذبية. أيضًا ، قد يحدث أن يتقابل قرصان مع بعضهما البعض وحتى يتبادلان المواد. العلماء لديهم أدلة على أن القرص المبكر للنظام الشمسي ربما مر بمثل هذا اللقاء. على وجه الخصوص ، يشير الانخفاض الحاد في عدد الكويكبات خارج مدار نبتون إلى أن نجمًا عابرًا ربما يكون قد تسبب في اضطراب القرص المبكر ، وإزالة بعض المواد من الأجزاء الخارجية.
يمكن لشمسنا أيضًا أن تكون قد سرقت مادة من قرص عابر. اقترح علماء الفلك هذه الفرضية من خلال دراسة عائلة من الصخور تسمى Sednitos تدور بين حزام Edgeworth-Kuiper و Oort Cloud. هذه الأجسام لها مدارات غريبة الأطوار ومختلفة عن تلك الموجودة في كواكب النظام الشمسي والكويكبات الأخرى. يشير هذا إلى أنها ربما لم تكن قد تشكلت داخل قرص النظام الشمسي المبكر ، لكن تم التقاطها من قرص نجم آخر.
قد تُبخر النجوم كواكبها الصغيرة
إلى جانب الأقراص الأخرى التي تسرق موادها ، يمكن أن يفقد قرص الكواكب الأولية الكتلة عن طريق التبخر. يمكن للإشعاع القادم من النجوم ، النجوم المجاورة أوالنجم المضيف الخاص بها Z ، تسخين الغبار والغاز من القرص لدرجة أنه يتبخر ، تمامًا كما يتبخر قدر من الماء عند وضعه على الموقد. تبدأ عملية التبخر هذه بمجرد تشكل النجم والقرص. الغبار والغاز الموجودان داخل الأقراص ليس لديهما سوى القليل من الوقت للتكتل.
كلما زادت كمية الإشعاع التي يتلقاها القرص ، زادت الكتلة التي سيخسرها وكلما زادت سرعة حدوث هذه الخسارة. إذا فقد القرص الكثير من المواد بسرعة كبيرة ، فقد لا يشكل كواكبًا على الإطلاق. تعتمد كمية الإشعاع التي يتلقاها القرص بشكل كبير على عدد النجوم الموجودة حوله ؛ ومدى قرب هذه النجوم من القرص ومن بعضها البعض. بهذه الطريقة ، تعد بيئة العنقود النجمية حاسمة في تحديد ما إذا كانت الكواكب ستتشكل أم لا.
نمذجة غرفة الولادة للنجوم
في دراستنا الأخيرة ، التي نُشرت في الإخطارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية ، قمنا بمحاكاة المراحل المبكرة من تشكل النجوم جنبًا إلى جنب مع أقراص الكواكب الأولية.
استخدمنا مناطق ذات كثافة نجمية مختلفة: بعض المناطق كانت مليئة بالنجوم ، وكانت قريبة جدًا من بعضها البعض. كانت المناطق الأخرى أكثر تناثرًا ، مع مسافات أكبر بين النجوم.
كان هدفنا هو فهم كيف تؤثر كثافة النجوم في "غرفة الولادة" على بقاء قرص الكواكب الأولية ، مع التركيز على تبخر الغاز بالإشعاع الصادر عن النجم في العنقود.
سحابة أورت.
قمنا بنمذجة مجموعات من النجوم الصغيرة باستخدام قرصها في "غرف ولادة" بأحجام تتراوح من 0.1 إلى 5 فرسخ فلكي. لفهم كم يبعد فرسخ فلكي واحد ، ضع في اعتبارك أن المسافة من شمسنا إلى بلوتو هي عشرة آلاف من فرسخ فلكي. يبلغ قطر النظام الشمسي 0.6 فرسخ فلكي حتى سحابة أورت. أقرب نجم إلى الشمس ، Proxima Centauri ، يبعد حوالي 1 فرسخ فلكي.
ساعدتنا هذه الطريقة في إيجاد بيئات يمكن أن تتشكل فيها أنظمة كوكبية مثل نظامنا الشمسي.
لقد صممنا هذه المناطق بنفس عدد النجوم. ولكن ، من خلال وجود مثل هذا النطاق من الأحجام ، نتج عنها مجموعة كبيرة من الكثافات النجمية المختلفة. في المناطق التي كانت فيها النجوم أكثر كثافة ، كان مجال إشعاع الخلفية أقوى. لقد قمنا بمحاكاة تطور العناقيد النجمية لمدة مليوني عام وفحصنا الكمية الباقية من الأقراص.
التباعد هو مفتاح البقاء
تظهر نتائجنا أن عدد الأقراص الباقية يعتمد بشكل كبير على كثافة المنطقة النجمية. كما هو متوقع ، يبقى العديد من الأقراص على قيد الحياة عندما تكون هناك مسافات أكبر بين النجوم لأن الإشعاع الذي تتلقاه يكون أقل كثافة.
على وجه الخصوص ، نجد أن كثافة 100 نجمة لكل فرسخ مربع هي عتبة جيدة لتحديد ما إذا كانت البيئة آمنة لتكوين الكواكب. في المناطق الأكثر كثافة من ذلك ، تنخفض كتلة الأقراص بسرعة كبيرة.
تبلغ كثافة الحيز الشمسي اليوم 15 نجمة لكل 10 فرسخ فلكي. لاحظ أننا نستخدم وحدات تربيعية للمساحة بدلاً من وحدات حجم مكعبة. هذا لأنه ، في الملاحظات الفلكية ، لدينا فقط صورة ثنائية الأبعاد لمواقع النجوم ، لذلك يمكننا فقط حساب كثافة المنطقة.
إلى جانب القدرة على اشتقاق عتبة الكثافة هذه ، قمنا بمقارنة كتل القرص النهائية في عمليات المحاكاة الخاصة بنا بكتل القرص المرصودة في مناطق تشكل النجوم الحقيقية. لقد فعلنا ذلك للتأكد من أن نماذجنا تعكس الفيزياء الحقيقية التي تجري في هذه المناطق. تطابقت حساباتنا بشكل جيد مع ملاحظات غيوم الذئبة ، ومجموعة سديم الجبار ، وسحابة الجبار الجزيئية -2 ، وسحابة الثور الجزيئية ، وسديم اللهب.
كتلة سديم الجبار. حقوق الصورة: ناسا ، ووكالة الفضاء الأوروبية ، وم.
إذا تساءلت يومًا عن فرص وجود نظامنا الشمسي على أنه مهيب كما هو عليه اليوم ، ففكر في أن العديد من أنظمة الكواكب قد دمرت قبل الأوان وأن العديد من الكواكب لا ترى الضوء من نجومها المضيفة أبدًا.
المصدر