عند البحث عن كواكب خارج الطاقة الشمسية ، يعتمد علماء الفلك غالبًا على عدد من التقنيات غير المباشرة. من بين هذه الطرق ، يعد أسلوب العبور (المعروف أيضًا باسم قياس الضوء العابر) وطريقة السرعة الشعاعية (المعروف أيضًا باسم مطياف دوبلر) هما الأكثر فعالية وموثوقية (خاصة عند استخدامه في تركيبة). لسوء الحظ ، التصوير المباشر نادر لأنه من الصعب جدًا اكتشاف كوكب خارجي باهت وسط وهج نجمه المضيف.
ومع ذلك ، فقد سمحت التحسينات في مقاييس التداخل الراديوي والتصوير القريب من الأشعة تحت الحمراء للفلكيين بتصوير أقراص الكواكب الأولية واستنتاج مدارات الكواكب الخارجية. باستخدام هذه الطريقة ، التقط فريق دولي من علماء الفلك مؤخرًا صورًا لنظام كوكبي حديث التكوين. من خلال دراسة الفجوات والهياكل الشبيهة بهذا النظام ، تمكن الفريق من افتراض الحجم المحتمل لكوكب خارجي.
ظهرت الدراسة التي تحمل عنوان "الحلقات والثغرات في القرص حول Elias 24 التي كشفتها ALMA" مؤخرًا في الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية. قاد الفريق جيوفاني ديبييرو ، عالم الفيزياء الفلكية من جامعة ليستر ، وشمل أعضاء من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية (CfA) ، ومرصد ALMA المشترك ، والمرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي ، ومعهد ماكس بلانك لعلم الفلك ، وجامعات ومعاهد بحثية متعددة.
في الماضي ، تم تحديد حلقات الغبار في العديد من أنظمة الكواكب الأولية ، وكانت أصولها وعلاقتها بتكوين الكواكب محل جدل كبير. فمن ناحية ، قد تكون نتيجة تراكم الغبار في مناطق معينة ، أو عدم استقرار الجاذبية ، أو حتى الاختلافات في الخصائص البصرية للغبار. وبدلاً من ذلك ، يمكن أن تكون نتيجة الكواكب التي تطورت بالفعل ، والتي تتسبب في تبدد الغبار أثناء مروره.
كما أوضح ديبييرو وزملاؤه في دراستهم:
"يستدعي السيناريو البديل الأقراص النشطة ديناميكيًا ، والتي تكونت فيها الكواكب بالفعل أو هي في طور التكوين. سيثير كوكب مضمن موجات الكثافة في القرص المحيط ، والتي ترسب بعد ذلك الزخم الزاوي عند تبددها. إذا كان الكوكب ضخمًا بما فيه الكفاية ، فإن تبادل الزخم الزاوي بين الموجات التي أنشأها الكوكب والقرص ينتج عنه تكوين فجوات مفردة أو متعددة ، ترتبط خصائصها المورفولوجية ارتباطًا وثيقًا بظروف القرص المحلية وخصائص الكوكب. "
من أجل دراستهم ، استخدم الفريق بيانات من Atacama Large Millimeter / sub-millimeter Array (ALMA) Cycle ملاحظات 2 - التي بدأت في يونيو 2014. وبذلك ، تمكنوا من تصوير الغبار حول Elias 24 بدقة تبلغ حوالي 28 AU (أي 28 ضعف المسافة بين الأرض والشمس). ما وجدوه كان دليلاً على فجوات وحلقات يمكن أن تكون مؤشراً على كوكب يدور.
من هذا ، قاموا ببناء نموذج للنظام الذي أخذ في الاعتبار كتلة وموقع هذا الكوكب المحتمل وكيف أن توزيع الغبار وكثافته سيتسببان في تطوره. كما يشيرون في دراستهم ، يستنسخ نموذجهم ملاحظات حلقة الغبار بشكل جيد جدًا ، وتنبأ بوجود عملاق غاز يشبه المشتري في غضون أربعة وأربعين ألف عام:
"نجد أن انبعاث الغبار عبر القرص يتوافق مع وجود كوكب مضمن بكتلة 0.7 درجة مئويةي عند نصف قطر مداري؟ 60؟ au ... توفر خريطة السطوع السطحي لنموذج القرص الخاص بنا تطابقًا معقولاً مع الهياكل الشبيهة بالفجوة والحلقة التي تمت ملاحظتها في Elias 24 ، بمتوسط تباين يبلغ 5؟ بالمائة من التدفقات المرصودة حول منطقة الفجوة. "
تعزز هذه النتائج الاستنتاج القائل بأن الفجوات والحلقات التي تمت ملاحظتها في مجموعة واسعة من الأقراص النجمية الصغيرة تشير إلى وجود كواكب مدارية. كما أشار الفريق ، فإن هذا يتسق مع الملاحظات الأخرى لأقراص الكواكب الأولية ، ويمكن أن يساعد في تسليط الضوء على عملية تكوين الكواكب.
وخلصوا إلى أن "الصورة المنبثقة من الدقة العالية والملاحظات عالية الحساسية لأقراص الكواكب الأولية هي أن الفجوة والفجوة تشبه الخواص في مجموعة كبيرة من الأقراص ذات الكتل والأعمار المختلفة". "إن صور ALMA الجديدة عالية الدقة وعالية الدقة لانبعاثات الغبار وخط CO وبيانات التشتت عالية الجودة ستكون مفيدة للعثور على مزيد من الأدلة على الآليات الكامنة وراء تكوينها."
أحد أصعب التحديات عندما يتعلق الأمر بدراسة تكوين وتطور الكواكب هو حقيقة أن الفلكيين كانوا تقليديًا غير قادرين على رؤية العمليات في العمل. ولكن بفضل التحسينات في الأدوات والقدرة على دراسة أنظمة النجوم خارج الطاقة الشمسية ، تمكن الفلكيون من رؤية النظام في نقاط مختلفة في عملية التكوين.
وهذا بدوره يساعدنا على صقل نظرياتنا عن كيفية ظهور النظام الشمسي ، وقد يسمح لنا ذات يوم بالتنبؤ بالضبط بأنواع الأنظمة التي يمكن أن تشكل في أنظمة النجوم الصغيرة.
