قد لا يبدو النوع الأكثر شيوعًا من الكواكب في المجرة مثل الأرض من الداخل

لقد تعلمنا الكثير عن الكواكب الموجودة في ساحتنا الخلفية، وافترضنا لفترة طويلة أن بقية المجرة تبدو متشابهة تقريبًا. كان الكوكب الصخري يعني بنية واضحة المعالم: قلب معدني كثيف، وغطاء سيليكاتي، وغلاف جوي رقيق في الأعلى. هذه الصورة تعمل بشكل جيد للأرض.

ولكن وفقًا لورقة بحثية جديدة مقدمة إلى مجلة الفيزياء الفلكية، قد لا ينجح الأمر مع معظم الكواكب الصخرية في الكون. إلى حد بعيد، فإن النوع الأكثر شيوعًا من الكواكب التي اكتشفناها حول النجوم الأخرى يدور حول فئة من العوالم تسمى نبتون الفرعية: كواكب أكبر من الأرض ولكنها أصغر منها نبتون. أما أبناء عمومتها، وهي الكواكب الأرضية الفائقة، فهي أصغر قليلاً ومن المحتمل أنها فقدت معظم الهيدروجين منذ فترة طويلة. قصة الكتاب المدرسي توضح أن هذه الكواكب تتشكل بنفس الطريقة أرض فعلت، فقط مع كميات مختلفة من الغاز المتبقي مكدسة على القمة. يهبط الحديد إلى المنتصف، وتطفو فوقه صخور السيليكات، ويستقر الهيدروجين فوقها.

ولكن هنا التجاعيد. عند الضغوط ودرجات الحرارة داخل كوكب نبتون الفرعي، لا يتصرف الهيدروجين والسيليكات والحديد كما يتصرفون بالقرب من سطح الأرض. فوق حوالي 4000 درجة كلفن، يصبح الهيدروجين والسيليكات المنصهرة قابلين للامتزاج بالكامل. توقفوا عن كونهم النفط والماء. فيصبحان سائلاً واحداً. المؤلفون وراء دراسة جديدة قدمت إلى مجلة الفيزياء الفلكية و متاح حاليا على arXiv توصلنا إلى ما يعنيه ذلك بالنسبة لبنية هذه الكواكب، وكانت الإجابة مفاجئة.

إذا تراكم كوكب أقل من حوالي واحد بالمائة من كتلته في الهيدروجين، فإنه يتبع النص المألوف ويشكل نواة معدنية منفصلة تمامًا مثل الأرض. ولكن إذا التقطت هيدروجينًا أكثر من ذلك، فإن الجزء الداخلي للكوكب بالكامل يصبح سائلًا واحدًا مختلطًا ومتموجًا من الحديد والسيليكات والهيدروجين. لا الأساسية. لا عباءة. مجرد مزيج متجانس يصل إلى مسافة بضعة آلاف من الكيلومترات من المركز.

يعد هذا خروجًا كبيرًا عن الطريقة التي نرسم بها هذه العوالم عادةً في مقطع عرضي. يحدد الهيكل الداخلي كيفية تبريد الكوكب، وكيفية تمسكه بغلافه الجوي، وكيف يتطور نصف قطره بمرور الوقت. وجد المؤلفون أن إطار القابلية للامتزاج هذا يمكنه إعادة إنتاج عدد من الميزات التي نراها بالفعل في تجمعات الكواكب الخارجية والتي كافحت نماذج الكعكة ذات الطبقات القديمة لتفسيرها.

إحدى هذه الميزات هي فجوة نصف القطر، وهو العجز الغريب للكواكب الموجودة بين أحجام الأرض الفائقة وتحت نبتون التي تلسكوب جيمس ويب الفضائي و تلسكوب كيبلر الفضائي لقد تم رسمها.

والسبب الآخر هو الطريقة التي يعتمد بها نصف قطر الكوكب على الفترة المدارية. كلاهما يتساقط بشكل طبيعي إذا افترضت أن الكواكب الصغيرة تحت نبتون تخزن جزءًا كبيرًا من الهيدروجين داخل هذا الجزء الداخلي القابل للامتزاج، ثم تطلقه ببطء في الغلاف الخارجي عندما يبرد الكوكب وتتقلص منطقة الامتزاج. يخرج الهيدروجين حرفيًا من الصخور على مدى مئات الملايين من السنين.

هناك نتيجة قابلة للاختبار هنا، وهذا ما يجعل هذه الورقة أكثر من مجرد تجربة فكرية. إذا كان الهيدروجين يتحلل تدريجيًا من الداخل إلى الغلاف الجوي، فمن المفترض أن تنكمش الكواكب الصغيرة في نبتون بشكل أبطأ مما تتوقعه النماذج القياسية.

ينبغي أن يبدوا منتفخين قليلاً عما ينبغي أن يكونوا عليه بالنسبة لأعمارهم. لقد بدأنا الآن في العثور على كواكب نبتون فرعية حول نجوم صغيرة جدًا (نجوم كونية صغيرة عمرها عشرات الملايين من السنين فقط) حيث يمكن بالفعل قياس هذا التوقيع. سيقوم تلسكوب جيمس ويب الفضائي والجيل القادم من مسوحات العبور بوضع أرقام عليه.

التحذيرات حقيقية. يعتمد النموذج على استقراءات نظرية لكيفية تصرف الهيدروجين والسيليكات والحديد في ظروف لا يمكننا إعادة إنتاجها في المختبر بعد، على الرغم من أن تجارب الضغط العالي بدأت في اللحاق بالركب. لا تزال ميزانيات الحرارة الداخلية لهذه الكواكب غير مؤكدة، وتنتشر الأخطاء الصغيرة في تلك المعلمات في التوقعات. كما أن نهج النمذجة العكسية الذي يستخدمه المؤلفون (بدءًا بتعداد سكان الكوكب المرصود، ثم العودة إلى الفيزياء التي أنتجته) هو بالضرورة إحصائي وليس حتمي.

ومع ذلك، فإن المطالبة الأساسية جريئة ونظيفة. قد لا يبدو النوع الأكثر شيوعًا من الكواكب في المجرة مثل الأرض من الداخل. إن المفهوم المألوف للنواة الكوكبية، ذلك القلب المعدني الكثيف الصغير الذي نعتبره أمرا مفروغا منه، قد يكون الاستثناء وليس القاعدة. قد تكون الأرض هي الشيء الغريب.