حقوق الصورة: NWU
لا يمكن تفسير المدارات الغريبة لثلاثة كواكب تدور حول نجم بعيد إلا إذا أخطأ كوكب رابع غير مرئي وأخرجها من مداراتها الدائرية ، وفقًا لدراسة جديدة أجراها باحثون في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، وجامعة نورث وسترن.
ويستند الاستنتاج إلى استقراءات الكمبيوتر من 13 عامًا من عمليات رصد حركات الكوكب حول النجم Upsilon Andromedae. ويشير إلى أن المدارات غير الدائرية والتي غالبًا ما تكون بيضاوية الشكل للعديد من الكواكب خارج المجموعة الشمسية التي تم اكتشافها حتى الآن قد تكون ناتجة عن تشتت الكواكب بعضها البعض. في مثل هذا السيناريو ، يمكن إخراج الكوكب المقلق من النظام بالكامل أو يمكن ركله في مدار بعيد ، تاركًا الكواكب الداخلية مع مدارات غريب الأطوار.
قال إريك فورد ، زميل ميللر بعد الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا في بيركلي: "من المحتمل أن يكون هذا أحد النظامين أو ثلاثة أنظمة خارج النظام الشمسي التي لديها أفضل الملاحظات والقيود الصارمة ، ويحكي قصة فريدة من نوعها". "تفسيرنا هو أن المدار الأصلي للكوكب الخارجي كان دائريًا ، لكنه حصل على هذه الركلة المفاجئة التي غيرت مداره بشكل دائم إلى مركز غريب للغاية. لتوفير هذه الركلة ، افترضنا أنه يوجد كوكب إضافي لا نراه الآن. نعتقد أننا نفهم الآن كيف يعمل هذا النظام ".
وأشار الباحثون إلى أنه إذا كان هذا الكوكب قد وصل من خلال نظامنا الشمسي في وقت مبكر من تاريخه ، فقد لا تحتوي الكواكب الداخلية الآن على مثل هذه المدارات الدائرية اللطيفة ، واستنادًا إلى الافتراضات الحالية حول أصول الحياة ، فربما يكون مناخ الأرض قد تذبذب كثيرًا من أجل الحياة قد نشأت.
قال فورد: "في حين أن الكواكب في نظامنا الشمسي تظل مستقرة لمليارات السنين ، لم يكن هذا هو الحال بالنسبة للكواكب التي تدور حول أبسيلون أندروميداي". "في حين أن هذه الكواكب ربما تكونت بشكل مشابه للمشتري وزحل ، فقد تم نحت مداراتها الحالية في مرحلة متأخرة من التفاعلات الفوضوية والعنيفة".
وفقًا لزميل فورد ، فريدريك أ. راسيو ، الأستاذ المساعد في الفيزياء وعلم الفلك في نورث وسترن ، "تُظهر نتائجنا أن آلية بسيطة ، غالبًا ما تسمى" تشتت كوكب الكوكب "- نوع من تأثير المقلاع بسبب الجذب المفاجئ بين اثنين الكواكب عندما تكون قريبة جدًا من بعضها البعض - يجب أن تكون مسؤولة عن المدارات شديدة الانحراف التي تمت ملاحظتها في نظام Upsilon Andromedae. نعتقد أن تشتت كوكب الكوكب حدث بشكل متكرر في أنظمة الكواكب خارج المجموعة الشمسية ، وليس فقط هذه ، الناتجة عن عدم الاستقرار الشديد. لذلك ، في حين أن الأنظمة الكوكبية حول النجوم الأخرى قد تكون شائعة ، فإن أنواع الأنظمة التي يمكن أن تدعم الحياة ، والتي ، مثل نظامنا الشمسي ، من المفترض أن تظل مستقرة على مدى فترات زمنية طويلة جدًا ، قد لا تكون شائعة جدًا.
تم الإبلاغ عن المحاكاة الحاسوبية في عدد 14 أبريل من مجلة Nature من قبل Ford و Rasio و Verene Lystad ، وهو طالب جامعي متخصص في الفيزياء في Northwestern. كان فورد طالبًا في Rasio's في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا قبل متابعة الدراسات العليا في جامعة برينستون والوصول إلى جامعة كاليفورنيا في بيركلي في عام 2004.
النظام الكواكب حول Upsilon Andromedae هو واحد من أكثر الأنظمة التي تمت دراستها من بين 160 نظامًا ، حيث تم اكتشاف الكواكب حتى الآن خارج نظامنا الشمسي. تم اكتشاف الكوكب الداخلي ، "المشتري الحار" القريب جدًا من النجم لدرجة أن مداره ليس سوى بضعة أيام ، في عام 1996 من قبل جيف مارسي من جامعة كاليفورنيا في بيركلي وفريقه في البحث عن الكواكب. تم اكتشاف الكواكب الخارجية ، ذات المدارات الطويلة التي تشوش بعضها البعض بقوة في عام 1999. هذه الكواكب الثلاثة الضخمة التي تشبه المشتري حول أبسيلون أندروميداي تضم أول نظام متعدد الكواكب خارج المجموعة الشمسية اكتشفه مطيافية دوبلر.
بسبب الطبيعة غير المعتادة لمدارات الكواكب حول Upsilon Andromedae ، قام مارسي وفريقه بدراستها بشكل مكثف ، حيث قاموا بعمل ما يقرب من 500 ملاحظة - 10 مرات أكثر من معظم الكواكب الأخرى خارج المجموعة الشمسية التي تم العثور عليها. تتيح هذه الملاحظات ، أي التذبذب في حركة النجم التي تسببها الكواكب المدارية ، رسمًا دقيقًا جدًا لحركات الكواكب حول النجم.
وقال فورد "الملاحظات دقيقة للغاية بحيث يمكننا مشاهدة والتنبؤ بما سيحدث لعشرات الآلاف من السنين في المستقبل".
اليوم ، بينما يتجمع الكوكب الأعمق بالقرب من النجم ، تدور الكواكب الخارجية في مدارات على شكل بيضة. ومع ذلك ، أظهرت المحاكاة الحاسوبية للتغيرات المدارية الماضية والمستقبلية أن الكواكب الخارجية تنخرط في رقصة متكررة ، مرة واحدة كل 7000 سنة ، تجلب مدار الكوكب الأوسط إلى دائرة.
قال فورد: "إن خاصية العودة إلى مدار دائري للغاية رائعة تمامًا ولا تحدث بشكل عام". "التفسير الطبيعي هو أنهم كانوا ذات مرة في مدارات دائرية ، وحصل المرء على ركلة كبيرة تسببت في جعله غريب الأطوار. بعد ذلك ، تسبب التطور اللاحق في نمو الكوكب غير المركزي ، ولكن بسبب الحفاظ على الطاقة والزخم الزاوي ، يعود بشكل دوري إلى مدار دائري تقريبًا. "
في السابق ، اقترح علماء الفلك سيناريوهين محتملين لتشكيل نظام كوكب Upsilon Andromedae ، لكن بيانات الرصد لم تكن كافية بعد لتمييز النموذجين. كان فلكي آخر ، رينو مالهوترا في جامعة أريزونا ، قد اقترح سابقًا أن تشتت كوكب الكوكب ربما أثار حماسة الانحرافات في Upsilon Andromedae. لكن تفسيرًا بديلًا زعم أن التفاعلات بين الكواكب وقرص الغاز المحيط بالنجم يمكن أن ينتج أيضًا مدارات غريبة الأطوار. من خلال الجمع بين بيانات الرصد الإضافية ونماذج الكمبيوتر الجديدة ، تمكن فورد وزملاؤه من إظهار أن التفاعلات مع قرص غاز لم يكن لتنتج المدارات المرصودة ، ولكن التفاعلات مع كوكب آخر ستنتجها بشكل طبيعي.
"إن السمة المميزة الرئيسية بين تلك النظريات هي أن التفاعلات مع القرص الخارجي من شأنه أن يتسبب في تغير المدارات ببطء شديد ، والتفاعل القوي مع كوكب عابر سيؤدي إلى تغير المدارات بسرعة كبيرة مقارنة بالمقياس الزمني البالغ 7000 عام قال فورد أن المدارات ستتطور. "لأن الفرضيتين تقدمان تنبؤات مختلفة لتطور النظام ، يمكننا تقييد تاريخ النظام بناءً على المدارات الكوكبية الحالية."
قال فورد إنه عندما تشكلت الكواكب داخل قرص من الغاز والغبار ، فإن السحب على الكواكب كان سيبقي مداراتها دائرية. ولكن بمجرد أن تبدد الغبار والغاز ، فإن التفاعل مع كوكب عابر فقط هو الذي يمكن أن يكون قد خلق مدارات معينة لكوكبين خارجيين تم رصدهما اليوم. ربما لاحظ ، أن الكوكب المقلق قد وقع في الكواكب الداخلية من خلال التفاعل مع الكواكب الأخرى البعيدة عن النجم المركزي.
ومع ذلك ، فقد بدأت التفاعلات الفوضوية الناتجة عن إنشاء مدار غريب الأطوار للغاية للكوكب الثالث ، والذي بدوره عطل أيضًا مدار الكوكب الثاني تدريجيًا. نظرًا لأن الكوكب الخارجي يسيطر على النظام ، فإنه بمرور الوقت أزعج مدار الكوكب الأوسط بما يكفي لتشويهه ببطء إلى مدار غريب الأطوار أيضًا ، وهو ما يتم رؤيته اليوم ، على الرغم من كل 7000 عام أو نحو ذلك ، يعود الكوكب الأوسط تدريجيًا إلى دائري يدور في مدار.
قال راسيو: "هذا ما يجعل النظام غريبًا للغاية". "في العادة ، لن يؤدي الاقتران الثقالي بين مدارين بيضاويين إلى عودة المرء إلى دائرة مثالية تقريبًا. الدائرة خاصة جدا ".
قال Lystad ، الذي بدأ العمل مع Rasio: "كان الهدف الرئيسي من بحثنا في الأصل محاكاة نظام الكواكب Upsilon Andromedae ، من أجل تحديد ما إذا كان الكواكب الخارجية تقع في نفس المستوى مثل الكواكب في النظام الشمسي". عندما كانت طالبة في السنة الثانية وعملت العديد من عمليات دمج الكمبيوتر كجزء من أطروحتها العليا. "لقد فوجئنا عندما وجدنا أنه بالنسبة للعديد من عمليات المحاكاة الخاصة بنا ، كان من الصعب معرفة ما إذا كانت الكواكب في نفس المستوى بسبب حقيقة أن مدار الكوكب الأوسط أصبح دوريًا تقريبًا. بمجرد أن لاحظنا أن هذا السلوك الغريب كان موجودًا في جميع عمليات المحاكاة لدينا ، أدركنا أنه علامة مميزة لنظام خضع لتشتت الكوكب. لقد أدركنا أن هناك شيئًا أكثر إثارة للاهتمام يحدث مما وجده أي شخص من قبل. "
إن فهم ما حدث أثناء تكوين وتطور Upsilon Andromedae وغيرها من أنظمة الكواكب خارج المجموعة الشمسية له آثار كبيرة على نظامنا الشمسي.
قال فورد: "بمجرد أن تدرك أن معظم الكواكب خارج المجموعة الشمسية لها مدارات غير مركزية للغاية (مثل الكواكب في Upsilon Andromedae) ، تبدأ في التساؤل عما إذا كان هناك شيء خاص حول نظامنا الشمسي". "هل يمكن أن يكون تشتت الكوكب العنيف شائعًا لدرجة أن القليل من أنظمة الكواكب تبقى هادئة وصالحة للسكن؟ لحسن الحظ ، يقوم علماء الفلك - بقيادة جيف مارسي ، أستاذ علم الفلك في جامعة كاليفورنيا في بيركلي - بجد بملاحظة ستجيب في النهاية على هذا السؤال المثير ".
وأيد البحث مؤسسة العلوم الوطنية ومعهد ميللر للبحوث الأساسية بجامعة كاليفورنيا في بيركلي.
المصدر الأصلي: نشرة بيركلي الإخبارية
