اكتشف علماء الفلك تفاصيل جديدة حول تدفقات الغاز التي تشكل الأقراص المكونة للكواكب وتشكلها بمرور الوقت، مما يقدم لمحة عن كيفية تشكل نظامنا الشمسي على الأرجح
في كل ثانية، يولد أكثر من 3,000 نجم في الكون المرئي. ويحيط بالعديد منها ما يسميه علماء الفلك قرص الكواكب الأولية - وهو عبارة عن "فطيرة" دوارة من الغاز الساخن والغبار الذي تتشكل منه الكواكب. ومع ذلك، فإن العمليات الدقيقة التي تؤدي إلى تكوين النجوم وأنظمة الكواكب لا تزال غير مفهومة جيدًا.
استخدم فريق من علماء الفلك بقيادة باحثين من جامعة أريزونا تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا للحصول على بعض الأفكار الأكثر تفصيلاً حول القوى التي تشكل الأقراص الكوكبية الأولية، وتقدم الملاحظات لمحات عما كان يبدو عليه نظامنا الشمسي قبل 4.6 مليار سنة.
وعلى وجه التحديد، تمكن الفريق من تتبع ما يسمى بأشباح القرص بتفاصيل غير مسبوقة. هذه الرياح عبارة عن تيارات من الغاز تهب من القرص الذي يشكل الكوكب إلى الفضاء. يمكن لهذه الرياح، مدفوعة في المقام الأول بالمجالات المغناطيسية، أن تنتقل عشرات الكيلومترات في ثانية واحدة. تساعد نتائج الباحثين، المنشورة في مجلة Nature Astronomy، علماء الفلك على فهم أفضل لكيفية تشكل وتطور أنظمة الكواكب الناشئة.
وفقًا للمؤلفة الرئيسية للدراسة، إيلاريا باسكوتشي، الأستاذة في مختبر القمر والكواكب بجامعة أريزونا، فإن إحدى أهم العمليات التي تحدث في قرص الكواكب الأولية هي أن النجم يأكل المواد من القرص المحيط به، والمعروفة باسم التراكم.
وقال باسكوتشي: "كيفية اكتساب النجم للكتلة يؤثر بشكل كبير على كيفية تطور القرص المحيط بالنجم مع مرور الوقت، بما في ذلك كيفية تشكل الكواكب في وقت لاحق". "إن الطرق المحددة التي يحدث بها هذا لم يتم فهمها، لكننا نعتقد أن الرياح التي تحركها المجالات المغناطيسية على معظم مساحة القرص قد تلعب دورًا مهمًا للغاية."
تنمو النجوم الشابة عن طريق سحب الغاز من القرص الذي يدور حولها، ولكن لكي يحدث هذا، يجب أن يفقد الغاز أولاً بعضًا من قصوره الذاتي. وإلا فإن الغاز سيدور حول النجم باستمرار ولن يسقط عليه أبدًا. يطلق علماء الفيزياء الفلكية على هذه العملية اسم "فقدان الزخم الزاوي"، لكن ليس من المفهوم بالضبط بعد كيف يحدث ذلك.
لفهم كيفية عمل الزخم الزاوي في قرص كوكبي أولي بشكل أفضل، يمكنك تخيل متزلجة على الجليد: إن طي ذراعيها إلى جانبها سيجعلها تدور بشكل أسرع، بينما تبطئ دورانها. وبما أن كتلته لا تتغير، فإن زخمه الزاوي يظل كما هو.
لكي يحدث تراكم الغاز، يجب أن يفقد الغاز الموجود على طول القرص الزخم الزاوي، لكن علماء الفيزياء الفلكية يجدون صعوبة في الاتفاق على كيفية حدوث ذلك بالضبط. في السنوات الأخيرة، أصبحت الرياح القرصية لاعبين مهمين يوجهون بعض الغاز من سطح القرص - ومعه الزخم الزاوي - مما يسمح للغاز المتبقي بالتحرك نحو الداخل والسقوط في النهاية على النجم.
ونظرًا لوجود عمليات أخرى تعمل وتشكل أقراص الكواكب الأولية، فمن المهم جدًا التمييز بين الظواهر المختلفة، وفقًا للمؤلف الثاني للورقة، تريسي بيك من معهد علوم التلسكوب الفضائي التابع لناسا.
بينما يتم دفع المواد الموجودة على الحافة الداخلية للقرص للخارج بواسطة المجال المغناطيسي للنجم فيما يعرف باسم رياح X، تتآكل الأجزاء الخارجية من القرص بسبب ضوء النجوم الشديد، مما يؤدي إلى رياح حرارية تهب بسرعات أقل بكثير. .
قال بيك: "للتمييز بين الرياح التي يحركها المجال المغناطيسي، والرياح الحرارية، ورياح الأشعة السينية، كنا بحاجة حقًا إلى الحساسية العالية والدقة التي يتمتع بها تلسكوب JWST (تلسكوب جيمس ويب الفضائي)."
على عكس الرياح X المركزة، فإن الرياح التي لوحظت في الدراسة الحالية تنشأ في منطقة أوسع تشمل النجوم الصخرية الداخلية لنظامنا الشمسي، تقريبًا بين الأرض والمريخ. وتنتشر هذه الرياح أيضًا فوق القرص أبعد من الرياح الحرارية، حيث تصل إلى مسافات تفوق المسافة بين الأرض والشمس بمئات المرات.
وقال باسكوتشي: "تشير ملاحظاتنا إلى أننا حصلنا على الصور الأولى للرياح التي يمكنها إزالة الزخم الزاوي وحل المشكلة طويلة الأمد حول كيفية تشكل النجوم وأنظمة الكواكب".
في دراستهم، اختار الباحثون أربعة أنظمة أقراص كوكبية أولية، تظهر جميعها بشكل جانبي عند النظر إليها من الأرض.
وقال نعمان باجاج، وهو طالب دراسات عليا في مختبر القمر والكواكب الذي ساهم في ذلك: "إن اتجاهها سمح للغبار والغاز الموجود في القرص بالعمل كقناع، حيث يحجب بعض الضوء من النجم المركزي اللامع الذي من شأنه أن يحجب الرياح لولا ذلك". إلى الدراسة.
من خلال توجيه كاشفات تلسكوب جيمس ويب الفضائي نحو جزيئات معينة في حالات انتقالية معينة، تمكن الفريق من تتبع طبقات مختلفة من الرياح. كشفت الملاحظات عن بنية معقدة ثلاثية الأبعاد لنفاثة مركزية، متداخلة داخل غلاف مخروطي الشكل من الرياح الناشئة على مسافات قرصية متزايدة تدريجيًا، على غرار البنية الطبقية للبصلة. وكان الاكتشاف الجديد المهم، وفقًا للباحثين، هو الاكتشاف المستمر لثقب مركزي بارز داخل المخاريط، تم إنشاؤه بواسطة الرياح الجزيئية في كل من الأقراص الأربعة.
بعد ذلك، يأمل فريق باسكوتشي في توسيع هذه الملاحظات لتشمل أقراص الكواكب الأولية الأخرى، للحصول على فهم أفضل لمدى شيوع هياكل الرياح القرصية المرصودة في الكون وكيفية تطورها مع مرور الوقت.
وقال باسكوتشي: "نعتقد أنها يمكن أن تكون الحالة الشائعة أو القياسية، ولكن مع وجود أربعة أشياء، فمن الصعب بعض الشيء تحديد ذلك". "نريد الحصول على عينة أكبر مع جيمس ويب، ثم نرى أيضًا ما إذا كان بإمكاننا اكتشاف التغيرات في هذه الرياح مع تجمع النجوم وتشكل الكواكب."
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
