صورة فنان لإكسومون يشبه الأرض يدور حول كوكب عملاق للغاز.
(الصورة: © NASA / JPL-Caltech)
في الصيف الماضي ، أعلن العلماء أنهم وجدوا ما يمكن أن يكون أول قمر يتم رصده خارج النظام الشمسي. لكن البحث الجديد حول تطور القمر المفترض يجعل وجوده موضع تساؤل.
إذا كان موجودًا ، فمن المرجح أن يكون القمر جسمًا كبيرًا بحجم نبتون يدور حول كوكب عملاق غاز أكبر. لكن الباحثين قالوا إن النظام غير العملي يجهد فهم كيفية تكوينه.
في يوليو 2017 ، أعلن العلماء على مضض عن اكتشاف محتمل ل exomoon. كشف كوكب مرشح تم تحديده بواسطة تلسكوب كبلر التابع لوكالة ناسا عن انخفاضات غير متوازنة في الضوء المتدفق من نجم الكوكب ، مما يشير إلى إمكانية القمر. بعد أن طلب صياد إكسومون ديفيد كيبينغ ، من جامعة كولومبيا في نيويورك ، وقتًا على تلسكوب هابل الفضائي لمتابعة النشاط غير المعتاد ، بحثت وسائل الإعلام المختلفة البحث. أدى ذلك بكيبينغ وأليكس تيتشي ، كبير العلماء في الاكتشاف المحتمل في كولومبيا ، إلى الإعلان عن إمكانية المشاهدة الأولى ل exomoon.
اغتنم رينيه هيلر ، عالم الفيزياء الفلكية في معهد ماكس بلانك في ألمانيا ، الفرصة لتحليل بيانات كيبلر بشكل مستقل. بالإضافة إلى إثارة نطاق حجم للقمر المحتمل ، Kepler 1625 b-i ، استكشف أيضًا طرق تكوينه المحتملة. [اكتشافات الكوكب الفضائي الأكثر إثارة للاهتمام لعام 2017]
وقال هيلر لموقع Space.com عبر البريد الإلكتروني: "اتضح أن كبلر 1625 بي-آي ليس في الحقيقة مرشحًا جيدًا لإكسومون" ، مشيرًا إلى أن فريق البحث الأصلي قال إن بيانات كبلر وحدها كانت غامضة. (لهذا السبب خططوا للمتابعة باستخدام تلسكوب هابل الفضائي.) ينبع جزء كبير من المشكلة من حقيقة أن النجم الأم بعيد جدًا عن الأرض ويبدو خافتًا ، مما يؤدي إلى ضعف جودة البيانات ، على حد قول هيلر.
وقال هيلر "خلاصة القول هي أن كبلر 1625 بي-آي هو واحد من أفضل مرشحي إكسومون حتى الآن ، لكنه لا يزال ليس مرشحًا جيدًا".
"نظام شمسي صغير"
الأقمار شائعة إلى حد ما في النظام الشمسي للأرض ؛ فقط عطارد والزهرة ليس لديهما أقمار صخرية أو جليدية. في حين أن معظم أقمار نظامنا الشمسي غير مناسبة للحياة كما نعرفها ، فإن ثلاثة أقمار من المحتمل أن تكون صالحة للسكن. يوروبا كوكب المشتري يحتوي على محيط سائل تحت قشرة القمر الجليدية. حول زحل ، يستضيف القمر الجليدي إنسيلادوس أيضًا محيطًا ، في حين أن تيتان الضبابي لديه بحيرات من الميثان والإيثان يمكن أن يسمح بنوع من الحياة يختلف عن ذلك على الأرض. لذا ، فإن عدد أقمار النظام الشمسي الوحيد (الأرض) يفوق عدد أقمار النظام التي يمكن أن تكون صالحة للسكن.
يمكن أن يعني ذلك أخبارًا جيدة لأولئك الذين يبحثون عن الحياة على الأقمار حول النجوم الأخرى. وقال هيلر إنه حتى لو كانت قلة من الكواكب قادرة على استضافة الحياة كما نعرفها ، فقد تتحول أقمارها إلى أماكن صالحة للسكن.
وقال هيلر: "على الجانب الصعب ، من المتوقع أن تكون الأقمار أصغر وأخف وزنًا بكثير من الكواكب". "هذا ببساطة ما نتعلمه من رصد أقمار النظام الشمسي."
وقال هيلر لأن الأشياء ذات الكتلة الأكبر أو نصف القطر يسهل العثور عليها من بعيد ، سواء كانت كواكب أو أقمار ، مما يجعل من الصعب اكتشاف الأقمار الصناعية الطبيعية.
عندما يصطاد كبلر الكواكب ، يفعل ذلك من خلال مشاهدة الضوء يتدفق من نجم ما يسميه العلماء منحنى الضوء. (لم يدرس كبلر نجمًا واحدًا في كل مرة ، ولكنه بدلاً من ذلك فحص آلاف النجوم دفعة واحدة.) عندما يتحرك كوكب بين نجمه والأرض ، يخفت ضوء النجم ، مما يسمح للباحثين بتحديد حجم الكوكب. يلاحظ الباحثون عدة تمريرات لتحديد الوقت الذي يستغرقه الكوكب لتدور حول نجمه.
ما لاحظه الباحثون الأصليون عن كائن واحد ، كبلر 1625 ب ، هو أنه يحتوي على تراجع ثانوي غريب. استخدم هيلر مجموعة البيانات المتاحة للجمهور من كبلر لدراسة ثلاث عمليات انتقال لكائن بحجم المشتري يتحرك عبر النجم ، جنبًا إلى جنب مع بعض الموجات التي يمكن أن تكون ناجمة عن قمر يدور حول الجسم.
"إذا كانت هذه الاهتزازات الإضافية تنبع بالفعل من القمر ، وإذا كان ذلك ممكنًا ، فمن الممكن اشتقاق كتلة ونصف قطر الكوكب والقمر من ديناميكيات نظام القمر والقمر التي يمكن اشتقاقها من منحنى الضوء قال هيلر.
قرر هيلر أن الجسم الضخم يمكن أن يكون أي شيء من كوكب أكبر قليلاً من كوكب زحل إلى قزم بني ، وهو نجم يكاد لا يكون ضخمًا بما يكفي لإشعال الاندماج في قلبه ، أو حتى نجم منخفض الكتلة جدًا (VLMS) عشر كتلة الشمس. يمكن أن يتراوح القمر المقترح من قمر صناعي بغاز الأرض إلى رفيق الصخور والمياه مع عدم وجود جو.
خلص هيلر إلى أن exomoon كتلة نبتون حول كوكب عملاق أو قزم بني منخفض الكتلة لن يتناسب مع علاقة التحجيم الشامل الموجودة في أقمار النظام الشمسي. في حين أن لكل من الأرض وبلوتو أقمارًا كبيرة مقارنة بأحجام الكواكب ، فإن عمالقة الغاز في النظام الشمسي لديهم أقمار أقرب إلى 0.01 إلى 0.03 في المائة من أحجام الكواكب ، وفقًا لمختبر قابلية الكواكب في جامعة بورتوريكو.
تنبأت النظريات السابقة أن هذه العلاقة يجب أن تمتد إلى عوالم أكبر ، على ما يبدو لاستبعاد وجود exomoon المحتمل. من ناحية أخرى ، قال هيلر إن نبتون صغيرًا حول قزم بني عالي الكتلة أو VLMS سيكون أكثر انسجامًا مع هذه النسبة. [مما يتكون القمر؟]
"إذا كان الجسم العابر الأساسي نجمًا منخفض الكتلة جدًا وإذا تبين أن رفيقه بحجم نبتون موجود بالفعل ، فسنرى نظامًا شمسيًا صغيرًا في مدار حول نجم شبيه بالشمس على مسافة الأرض تقريبًا من الشمس "سيكون هذا شيئا بمفرده!" قال هيلر.
وقال إنه حتى بدون إمكانية وجود إكسومون صالح للسكن ، فإن النظام الشمسي الصغير يمكن أن يساعد العلماء على فهم كيفية تشكل العوالم.
وقال هيلر: "إذا كان [الجسم] الأساسي إما [قزمًا بنيًا] أو VLMS مع رفيق كبير ، فإن ذلك سيمثل جسرًا رائعًا بين تكوين الكوكب حول النجوم وتشكيل القمر حول الكواكب العملاقة".
نشر هيلر بحثه على خادم arXiv.
ولادة الأقمار
مع وجود تقديرات للقمر والكوكب - أو النجم - في متناول اليد ، قررت هيلر النظر في الكيفية التي يمكن أن يتشكل بها القمر.
وقال في الورقة الجديدة: "تعمل أقمار النظام الشمسي كمتتبعات لتكوين الكواكب المضيفة وتطورها". "وبالتالي يمكن توقع أن اكتشاف الأقمار حول الكواكب خارج المجموعة الشمسية يمكن أن يعطي رؤى جديدة بشكل أساسي في تكوين وتطور الكواكب الخارجية التي لا يمكن الحصول عليها من خلال رصد الكواكب الخارجية وحدها".
مع وضع ذلك في الاعتبار ، طبقت هيلر النماذج الثلاثة المختلفة لتكوين القمر في النظام الشمسي على إكسومون الجديد المحتمل.
أولاً ، كان نموذج التأثير الذي يصف كيف يعتقد العلماء أن قمر الأرض قد تشكل. عندما اصطدم جسم كبير بالأرض قبل مليارات السنين ، خلق الحطام المنحوت من الكوكب رفيقًا جديدًا. وفقا لهيلر ، فإن إحدى السمات الغريبة لهذا النموذج هي نسبة الحجم العالية للأقمار الصناعية إلى الكواكب. في حين أن الحجم الكبير للقمر المقترح مقارنة بمضيفه سيكون متسقًا مع التأثير ، فقد أعرب عن قلقه من أن كتلة الكوكب أو النجم المضيف أعلى بكثير من كتلة أي كوكب في النظام الشمسي للأرض.
في النموذج الثاني لتكوين القمر ، تتطور من الغاز والغبار المتبقي بعد ولادة الكوكب ، وهذه هي الطريقة التي يعتقد أن معظم أقمار عمالقة الغاز قد تشكلت. وكتب هيلر في الورقة أن نسبة قياس الكتلة التي تحافظ على الأقمار أصغر بكثير من كواكبها هي نتيجة طبيعية لتكوين القمر يحدث في بيئة جائعة الغاز حول كوكب مكتمل. وقال إن هذه العلاقة نفسها تجعل طريقة التكوين هذه غير محتملة.
"إذا كان من الممكن تأكيد الرفيق حول كبلر 1625 ب ويمكن التحقق من صحة كلا الجسمين ككائنين عملاقين للغاز ، فسيكون من الصعب فهم كيف يمكن أن يكون هذين الكواكب الغازية قد يكونان من خلال تأثير عملاق أو تراكم في الموقع في كتب هيلر حول مداراتهم الحالية حول النجم.
الاحتمال المتبقي هو أن العالم البعيد استولى على جسم بحجم نبتون. يعتقد أن قمر نبتون ، تريتون ، وأقمار المريخ قد تكونت بهذه الطريقة. وقال هيلر إن إكسومون كان يمكن أن يكون قد تشكل في الأصل مع رفيق بحجم الأرض ، قبل أن يبتعد عنه بسبب جاذبية الجسم الأكبر. وقرر أن التقاط كيبلر 1625 ب لجسم كتلة نبتون ممكن في الموقع الحالي للكوكب.
ومع ذلك ، في حين أن مثل هذا الالتقاط ممكن من حيث المبدأ ، فقد أخبر هيلر لموقع Space.com أنه يعتقد أن السيناريو "بعيد الاحتمال".
وقال هيلر إنه على الرغم من أن العلماء يحتفظون حاليًا بهذه السيناريوهات الثلاثة المختلفة لتكوين القمر للكواكب حول شمس الأرض ، فإن هذا لا يعني أن الأقمار الصناعية الطبيعية لا يمكن أن تشكل طريقة أخرى.
وقال هيلر "من الممكن أن يكون هذا النظام قد تشكل بالفعل من خلال آلية لم نرها في النظام الشمسي".
واقترح نظرية بديلة ، مماثلة لنظرية تكوين الكوكب العملاق ، حيث بدأ الجسمان كنظام ثنائي للكواكب الصخرية. يمكن أن يكون الزوج قد سحب الغاز من قرص بقايا المواد ، مثل العملية التي تتشكل بها الكواكب العملاقة ، حيث يستهلك الكوكب المستقبلي غازًا أكثر من القمر المتوقع. وحذر من أن هذا كان تكهنات وأن الجسمين قد لا يكونان مستقران على مدى فترات زمنية طويلة.
ومع ذلك ، إذا كان exomoon بحجم Neptune حول Kepler 1625 b حقيقيًا ، فإن النظام الجديد يمكن أن يوفر لمحة مثيرة للفضول حول تكوين القمر خارج النظام الشمسي ، قال هيلر.
بيانات كيبلر ليست البحث الوحيد المتاح. في أكتوبر ، نظر تيتشي وكيبنغ إلى النظام باستخدام هابل. نتائج هذه الملاحظات يجب أن تعلن قريبا.
حتى ذلك الحين ، لا تبدو الأمور جيدة بالنسبة exomoon المحتملة.
وقال هيلر "إن المطالبة غير العادية بشركة إكسومون لا تدعمها أدلة غير عادية عليها".
