وقال أحد مؤلفي الورقة البحثية التي ظهرت في مجلة Science: "إنه لأمر مدهش أن نتمكن من اكتشاف وقياس كمية الجزيئات التي نعرفها جيدًا على الأرض، مثل البنزين، الذي يبعد في الواقع أكثر من 600 سنة ضوئية".
استخدم فريق دولي من علماء الفلك تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا ووكالة الفضاء الأوروبية لدراسة القرص المحيط بنجم شاب منخفض الكتلة للغاية، وتكشف النتائج عن أغنى كيمياء هيدروكربونية تمت ملاحظتها حتى الآن في قرص كوكبي أولي (بما في ذلك الاكتشاف الأول خارج النظام الشمسي). إيثان) والمساهمة في فهمنا المتطور لمجموعة متنوعة من أنظمة الكواكب.
تتشكل الكواكب في أقراص من الغاز والغبار تحيط بالنجوم الشابة. تظهر الملاحظات أنه من المرجح أن تتشكل الكواكب الأرضية بشكل أكثر كفاءة من عمالقة الغاز في الأقراص حول النجوم ذات الكتلة المنخفضة جدًا. في حين أن النجوم ذات الكتلة المنخفضة جدًا لديها أعلى معدل لتواجد الكواكب الصخرية التي تدور حولها، إلا أن تركيبتها الكوكبية غير معروفة إلى حد كبير. على سبيل المثال، يتكون نظام ترابيست-1 الذي درسه ويب من سبعة كواكب صخرية ضمن 0.1 وحدة فلكية (au) ويُفترض عمومًا أن تكوينه يشبه الأرض. ومع ذلك، تشير البيانات الجديدة من ويب إلى أن الأقراص الموجودة حول النجوم ذات الكتلة المنخفضة جدًا قد تتطور بشكل مختلف عن الأقراص الموجودة حول النجوم الأكثر ضخامة.
يهدف مسح القرص بالأشعة تحت الحمراء المتوسطة (MINDS) التابع لـ MIRI إلى سد الفجوة بين وجود الأقراص وخصائص الكواكب خارج المجموعة الشمسية. في هذه الدراسة الجديدة، قام الفريق بدراسة المنطقة المحيطة بنجم منخفض الكتلة تبلغ كتلته 0.11 كتلة شمسية (المعروف باسم ISO-ChaI 147). توفر هذه الملاحظات نظرة ثاقبة للبيئة بالإضافة إلى المكونات الأساسية لتكوين الكواكب. ووجد الفريق أن الغاز الموجود في منطقة تشكل النجوم في النجم غني بالكربون. قد يكون هذا بسبب إزالة الكربون من المادة الصلبة التي يمكن أن تتشكل منها الكواكب الصخرية، وهو ما قد يفسر سبب انخفاض نسبة الكربون نسبيًا في الأرض.
وأوضح المؤلف الرئيسي للدراسة أديتيا أرابي من جامعة جرونينجن في هولندا: "يتمتع WEB بحساسية ودقة طيفية أفضل من التلسكوبات الفضائية السابقة التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء". "هذه الملاحظات غير ممكنة من الأرض، لأن الانبعاثات يحجبها الغلاف الجوي. في السابق، لم نتمكن إلا من اكتشاف انبعاثات الأسيتيلين (C2H2) من هذا الجسم. ومع ذلك، سمحت لنا الحساسية العالية والدقة الطيفية لـ "الويب" باكتشاف كما أتاحت لنا الانبعاثات الضعيفة من الجزيئات الأقل في الكربون أن نفهم أن هذه الجزيئات الهيدروكربونية ليست متنوعة فحسب، بل هي أيضًا وفيرة وأكثر ثراءً في الكربون.
يُظهر الطيف الذي كشفته أداة Webb's MIRI أغنى كيمياء هيدروكربونية تمت رؤيتها حتى الآن في قرص كوكبي أولي، بما في ذلك 13 جزيءًا حاملًا للكربون يصل إلى البنزين. ويتضمن ذلك أول اكتشاف خارج المجموعة الشمسية للإيثان (C2H6)، وهو أكبر هيدروكربون مشبع بالكامل موجود خارج نظامنا الشمسي. ونظرًا لأنه من المتوقع أن تتشكل الهيدروكربونات المشبعة من جزيئات أكثر أساسية، فإن تحديدها هنا يعطي الباحثين أدلة حول البيئة الكيميائية. نجح الفريق أيضًا في اكتشاف الإيثيلين (C2H4)، والبروبين (C3H4)، وجذر الميثيل CH3، لأول مرة في قرص كوكبي أولي.
يضيف عربّي: "لقد تم اكتشاف هذه الجزيئات بالفعل في نظامنا الشمسي، على سبيل المثال في المذنبات مثل 67P/Churyumov-Gerasimenko وC/2014 Q2 (Lovejoy)." “الكيمياء الرائعة التي خلقت في النجوم الجدد”. إنها بيئة مختلفة تمامًا عما نعتقد عادة أنها مناسبة لتكوين الكواكب."
ويشير الفريق إلى أن هذه النتائج لها آثار كبيرة على الكيمياء الفلكية في نطاق 0.1 وحدة فلكية والنجوم التي تتشكل هناك. وأضافت إنجي كامب، عضوة الفريق، من جامعة جرونينجن أيضًا: "هذا يختلف جذريًا عن التركيبة التي نراها في الأقراص حول النجوم من النوع الشمسي، حيث تهيمن الجزيئات الحاملة للأكسجين (مثل ثاني أكسيد الكربون والماء)." "يثبت هذا العظم أن هذا نوع فريد من الأشياء."
وأضافت أنيز بيرين Anneise Perrin، عضوة الفريق من المركز الوطني للأبحاث في فرنسا: "إنه لأمر مدهش أن نتمكن من اكتشاف وقياس كمية الجزيئات التي نعرفها جيدًا على الأرض، مثل البنزين، الذي يبعد في الواقع أكثر من 600 سنة ضوئية".
بعد ذلك، يعتزم فريق البحث توسيع دراسته لتشمل عينة أكبر من الأقراص حول النجوم ذات الكتلة المنخفضة جدًا لتطوير فهمهم لمدى شيوع المناطق الغريبة الغنية بالكربون في تكوين الكواكب الأرضية. وأوضح توماس هينينج، عضو الفريق ومدير برنامج MINDS من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك في ألمانيا: "إن توسيع أبحاثنا سيسمح لنا أيضًا بفهم أفضل لكيفية تشكل هذه الجزيئات". "لا تزال العديد من الميزات في بيانات ويب غير محددة، لذلك هناك حاجة إلى مزيد من التحليل الطيفي لتفسير ملاحظاتنا بشكل كامل."
يسلط هذا العمل الضوء أيضًا على الحاجة الماسة إلى تعاون العلماء عبر التخصصات. ويشير الفريق إلى أن هذه النتائج والبيانات المصاحبة يمكن أن تساهم في مجالات أخرى بما في ذلك الفيزياء النظرية والكيمياء والكيمياء الفلكية، لتفسير الطيف واستكشاف خصائص جديدة في نطاق الطول الموجي هذا.
ونشرت هذه النتائج في مجلة العلوم.
הערות
[1] الوحدة الفلكية (AU، أو au) هي وحدة طول تساوي تقريبًا متوسط المسافة بين الأرض والشمس، وتعرف بحوالي 150 مليون كيلومتر.
[2] الهيدروكربونات المشبعة هي جزيئات تتكون بالكامل من روابط كربون-كربون واحدة. ولا يمكنها دمج ذرات إضافية في بنيتها، لذلك تعتبر مشبعة.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
