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

هذه الاصطدامات الكوكبية شائعة في الأنظمة الشمسية الفتية ، لكن لا يتم ملاحظتها بشكل مباشر.

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

الآن علماء الفلك مع، وجدت جامعة أيرلندا الوطنية دليلاً على وجود تأثير هائل على نظام نجمي قريب يبعد 95 سنة ضوئية عن الأرض في جالواي وجامعة كامبريدج وأماكن أخرى. النجم المسمى HD 172555 ، يبلغ من العمر حوالي 23 مليون سنة ، ويشتبه العلماء في وجود آثار اصطدام حديث لدببة الغبار.

لاحظ الفريق بقيادة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أدلة أخرى على تأثير عملاق حول النجم. لقد قرروا أنه قبل 200000 عام على الأقل ، ربما حدث تصادم بين كوكب صغير بحجم الأرض وتأثير صغير بسرعة 10 كيلومترات في الثانية أو أكثر من 22000 ميل في الساعة.

الأهم من ذلك ، اكتشفوا الغاز الذي يمكن أن يشير إلى أن مثل هذا التأثير عالي السرعة يمكن أن ينفجر على جزء من الغلاف الجوي للكوكب – وهي ظاهرة مثيرة توضح الغاز والغبار المحيط بالنجم. النتائج تخرج اليوم طبيعي >> صفة، يشير إلى أول تشخيص من نوعه.

قالت المؤلفة الرئيسية داجانا شنايدرمان ، وهي طالبة دراسات عليا في قسم علوم الأرض والغلاف الجوي والكواكب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: ليس لدينا دليل في العديد من الأنظمة. الآن لدينا نظرة ثاقبة إضافية حول هذه الديناميات.

إشارة واضحة

قام علماء الفلك بمناورة النجم HD 172555 نظرًا لتكوينه غير المعتاد من الغبار. أظهرت الملاحظات التي تم إجراؤها في السنوات الأخيرة أن غبار النجوم يحتوي على مستويات عالية من المعادن غير العادية ، وهي حبيبات أفضل بكثير مما يتوقعه علماء الفلك لقرص الحطام النجمي النموذجي.

يقول شنايدرمان: “بسبب هذين العاملين ، يعتبر HD 172555 هو هذا النظام المختلف”.

تساءلت هي وزملاؤها عما قد يكشفه الغاز عن تاريخ هجوم التنظيم. نظروا إلى البيانات التي أخذوها ألما، Atacama Large Millimeter Array في تشيلي ، التي تحتوي على 66 تلسكوبًا لاسلكيًا ، يمكن تعديل تباعدها لزيادة أو تقليل دقة صورهم. نظر الفريق في البيانات من أرشيف ALMA العام ، بحثًا عن علامات أول أكسيد الكربون حول النجوم القريبة.

يقول شنايدرمان: “إذا أراد الناس دراسة الغاز في علب القمامة ، فإن أول أكسيد الكربون يكون لامعًا بشكل عام ، لذلك من السهل العثور عليه”. “لذا ، نظرنا إلى بيانات أول أكسيد الكربون لجهاز HD 172555 لأنه نظام مثير للاهتمام.”

بعد ذلك

من خلال إعادة التحليل الدقيقة ، تمكن الفريق من اكتشاف أول أكسيد الكربون حول النجم. عندما قاسوا كتلته ، وجدوا أنه يحتوي على حوالي 20 في المائة من أول أكسيد الكربون. كوكب الزهرة‘الغلاف الجوي. لاحظوا أن الغاز يدور بأعداد كبيرة وكان قريبًا بشكل مدهش من النجم ، حوالي 10 وحدات فلكية أو 10 أضعاف المسافة بين الأرض والشمس.

يقول شنايدرمان: “يتطلب وجود أول أكسيد الكربون القريب هذا بعض التفسير”.

هذا لأن أول أكسيد الكربون يكون بشكل عام عرضة لعملية التمثيل الضوئي ، وهي عملية يتم فيها تكسير فوتونات النجم وتدمير الجزيء. من مسافة قريبة ، عادة ما يكون أول أكسيد الكربون هو الأقرب إلى النجم. لذلك ، جرب الفريق سيناريوهات مختلفة لتوضيح النظرة الوفيرة والحميمة للغاز.

سرعان ما رفضوا الموقف الذي نشأ فيه الغاز من حطام النجم المشكل حديثًا. مثل حزام خيبر الخاص بنا ، فقد اعتبروا أيضًا مشهدًا حيث تم طرد الغاز بواسطة عدة مذنبات جليدية من حزام كويكبات بعيد. لكن البيانات لا تتناسب مع هذا الموقف أيضًا. المشهد الأخير الذي نظر فيه الفريق كان بقايا تأثير عملاق على الغاز.

يقول شنايدرمان: “في جميع السيناريوهات ، هذا هو الشيء الوحيد الذي يمكنه شرح جميع جوانب البيانات”. “في أنظمة هذا العصر ، نتوقع أن تكون هناك تأثيرات كبيرة ، ونتوقع أن تكون التأثيرات الأكبر هي الأكثر شيوعًا. تعمل المقاييس الزمنية ، ويعمل العمر ، وقيود 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 قد لا يكون لدى النجم الوقت لتدمير الغاز تمامًا. من حيث وفرة الغاز ، يمكن أن يكون التأثير الذي يشمل كوكبين بدائيين مشابهين للأرض هائلاً. كان تأثيره كبيرًا لدرجة أنه يمكن أن يلقي جزءًا من الغلاف الجوي للكوكب في الشكل الغازي الذي لاحظه الفريق اليوم.

يقول شنايدرمان: “توجد الآن فرصة للعمل المستقبلي خارج هذه المنظمة”. “إذا أظهرنا أن أول أكسيد الكربون والتشكل في مكان ما متوافقان مع بعضهما البعض ، فإنه يوفر طريقة جديدة للبحث عن التأثيرات العملاقة وفهم كيفية عمل الحطام.”

يقول هيلك شليشينج ، أستاذ علوم الأرض والكواكب والفضاء في جامعة كاليفورنيا ، لوس أنجلوس: “الأمر المثير بشكل خاص في هذا العمل هو أنه يوضح أهمية فقدان الغلاف الجوي من خلال التأثيرات الهائلة. سيؤدي هذا في النهاية إلى إلقاء الضوء على الغلاف الجوي للكواكب عند نقطة تأثيرها العملاقة. “

ملاحظة: تاجانا شنايدرمان ، لوكا ميترا ، آلان ب. جاكسون ، جرانت م. كينيدي ، كوينتين كراو ، سيباستيان مارينو ، كارين آي. اوبرج ، كيت ييل. سو ، ديفيد ج. ويلنر ومارك سي. وايت ، 20 أكتوبر 2021 ، طبيعي >> صفة.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03872-x

إلى حد ما ، تم دعم هذا البحث من قبل مختبر ألما ومؤسسة سيمونز.