دليل على تأثير عملاق على نظام نجمي قريب يزيل الغلاف الجوي من كوكب

مثل هذه الانفجارات الكوكبية شائعة في الأنظمة الشمسية الفتية ، لكن لم يتم ملاحظتها بشكل مباشر.

عادةً ما تعاني أنظمة الكواكب الشابة من آلام شديدة في النمو حيث تصطدم أجسام الأطفال وتتشكل تدريجيًا من كواكب أكبر. في نظامنا الشمسي ، تعتبر الأرض والقمر نتاج هذا النوع من التأثير العملاق. يعتقد علماء الفلك أن مثل هذه الاصطدامات يجب أن تكون شائعة في الأنظمة المبكرة ، لكن من الصعب رؤيتها حول النجوم الأخرى.

الآن علماء الفلك معوجامعة غالواي الوطنية في أيرلندا وجامعة كامبريدج وأماكن أخرى قد وجدت دليلاً على وجود تأثير هائل على نظام النجوم الذي يبعد 95 سنة ضوئية عن الأرض. النجم المسمى HD 172555 ، يبلغ من العمر حوالي 23 مليون سنة ، ويشتبه العلماء في وجود آثار اصطدام حديث مع دببة الغبار.

لاحظ الفريق بقيادة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أدلة أخرى على وجود تأثير كبير حول النجم. لقد قرروا أنه يمكن أن يكون هناك تصادم بين كوكب بحجم الأرض تقريبًا وتأثير صغير منذ 200000 عام على الأقل ، بسرعة 10 كيلومترات في الثانية أو أكثر من 22000 ميل.

الأهم من ذلك ، اكتشفوا الغاز الذي يمكن أن يتسبب في مثل هذا التأثير عالي السرعة ليطير فوق جزء من الغلاف الجوي للكوكب – وهي ظاهرة دراماتيكية من شأنها أن تفسر الغاز والغبار الموجودين حول النجم. الاكتشافات تظهر اليوم طبيعة سجية، وهو أول اكتشاف لها.

قالت تاجانا شنايدرمان ، الكاتبة الرئيسية لطلاب الدراسات العليا بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في مجال علوم الأرض والغلاف الجوي والكواكب: “هذه هي المرة الأولى التي نشاهد فيها هذا الحدث”. “الجميع مهتم بملاحظة التأثير الكبير لأننا نتوقع أن تكون شائعة ، لكن ليس لدينا دليل على ذلك في الكثير من الأنظمة. الآن لدينا المزيد من التبصر في هذه الديناميكية.

إشارة واضحة

يُعد النجم HD 172555 موضوعًا مثيرًا للدهشة بين علماء الفلك نظرًا لتكوينه غير المعتاد من الغبار. أظهرت الملاحظات في السنوات الأخيرة أن غبار النجوم يحتوي على مستويات عالية من المعادن غير العادية ، وهي حبيبات أفضل بكثير مما يتوقعه علماء الفلك من قرص الحطام النجمي العادي.

يقول شنايدرمان: “بالنسبة لهذين العاملين ، يعتبر HD 172555 هو هذا النظام المختلف”.

تساءلت هي وزملاؤها عما سيكشفه الغاز عن تاريخ هجوم التنظيم. نظروا إلى البيانات التي أخذوها ألما، Atacama Large Millimeter Array في تشيلي ، التي لديها 66 تلسكوبًا لاسلكيًا يمكنها ضبط المسافات لزيادة أو تقليل دقة صورها. بحث الفريق عن علامات أول أكسيد الكربون حول النجوم القريبة ونظر في بيانات من أرشيف ألما العام.

يقول شنايدرمان: “عندما يرغب الناس في دراسة الغاز على علب القمامة ، يكون أول أكسيد الكربون عادةً شديد السطوع ، لذا يسهل العثور عليه”. “لذا ، قمنا بإعادة النظر في بيانات أول أكسيد الكربون لجهاز HD 172555 لأنه نظام مثير للاهتمام.”

بعد ذلك

بعد مراجعة دقيقة ، تمكن الفريق من اكتشاف أول أكسيد الكربون حول النجم. عندما قاموا بقياس فائضه ، وجدوا أنه يحتوي على 20 في المائة من الغاز ، أول أكسيد الكربون. كوكب الزهرة‘الغلاف الجوي. لاحظوا دائرة كبيرة من الغاز ، قريبة بشكل مدهش من النجم ، حوالي 10 وحدات فلكية أو 10 أضعاف المسافة بين الأرض والشمس.

يقول شنايدرمان: “إن وجود أول أكسيد الكربون القريب هذا يحتاج إلى بعض التفسير”.

نظرًا لأن أول أكسيد الكربون عرضة بشكل عام لعملية التمثيل الضوئي ، فإن هذه العملية تكسر فوتونات النجم وتدمر الجزيء. من مسافة قريبة ، أقرب أول أكسيد الكربون للنجم هو. لذلك ، اختبر هذا الفريق سيناريوهات مختلفة لتوضيح المظهر الوفير والحميم للغازات.

سرعان ما رفضوا الموقف الذي ينشأ فيه الغاز من حطام نجم متشكل حديثًا ، بالإضافة إلى حالة ينتج فيها الغاز عن طريق الحزام القريب من الكويكبات الجليدية وينبعث من العديد من المذنبات الجليدية من حزام كويكبات بعيد ، مثل حزام خيبر الخاص بنا. لكن البيانات لا تتناسب تمامًا مع هذا الموقف. وكان الموقف الأخير الذي نظر فيه الفريق هو بقايا تأثير كبير على الغاز.

يقول شنايدرمان: “في جميع المشاهد ، يوجد شيء واحد فقط يمكنه شرح جميع جوانب البيانات”. “في أنظمة هذا العصر ، نتوقع أن تكون هناك تأثيرات هائلة ، ونتوقع أن تكون التأثيرات الأكبر هي الأكثر شيوعًا. تعمل المقاييس الزمنية ، ويعمل العمر ، وتعمل قيود التشكل والتوليف. في هذا السياق العملية الوحيدة الموثوقة التي يمكن أن تنتج أول أكسيد الكربون في هذا النظام لها تأثير كبير.

يقدر الفريق أن الغاز قد انطلق من تأثير هائل حدث قبل 200 ألف عام على الأقل – مؤخرًا لم يكن لدى النجم الوقت لتدمير هذا الغاز تمامًا. من حيث كمية الغاز ، يمكن أن يكون تأثيره هائلاً ، بما في ذلك كوكبان أوليان يمكن مقارنتهما في الحجم بالأرض. كان التأثير كبيرًا لدرجة أن جزءًا من الغلاف الجوي للكوكب يمكن أن يتطاير بعيدًا في شكل غاز لاحظ الفريق اليوم.

يقول شنايدرمان: “توجد الآن فرصة للعمل في المستقبل خارج هذه المنظمة”. “إذا أظهرنا أن أول أكسيد الكربون والتشكل يتعايشان مع تأثير عملاق في مكان واحد ، فإنه يوفر طريقة جديدة للبحث عن التأثيرات العملاقة وفهم كيفية عمل الحطام.”

قال هيلك شليشينج ، أستاذ علوم الأرض والكواكب والفضاء بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس: سيساعد في إلقاء الضوء على ظروف الغلاف الجوي للأرض عند نقطة تأثيرها الخاصة.

ملاحظة: “غاز أول أكسيد الكربون الناتج عن تأثير هائل على الجزء الداخلي من نظام شاب” بقلم داجانا شنايدرمان ، ولوكا ماتري ، وآلان ب. جاكسون ، جرانت م. كينيدي ، كوينتين كراو ، سيباستيان مارينو ، كارين آي أوبرج ، كيت يل سو ، ديفيد ج. ويلنر ومارك سي. وايت ، 20 أكتوبر 2021 ، طبيعة سجية.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03872-x

تم دعم هذا البحث جزئيًا من قبل مختبر ألما ومؤسسة سيمونز.