يكشف تلسكوب ويب عن كنز كربوني غامض حول النجم الشاب

باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائياكتشف العلماء مجموعة متنوعة غنية من جزيئات الكربون في قرص كوكبي أولي حول نجم منخفض الكتلة، مما يشير إلى نوع فريد من بيئة تكوين الكواكب التي يمكن أن تؤدي إلى إنشاء كواكب فقيرة بالكربون.

قام فريق دولي من علماء الفلك بدراسة قرص الغاز والغبار حول نجم شاب منخفض الكتلة للغاية باستخدام ناساتلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST). تكشف النتائج عن أكبر عدد من الجزيئات المحتوية على الكربون التي تمت ملاحظتها في مثل هذا القرص حتى الآن. هذه النتائج لها آثار على التركيب المحتمل لأي كواكب قد تتشكل حول هذا النجم.

الآثار المترتبة على تشكيل الكوكب

من المرجح أن تتشكل الكواكب الصخرية حول نجوم منخفضة الكتلة أكثر من العمالقة الغازية، مما يجعلها أكثر الكواكب شيوعًا حول النجوم الأكثر شيوعًا في مجرتنا. لا يُعرف سوى القليل عن كيمياء هذه العوالم، والتي قد تكون مشابهة للأرض أو مختلفة تمامًا عنها. ومن خلال دراسة الأقراص التي تتشكل منها مثل هذه الكواكب، يأمل علماء الفلك في فهم عملية تكوين الكواكب وتركيب الكواكب الناتجة بشكل أفضل.

من الصعب دراسة الأقراص المكونة للكواكب حول النجوم ذات الكتلة المنخفضة جدًا، لأنها أصغر حجمًا وأكثر خفوتًا من الأقراص الموجودة حول النجوم عالية الكتلة. يهدف برنامج يسمى MIRI (أداة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة) لمسح القرص بالأشعة تحت الحمراء المتوسطة (MINDS) إلى استخدام قدرات Webb الفريدة لبناء جسر بين المخزون الكيميائي للأقراص وخصائص الكواكب الخارجية.

وأوضح المؤلف الرئيسي أديتيا أرابهافي من جامعة جرونينجن في هولندا: “يتمتع ويب بحساسية ودقة طيفية أفضل من التلسكوبات الفضائية السابقة التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء”. “هذه الملاحظات غير ممكنة من الأرض، لأن الانبعاثات من القرص يحجبها غلافنا الجوي.”

يُظهر طيف النجم ISO-ChaI 147 الذي كشفت عنه أداة MIRI (أداة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة) التابعة لتلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا، أغنى كيمياء هيدروكربونية شوهدت حتى الآن في قرص كوكبي أولي، يتكون من 13 جزيء حامل للكربون. يتضمن ذلك أول اكتشاف خارج المجموعة الشمسية للإيثان (C2H6). نجح الفريق أيضًا في اكتشاف الإيثيلين (C2H4)، والبروبين (C3H4)، وجذر الميثيل CH3، لأول مرة في قرص كوكبي أولي. مصدر الصورة: NASA، ESA، CSA، R. Crawford (STScI)

اكتشافات رائدة في كيمياء الكواكب الخارجية

في دراسة جديدة، استكشف هذا الفريق المنطقة المحيطة بنجم منخفض الكتلة جدًا يُعرف باسم ISO-ChaI 147، وهو نجم عمره من مليون إلى مليوني عام ويزن 0.11 مرة فقط وزن الشمس. يُظهر الطيف الذي كشفه جهاز Webb’s MIRI أغنى كيمياء هيدروكربونية شوهدت حتى الآن في قرص كوكبي أولي – ما مجموعه 13 جزيءًا مختلفًا حاملاً للكربون. تتضمن النتائج التي توصل إليها الفريق الاكتشاف الأول للإيثان (C₂ح₆) خارج نظامنا الشمسي، وكذلك الإيثيلين (C₂ح₄) ، بروبين (ج₃ح₄) ، وجذر الميثيل CH₃.

وأضاف أرابهافي: “لقد تم بالفعل اكتشاف هذه الجزيئات في نظامنا الشمسي، كما هو الحال في المذنبات مثل 67P/Churyumov-Gerasimenko وC/2014 Q2 (Lovejoy).” “لقد سمح لنا ويب أن نفهم أن هذه الجزيئات الهيدروكربونية ليست متنوعة فحسب، بل وفيرة أيضًا. ومن المثير للدهشة أننا نستطيع الآن رؤية رقصة هذه الجزيئات في مهود الكواكب. إنها بيئة تشكل كوكب مختلفة تمامًا عما نفكر فيه عادةً».

ويشير الفريق إلى أن هذه النتائج لها آثار كبيرة على كيمياء القرص الداخلي والكواكب التي قد تتشكل هناك. وبما أن ويب كشف أن الغاز الموجود في القرص غني جدًا بالكربون، فمن المحتمل أنه لم يتبق سوى القليل من الكربون في المواد الصلبة التي تتشكل منها الكواكب. ونتيجة لذلك، فإن الكواكب التي قد تتشكل هناك قد تكون في نهاية المطاف فقيرة بالكربون. (الأرض نفسها تعتبر فقيرة بالكربون.)

وأضافت إنجا كامب، عضوة الفريق، وهي أيضًا من جامعة جرونينجن: “هذا يختلف تمامًا عن التركيبة التي نراها في الأقراص حول النجوم من النوع الشمسي، حيث تهيمن الجزيئات الحاملة للأكسجين مثل الماء وثاني أكسيد الكربون”. “يثبت هذا الكائن أن هذه فئة فريدة من الكائنات.”

وأضافت أنييس بيرين، عضوة الفريق من المركز الوطني للبحث العلمي: “إنه أمر لا يصدق أن نتمكن من اكتشاف وقياس كمية الجزيئات التي نعرفها جيدًا على الأرض، مثل البنزين، في جسم يبعد أكثر من 600 سنة ضوئية”. في فرنسا.

اتجاهات البحوث المستقبلية

بعد ذلك، يعتزم الفريق العلمي توسيع دراسته لتشمل عينة أكبر من هذه الأقراص حول النجوم ذات الكتلة المنخفضة جدًا لتطوير فهمهم لمدى شيوع أو غرابة مناطق تكوين الكواكب الأرضية الغنية بالكربون. وأوضح عضو الفريق والباحث الرئيسي في برنامج MINDS، توماس هينينج، من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك في ألمانيا: “إن توسيع دراستنا سيسمح لنا أيضًا بفهم أفضل لكيفية تشكل هذه الجزيئات”. “العديد من الميزات في بيانات ويب لا تزال أيضًا 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. يلاحظ الفريق أن هذه النتائج والبيانات المصاحبة يمكن أن تساهم في مجالات أخرى بما في ذلك الفيزياء النظرية والكيمياء والكيمياء الفلكية، لتفسير الأطياف واستكشاف الميزات الجديدة في نطاق الطول الموجي هذا.

لمعرفة المزيد عن هذا الاكتشاف، راجع ويب يكشف أسرار أقراص الكواكب الأولية الغنية بالكربون.

المرجع: “الهيدروكربونات الوفيرة في القرص حول نجم منخفض الكتلة للغاية” بقلم AM Arabhavi، I. Kamp، Th. هينينج، إي إف فان ديشوك، في. كريستيانز، د. غازمان، أ. بيرين، إم. جوديل، ب. تابون، ج. كانوار، إل بي إف إم ووترز، آي. باسكوتشي، إم. ساملاند، جي. بيروتي، جي. بيتوني، إس إل جرانت، بي أو لاجاج، تي بي راي، بي. فاندنبوش، أو. أبسيل، آي. أرجيريو، دي بارادو، إيه. بوكاليتي، جيه. بومان، إيه. كاراتي أو جاراتي، إيه إم جلاوزر، إف. لاهويس، إم. مولر، جي أولوفسون، إي. بانتين، إس. شيتاور، إم. موراليس-كالديرون، آر. فرانشيسكي، إتش. جانغ، إن. باوليك، دي. رودجرز-لي، جي. شرايبر، ك. شوارتز، إم. تيمينك، إم. فلاسبلوم. ، ج. رايت، ل. كولينا، ج. أوستلين، 6 يونيو 2024، علوم.
دوى: 10.1126/science.adi8147

يعد تلسكوب جيمس ويب الفضائي المرصد الرائد لعلوم الفضاء في العالم. يعمل ويب على حل الألغاز في نظامنا الشمسي، ويتطلع إلى ما وراء العوالم البعيدة حول النجوم الأخرى، ويستكشف الهياكل والأصول الغامضة لكوننا ومكاننا فيه. ويب هو برنامج دولي تقوده وكالة ناسا مع شركائها وكالة الفضاء الأوروبية (ESA)وكالة الفضاء الأوروبية) وCSA (وكالة الفضاء الكندية).