قام الباحثون بقياس دوران الكوكب الفضائي واكتشفوا نمطًا مدهشًا

تشير دراسة جديدة أجراها مرصد كيك إلى أن الكواكب العملاقة يمكن أن تدور بشكل أسرع من الأقزام البنية الأكثر ضخامة، مما يكشف عن أدلة مهمة حول كيفية تشكل الأنظمة الكوكبية وتطورها.

لطالما اشتبه علماء الفلك في أن كتلة الكوكب قد تكون مرتبطة بسرعة دورانه. في نظامنا الشمسي، كوكب المشتري و زحل تدور بسرعة كبيرة، حيث يكمل كل منها دورة كاملة في حوالي 10 ساعات، ويحتفظان معًا بالكثير من الطاقة الدورانية للنظام الشمسي.

ولاختبار هذه الفكرة، استخدم الباحثون مرصد WM Keck في موناكيا في هاواي لدراسة 32 من عمالقة الغاز البعيدة والأقزام البنية. ضمت المجموعة ستة كواكب عملاقة أكبر من كوكب المشتري و25 رفيقًا من القزم البني.

باستخدام التحليل الطيفي عالي الدقة من Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC)، وجد الفريق أن الكواكب الغازية العملاقة تدور بشكل أسرع من الأجسام ذات الكتلة الأكبر بعد حساب الكتلة والحجم والعمر. قام الباحثون أيضًا بدمج نتائجهم مع قياسات الدوران السابقة، وقاموا ببناء عينة منسقة من 43 نجمًا نجميًا ودون نجمي وكواكب عملاقة، إلى جانب 54 قزمًا بنيًا عائمًا وأجسامًا ذات كتلة كوكبية.

وقد قاد البحث العلماء في جامعة نورث وسترنمركز الاستكشاف والأبحاث متعدد التخصصات في الفيزياء الفلكية (CIERA). ضم الفريق أيضًا باحثين من مركز الفيزياء الفلكية وعلوم الفضاء (CASS) في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو، قسم العلوم الجيولوجية والكواكب (نظام تحديد المواقع) في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، ومرصد دبليو إم كيك، ومرصد ستيوارد، وكلية جيمس سي. وايانت للعلوم البصرية، ناسامختبر الدفع النفاث والعديد من الجامعات. وقد نشرت دراستهم في المجلة الفلكية.

كيف قام علماء الفلك بقياس معدلات دوران الكواكب الخارجية؟

تدور العديد من الكواكب التي تمت ملاحظتها في هذه الدراسة حول نجومها على مسافة عشرات إلى مئات الوحدات الفلكية (AUs)، وهي المسافة بين الأرض والشمس. لا يزال علماء الفلك يتناقشون حول كيفية تشكل هذه العوالم البعيدة، سواء كانت عملية تدريجية داخل القرص المحيط بالنجم أو انهيار الجاذبية المشابه لانهيار النجوم. وللتحقق من ذلك، استخدم الفريق KPIC لعزل الضوء عن هذه الكواكب الدوارة، مما يوسع أطياف السمات الجوية.

ومن خلال تحليل هذه الميزات، يمكن للعلماء تحديد مدى سرعة دوران الكوكب. يقول المؤلف الرئيسي دينو تشيه تشون هسو، وهو باحث في CIERA في جامعة نورث وسترن:

“الدوران هو سجل أحفوري لكيفية تشكل الكوكب. من خلال قياس مدى سرعة دوران هذه العوالم، يمكننا البدء في تجميع العمليات الفيزيائية التي شكلتها منذ عشرات إلى مئات الملايين من السنين. مع KPIC، يمكننا اكتشاف هذه الإشارات الصغيرة التي تكشف عن دوران الكوكب حول نجوم أخرى قريبة. تشير نتائجنا إلى أن كتلة الكوكب والنسبة بين كتلة الكوكب وكتلة نجمه تؤثران على مدى سرعة دوران الكوكب في النهاية. وهذا يساعدنا على تضييق نطاق فيزياء كيفية تشكل هذه الأنظمة.”

كتلة الكواكب والمجالات المغناطيسية والدوران

يتم توضيح هذه العلاقة المعقدة من خلال كوكب واحد وقزم بني واحد على وجه الخصوص. يوجد في النظام HR 8799، عملاق غازي تبلغ كتلته حوالي 7 أضعاف كتلة المشتري ويدور بسرعة أكبر بست مرات من رفيقه القزم البني في نفس النظام الذي تبلغ كتلته 24 ضعف كتلة المشتري. ويمكن تفسير ذلك من خلال التفاعلات بين المجال المغناطيسي للكوكب في بداياته والقرص المحيط بالكوكب الذي تسبب في فقدان سرعة دورانه.

في الأساس، تم إبطاء دوران الرفيق الأكثر ضخامة لأنه كان يمتلك مجالًا مغناطيسيًا أقوى بكثير. إن فهم هذه العلاقة بين الحجم والكتلة والدوران يساعد العلماء أيضًا على معرفة المزيد عن تاريخ نظامنا الشمسي.

يقول هسو: “إن الطريقة التي يتم بها توزيع الزخم الزاوي بين الكواكب تؤثر على البنية العامة للنظام الكوكبي. حتى دوران الأرض والمجال المغناطيسي يرتبطان في النهاية بكيفية تقسيم ميزانية الدوران عندما تشكل النظام الشمسي. KPIC هي الأداة الأولى من نوعها، مما يفتح طريقة جديدة تمامًا لدراسة الكواكب الخارجية. لقد سمح لنا بقياس خصائص مثل الدوران التي كان من المستحيل اكتشافها في السابق”.

أبحاث الكواكب الخارجية المستقبلية مع HISPEC

ويخطط فريق البحث لتوسيع دراساته من خلال فحص دوران الكواكب الحرة العائمة (FFPs)، والمعروفة أيضًا باسم “الكواكب المارقة”. ويأملون أيضًا في دراسة تكوين الأجواء لهذه الكواكب. سيتم مساعدة ذلك من خلال أدوات الجيل التالي، مثل HISPEC (مطياف الأشعة تحت الحمراء عالي الدقة لتوصيف الكواكب الخارجية) القادم من مرصد كيك، والذي سيبدأ تشغيله في عام 2027. وكما أوضح هسو، سوف يقوم HISPEC بتوسيع هذه القياسات إلى عوالم أصغر وأكثر بعدًا.

يوضح جيسون وانغ، الأستاذ المساعد في جامعة نورث وسترن والمؤلف المشارك للدراسة: “لقد أخذنا الدروس المستفادة من KPIC، ووضعناها في HISPEC، الذي سيكون له حساسية أفضل، ودقة طيفية أعلى، وتغطية أوسع للطول الموجي. ومع HISPEC، سنكون قادرين على زيادة عدد الكواكب التي يمكننا قياس دورانها بشكل كبير، وعلى وجه الخصوص، يمكننا دراسة الكواكب الأقرب إلى كوكب المشتري الخاص بنا في الطبيعة لمعرفة ما إذا كان كوكب المشتري الخاص بنا نموذجيًا”.

وقال هسو: “لقد بدأنا للتو في استكشاف ما يمكن أن يخبرنا به دوران الكواكب”. “باستخدام الأدوات المستقبلية والتلسكوبات الأكبر حجمًا، سنكون قادرين على قياس الدوران لعدد أكبر من العوالم وربط الدوران والكيمياء وتاريخ التكوين عبر أنظمة كوكبية بأكملها.”

المرجع: “التطور الدوراني المتميز للكواكب العملاقة ورفاق الأقزام البنية” بقلم تشيه تشون هسو، جيسون ج. وانغ، جيري دبليو شوان، يابينغ تشانغ، جان بابتيست روفيو، ديميتري ماويت، لوك فينيرتي، كاتلين هورستمان، جوليان كرونين، ينزي شين، بن سابي، دانييل إيشيفيري، نيمانيا يوفانوفيتش، آشلي. بيكر، راندال بارتوس، جيفري أ. بليك، بنجامين كالفن، سيلفان سيتر، جاك روبرت ديلورمي، جريجوري دبليو دوبمان، مايكل بي فيتزجيرالد، كوين إم كونوباكي، جوشوا ليبرمان، رونالد أ. لوبيز، إيفان موريس، جاكلين بيزاتو، توبياس شوفيلد، أندرو سكيمر، جي كينت والاس وجي وانغ، 18 مارس 2026, المجلة الفلكية.
دوى: 10.3847/1538-3881/ae434b

مقتبس من مقالة نشرت أصلا في الكون اليوم.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.