اكتشاف أوقف كوكبنا من النمو إلى “أرض خارقة”

تزعم دراسة أنه قبل وقت طويل من تشكل الكواكب في النظام الشمسي، كان للشمس حلقات مشابهة لتلك الموجودة حول زحل، وربما تكون أوقفت نمو كوكب الأرض.

وشوهدت هذه الحلقات حول عدد من النجوم الشابة البعيدة الشبيهة بالشمس، وفقا لعلماء الفلك من جامعة رايس في هيوستن، تكساس.

وتتكون من مجموعات من الغبار والغاز، ومن المحتمل أنها دارت حول الشمس الفتية ولعبت دورا في تكوين الأرض، ما قد يمنعها من النمو إلى نوع من العالم يُعرف باسم “الأرض الفائقة” التي عثر عليها في 30% من أنظمة النجوم.

واستخدم المعد أندريه إيزيدورو وزملاؤه حاسوبا عملاقا لمحاكاة تشكل النظام الشمسي مئات المرات، لفهم كيفية ظهوره بشكل أفضل.

وأنتج نموذجهم حلقات وأعاد إنتاج العديد من سمات النظام الشمسي التي غاب عنها العديد من النماذج السابقة، لكنه تطلب حلقات حول الشمس الفتية.

وشارك في الدراسة فريق من علماء الفلك وعلماء الفيزياء الفلكية وعلماء الكواكب، بالاعتماد على أحدث الأبحاث حول أنظمة النجوم.

ويفترض النموذج الذي قاموا بإنشائه أن النظام الشمسي المبكر كان به ثلاثة نطاقات ضغط مرتفع داخل القرص. وشوهدت مضخات الضغط هذه في الأقراص النجمية الحلقية حول النجوم البعيدة.

ووجدوا أن مطبات وحلقات الضغط يمكن أن تفسر بنية النظام الشمسي التي نراها اليوم، بما في ذلك عدم وجود عوالم “الأرض الفائقة”.

ويُقترح أن مطبات الضغط أنتجت خزانات منفصلة من مادة القرص في النظام الشمسي الداخلي والخارجي ونظمت كمية المواد المتاحة لتنمية الكواكب في النظام الشمسي الداخلي.

وتوقع العلماء على مدى العقود القليلة الماضية أن الغاز والغبار في أقراص الكواكب الأولية أصبحت تدريجيا أقل كثافة، وانخفضت بسلاسة كدالة على المسافة من النجم.

ومع ذلك، تُظهر عمليات المحاكاة الحاسوبية السابقة أنه من غير المرجح أن تتشكل الكواكب في ظل هذه السيناريوهات.

وقالت عالمة الفلك والمعدة المشاركة في الدراسة أندريا إيزيلا: “في القرص الأملس، يجب سحب جميع الجسيمات الصلبة – حبيبات الغبار أو الصخور – إلى الداخل بسرعة كبيرة وفقدانها في النجم. ويحتاج المرء إلى شيء ما لمنعها من أجل منحها الوقت للنمو إلى كواكب”.

ونظرا لأن الجسيمات تتحرك أسرع من الغاز من حولها، فإنها “تشعر برياح معاكسة وتنجرف بسرعة كبيرة نحو النجم”، وفقا لإيزيدورو.

وعند نقاط تضخم الضغط داخل القرص، يزداد ضغط الغاز، وتتحرك الجزيئات بشكل أسرع وتتوقف الجزيئات الصلبة عن الشعور بالرياح المعاكسة.

وقال “هذا ما يسمح لجزيئات الغبار بالتراكم عند مطبات الضغط”.

وقالت إيزيلا إن علماء الفلك لاحظوا مطبات الضغط وحلقات قرص الكواكب الأولية باستخدام مصفوفة أتاكاما الكبيرة المليمترية/الفرعية (ALMA). وهذا تلسكوب لاسلكي هائل مكون من 66 طبقا نشر عبر الإنترنت في تشيلي عام 2013.

وقالت إيزيلا: “إن ALMA قادرة على التقاط صور حادة جدا لأنظمة الكواكب الفتية التي لا تزال تتشكل، واكتشفنا أن الكثير من أقراص الكواكب الأولية في هذه الأنظمة تتميز بحلقات”.

وهذا النموذج الجديد، الذي ابتكره إيزيدورو وزملاؤه، يعمل على افتراض أن مطبات الضغط تشكلت في بدايات النظام الشمسي في ثلاثة أماكن.

ووجدوا أن هذه هي الأماكن التي تطلق فيها الجسيمات المتساقطة باتجاه الشمس كميات كبيرة من الغاز المتبخر.

وفي عمليات المحاكاة، أنتجت مطبات الضغط عند خطوط التسامي للسيليكات والماء وأول أكسيد الكربون ثلاث حلقات مميزة. والمكون الأساسي للرمل والزجاج، وهو ثاني أكسيد السيليكون، أصبح بخارا عند خط السيليكات. وأنتج هذا أقرب حلقة للشمس حيث تشكل عطارد والزهرة والأرض والمريخ.

ويقترح النموذج أن أقراص الكواكب الأولية تبرد مع تقدم العمر، لذلك انتقلت خطوط التسامي نحو الشمس.

وأظهرت الدراسة أن هذه العملية يمكن أن تسمح للغبار بالتراكم في أجسام بحجم الكويكب تسمى الكواكب الصغيرة.

وبمرور الوقت، من خلال قوة الجاذبية والاصطدام، يمكن لهذه الصخور الصغيرة أن تتجمع معا لتشكل كواكب.

وقال إيزيدورو إن الدراسات السابقة عملت على افتراض أن هذه الكواكب الصغيرة يمكن أن تتشكل إذا كان الغبار مركّزا بدرجة كافية.

ومع ذلك، لم يقدم أي نموذج تفسيرا نظريا مقنعا لكيفية تراكم الغبار، في حين يُظهر هذا النموذج أن المطبات يمكن أن تركز الغبار، ويمكن أن تعمل مطبات الضغط المتحركة كـ “مصانع كوكبية”.

وأنتجت عمليات المحاكاة السابقة للنظام الشمسي كوكبا أكبر بعشر مرات من كتلة الأرض – كوكب الأرض الخارق.

وأظهرت محاكاة إيزيدورو أن الحلقة الوسطى يمكن أن تفسر الانقسام الكيميائي عن طريق منع مادة النظام الخارجي من دخول النظام الداخلي.

وأنتجت عمليات المحاكاة أيضا حزام الكويكبات في موقعه الصحيح، وأظهرت أنه تم تغذيته بأجسام من كلا المنطقتين الداخلية والخارجية.

وقال إيزيدورو إن التأخر في ظهور الحلقة الوسطى للشمس في بعض عمليات المحاكاة أدى إلى تكوين كواكب أرضية فائقة، ما يشير إلى أهمية توقيت الضغط.

لذا فإن الوقت الذي تشكل فيه هذا الضغط المتوسط ​​قد يكون جانبا رئيسيا للنظام الشمسي.