ألما ومصنع المذنب

"Ooompah ، loompah ، Roopity rustity ... ALMA تجد المذنبات مختبئة في الغبار". وفقًا للعديد من الدراسات على مدى السنوات الأخيرة ، يدرك الفلكيون أن الكواكب تبدو في كل مكان حول النجوم. الآن ، وبفضل تلسكوب حلو واحد ، صفيف Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) ، اتخذ العلم خطوة كبيرة إلى الأمام في فهم كيف يمكن أن تتطور حبيبات الغبار الصغيرة في قرص الكواكب الأولية يومًا ما إلى تنسيق أكبر.

على بعد أقل من 400 سنة ضوئية من الأرض ، يوجد نظام شمسي شبابي مفهرس باسم Oph IRS 48. في الصور المأخوذة من محيطها الخارجي ، التقط الفلكيون مفتاحًا حيويًا في كتل الغبار المنتشرة - منطقة على شكل هلال يطلق عليها " مصيدة الغبار ". يشعر الباحثون أن هذه المنطقة قد تكون شرنقة واقية تسمح بتشكيل التكوينات الصخرية. لماذا هذه المنطقة مهمة؟ إنه عامل التحطيم. عندما يحاول الفلكيون نمذجة الغبار لتشكيلات صخرية ، وجدوا الجسيمات ذاتية التدمير ... إما عن طريق الاصطدام ببعضها البعض ، أو جرها إلى النجم المركزي. لكي يتمكنوا من التقدم بعد حجم معين ، يجب أن يكون لديهم ببساطة مساحة حماية للسماح لهم بالنمو.

قال تيل بيرنستيل ، الباحث في مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية في كامبريدج ، ماساتشوستس ، والمؤلف المشارك في كتابة: "هناك عقبة رئيسية في سلسلة الأحداث الطويلة التي تؤدي من حبيبات الغبار الصغيرة إلى الأجسام التي بحجم كوكب الأرض". الورقة المنشورة في مجلة ساينس. "في نماذج الكمبيوتر الخاصة بتكوين الكوكب ، يجب أن تنمو حبيبات الغبار من أحجام أقل من ميكرون إلى كائنات تصل إلى عشرة أضعاف كتلة الأرض في بضعة ملايين من السنين فقط. ولكن بمجرد أن تنمو الجسيمات بشكل كافٍ ، فإنها تبدأ في التقاط السرعة وإما الاصطدام ، أو إعادتها إلى المربع الأول ، أو الانجراف ببطء نحو الداخل ، مما يحبط المزيد من النمو. "

إذن ، أين يمكن لكوكب حديث الولادة أو مذنب أو كويكب أن يختبئ؟ كانت نينكي فان دير ماريل ، طالبة دكتوراه في مرصد لايدن في هولندا ، والمؤلفة الرئيسية للمقالة ، تستخدم ALMA مع زملائها لإلقاء نظرة فاحصة على Oph IRS 48 واكتشفت حافز غاز بمركز الفجوة. كان غياب جزيئات الغبار هذا مختلفًا تمامًا عن النتائج السابقة التي تم التقاطها على تلسكوب ESO الكبير جدًا.

يقول فان دير ماريل: "في البداية ، شكلنا الغبار في الصورة بمثابة مفاجأة كاملة لنا". "بدلاً من الحلقة التي كنا نتوقع رؤيتها ، وجدنا شكلًا واضحًا جدًا من جوز الكاجو! كان علينا أن نقنع أنفسنا بأن هذه الميزة كانت حقيقية ، لكن الإشارة القوية والحدة لملاحظات ALMA لم تترك أي شك حول البنية. ثم أدركنا ما وجدنا. "

مفاجأة؟ تتحدى. ما اكتشفه الفريق كان منطقة بقيت فيها حبيبات الغبار الكبيرة أسيرة ويمكن أن تستمر في اكتساب الكتلة حيث تصطدم المزيد والمزيد من الحبوب وتذوب معًا. هنا كان "مصيدة الغبار" التي توقعها المنظرون.

إذن ما الذي يجعله؟ يتطلب الحفاظ على حبيبات الغبار مع بعضها وتشكيلها دوامة - منطقة ذات ضغط مرتفع لحمايتها. لتكوين هذه الدوامة ، يجب أن يكون هناك جسم كبير ، إما نجم مرافق أو عملاق غاز. مثل القارب الذي يندفع عبر المياه المليئة بالطحالب ، فإن الكائن الثانوي في القرص الكوكبي سوف يمهد مسارًا في أعقابه ، مما ينتج عنه الدوامات الحرجة والدوامات اللازمة لتصميم مصيدة الغبار. بينما كشفت الدراسات السابقة لـ Oph IRS 48 عن حلقة صلبة من غاز أول أكسيد الكربون مع الغبار ، لم يكن هناك "فخ" ملاحظ. ومع ذلك ، هذا لا يعني أن الملاحظة كانت سلبية. اكتشف الفلكيون أيضًا فجوة بين الأجزاء الداخلية والخارجية من النظام الشمسي - وهو دليل على وجود الجسم الكبير الضروري.

كانت الظروف مناسبة لمصيدة غبار محتملة. أدخل ALMA. الآن تمكن الباحثون من رؤية كل من الغازات وحبيبات الغبار الأكبر في نفس الوقت. أدت هذه الملاحظات الجديدة إلى اكتشاف لم يكشف عنه تلسكوب آخر بعد ... انتفاخ غير متوازن في الجزء الخارجي من القرص.

كما يوضح فان دير ماريل: "من المحتمل أننا ننظر إلى نوع من مصنع المذنب حيث أن الظروف مناسبة لنمو الجزيئات من المليمتر إلى حجم المذنب. من غير المحتمل أن يشكل الغبار كواكب كاملة الحجم على هذه المسافة من النجم. ولكن في المستقبل القريب ، ستتمكن ALMA من مراقبة مصائد الغبار الأقرب إلى نجومها الأم ، حيث تعمل نفس الآليات. مثل مصائد الغبار هذه ستكون مهدًا للكواكب حديثة الولادة. "

وبينما تنتقل الجسيمات الأكبر نحو مناطق الضغط العالي ، يتشكل مصيدة الغبار. للتحقق من النتائج التي توصلوا إليها ، استخدم الباحثون النمذجة الحاسوبية لإظهار أن منطقة الضغط العالي يمكن أن تنشأ من حركة الغاز عند الحواف الافتتاحية. يتطابق مع مراقبة قرص Oph IRS 48.

يقول كورنيليس دوليموند من معهد الفيزياء الفلكية النظرية في هايدلبرغ بألمانيا ، وهو خبير في تطور الغبار ونمذجة القرص وعضو في الفريق: "إن الجمع بين عمل النمذجة والملاحظات عالية الجودة لـ ALMA يجعل هذا المشروع فريدًا". . "في الوقت الذي تم فيه الحصول على هذه الملاحظات ، كنا نعمل على نماذج تتنبأ بالضبط بهذه الأنواع من الهياكل: صدفة محظوظة جدًا."

قال بيرنستيل: "هذا الهيكل الذي نراه مع ALMA يمكن تقليصه لتمثيل ما قد يحدث في النظام الشمسي الداخلي حيث ستتشكل المزيد من الكواكب الصخرية الشبيهة بالأرض". "في حالة هذه الملاحظات ، قد نرى شيئًا مشابهًا لتشكيل حزام الشمس Kuiper أو Oort Cloud ، وهي المنطقة من نظامنا الشمسي حيث يعتقد أن المذنبات تنشأ."

مثل مصنع الأحلام في طفولتنا ، لا تزال ALMA قيد الإنشاء. تم التقاط هذه الملاحظات الفريدة باستخدام مستقبلات ALMA Band 9 - وهي أجهزة أوروبية الصنع تسمح لـ ALMA بتقديم صورها الأكثر وضوحًا وتفصيلاً حتى الآن.

يقول إيوين فان ديشويك من مرصد لايدن ، الذي كان مساهمًا رئيسيًا في مشروع ALMA منذ أكثر من 20 عامًا: "تُظهر هذه الملاحظات أن ALMA قادرة على تقديم العلوم التحويلية ، حتى مع استخدام أقل من نصف المجموعة الكاملة". . "تتيح لنا القفزة المذهلة في كل من الحساسية ووضوح الصورة في النطاق 9 الفرصة لدراسة الجوانب الأساسية لتكوين الكوكب بطرق لم تكن ممكنة من قبل."

مصدر القصة الأصلي: بيان إسو الإخباري. لمزيد من القراءة: NRAO News Release.