يكتشف تلسكوب ويب الفضائي التابع لناسا بخار الماء في منطقة تشكيل كوكب روكي

تصور فكرة هذا الفنان النجم PDS 70 وقرصه الكوكبي الأولي الداخلي. كشفت قياسات جديدة بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا عن بخار الماء على مسافات تقل عن 100 مليون ميل من النجم – المنطقة التي قد تتشكل فيها الكواكب الصخرية والأرضية. هذا هو أول اكتشاف للمياه في المنطقة الأرضية لقرص معروف بالفعل باستضافة اثنين أو أكثر من الكواكب الأولية ، أحدها يظهر في الجزء العلوي الأيمن. الائتمان: ناسا ، وكالة الفضاء الأوروبية ، وكالة الفضاء الكندية ، جوزيف أولمستيد (STScI)

يُظهر الاكتشاف وجود خزان مياه متاح للكواكب الأرضية التي قد تلتحم هناك.

الماء ، الماء ، في كل مكان – ليس في قطرات ، ولكن كبخار. العلماء باستخدام ناسا‘س تلسكوب جيمس ويب الفضائي اكتشفوا أن الكواكب العطشى في نظام PDS 70 يمكنها الوصول إلى خزان للمياه. الأهم من ذلك ، تم العثور على بخار الماء على بعد 100 مليون ميل من النجم – المنطقة التي قد تتشكل فيها الكواكب الأرضية مثل الأرض. (تدور الأرض حول 93 مليون ميل من شمسنا).

يعتبر PDS 70 أكثر برودة من شمسنا ، ويقدر عمره بـ 5.4 مليون سنة. فهي موطن لاثنين من الكواكب الغازية العملاقة المعروفة ، أحدهما على الأقل لا يزال يتراكم في المواد وينمو. هذا هو أول اكتشاف للمياه في المنطقة الأرضية لقرص معروف بالفعل باستضافة اثنين أو أكثر من الكواكب الأولية.

يعرض طيف قرص الكواكب الأولية لـ PDS 70 ، الذي تم الحصول عليه باستخدام Webb’s MIRI (أداة منتصف الأشعة تحت الحمراء) ، عددًا من خطوط الانبعاث من بخار الماء. قرر العلماء أن الماء موجود في القرص الداخلي للنظام ، على مسافات تقل عن 100 مليون ميل من النجم – المنطقة التي قد تتشكل فيها الكواكب الصخرية والأرضية. الائتمان: ناسا ، وكالة الفضاء الأوروبية ، وكالة الفضاء الكندية ، جوزيف أولمستيد (STScI)

تلسكوب ويب الفضائي يكتشف بخار الماء في منطقة تشكيل الكوكب الصخري

الماء ضروري للحياة كما نعرفها. ومع ذلك ، فإن كيفية وصول الماء إلى الأرض وما إذا كانت نفس العمليات يمكن أن تزرع بذور الكواكب الخارجية الصخرية التي تدور حول النجوم البعيدة تظل موضوعات للنقاش العلمي. قد تستفيد هذه المناقشات من رؤى جديدة من نظام الكواكب PDS 70 ، الواقع على بعد 370 سنة ضوئية. يشتمل هذا النظام النجمي على قرص داخلي وخارجي من الغاز والغبار ، تفصل بينهما فجوة تمتد 5 مليارات ميل (أو 8 مليارات كيلومتر). اثنان من الكواكب الغازية العملاقة المعروفة يقيمون داخل هذه الفجوة.

كشفت البيانات الجديدة التي جمعتها MIRI (أداة منتصف الأشعة تحت الحمراء) التابعة لتلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا ، عن بخار الماء في القرص الداخلي للنظام ، على مسافات تقل عن 100 مليون ميل (160 مليون كيلومتر) من النجم – المنطقة التي قد تتشكل فيها الكواكب الصخرية والأرضية. (تدور الأرض حول 93 مليون ميل من شمسنا). وتجدر الإشارة إلى أن هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها اكتشاف الماء في المنطقة الأرضية لقرص تم تأكيده بالفعل لاستضافة اثنين أو أكثر من الكواكب الأولية.

“لقد رأينا الماء في أقراص أخرى ، ولكن ليس قريبًا جدًا من نظام تتجمع فيه الكواكب حاليًا. قالت المؤلفة الرئيسية جوليا بيروتي من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك (MPIA) في هايدلبرغ بألمانيا “لم نتمكن من إجراء هذا النوع من القياس قبل ويب”.

“هذا الاكتشاف مثير للغاية ، لأنه يستكشف المنطقة التي تتشكل فيها عادة الكواكب الصخرية المشابهة للأرض ،” أضاف مدير MPIA ، توماس هينينج ، المؤلف المشارك في الورقة. Henning هو المحقق الرئيسي المشارك في Webb’s MIRI (أداة منتصف الأشعة تحت الحمراء) ، التي قامت بالكشف ، والمحقق الرئيسي لبرنامج MINDS (MIRI Mid-Infrared Disk Survey) الذي أخذ البيانات.

بيئة مشبعة بالبخار لتكوين الكواكب

PDS 70 هو نجم من النوع K ، وهو أكثر برودة من شمسنا ، ويقدر عمره بنحو 5.4 مليون سنة. هذا قديم نسبيًا من حيث النجوم ذات الأقراص المكونة للكواكب ، مما جعل اكتشاف بخار الماء أمرًا مفاجئًا.

بمرور الوقت ، ينخفض ​​محتوى الغاز والغبار للأقراص المكونة للكواكب. إما أن ينفخ إشعاع النجم المركزي ورياحه مثل هذه المواد ، أو ينمو الغبار إلى أجسام أكبر تشكل كواكب في النهاية. نظرًا لأن الدراسات السابقة فشلت في اكتشاف المياه في المناطق الوسطى من الأقراص ذات العمر المماثل ، فقد اشتبه علماء الفلك في أنها قد لا تنجو من الإشعاع النجمي القاسي ، مما يؤدي إلى بيئة جافة لتشكيل أي كواكب صخرية.

لم يكتشف علماء الفلك حتى الآن أي كواكب تتشكل داخل القرص الداخلي لـ PDS 70. ومع ذلك ، فإنهم يرون المواد الخام لبناء عوالم صخرية في شكل السيليكات. يشير اكتشاف بخار الماء إلى أنه إذا كانت الكواكب الصخرية تتشكل هناك ، فسيكون لديها ماء متاح لها من البداية.

وجدنا كمية كبيرة نسبيًا من حبيبات الغبار الصغيرة. قال المؤلف المشارك رينز ووترز من جامعة رادبود في هولندا ، إلى جانب اكتشافنا لبخار الماء ، يعد القرص الداخلي مكانًا مثيرًا للغاية.

ما هو أصل الماء؟

يثير هذا الاكتشاف التساؤل عن مصدر المياه. نظر فريق MINDS في سيناريوهين مختلفين لشرح النتائج التي توصلوا إليها.

أحد الاحتمالات هو أن جزيئات الماء تتشكل في مكانها ، حيث نكتشفها ، عندما تتحد ذرات الهيدروجين والأكسجين. الاحتمال الثاني هو أن جزيئات الغبار المكسوة بالجليد تنتقل من القرص الخارجي البارد إلى القرص الداخلي الساخن ، حيث يتصاعد الجليد المائي ويتحول إلى بخار. سيكون نظام النقل هذا مفاجئًا ، حيث سيتعين على الغبار عبور الفجوة الكبيرة التي شكلها الكوكبان العملاقان.

السؤال الآخر الذي طرحه هذا الاكتشاف هو كيف يمكن للماء أن يعيش بالقرب من النجم ، عندما يجب أن يكسر ضوء النجم فوق البنفسجي أي جزيئات ماء. على الأرجح ، تعمل المواد المحيطة مثل الغبار وجزيئات الماء الأخرى كدرع واقي. نتيجة لذلك ، يمكن للماء المكتشف في القرص الداخلي لنظام التوزيع العام 70 أن ينجو من الدمار.

في النهاية ، سيستخدم الفريق جهازين آخرين من أدوات Webb ، NIRCam (كاميرا قريبة من الأشعة تحت الحمراء) و NIRSpec (مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة) لدراسة نظام PDS 70 في محاولة لاستخلاص فهم أكبر.

تم أخذ هذه الملاحظات كجزء من برنامج Guaranteed Time Observation 1282. وقد تم نشر هذه النتيجة في المجلة طبيعة.

المرجع: “المياه في منطقة تشكيل كوكب الأرض لقرص PDS 70” بقلم G. Perotti ، V. Christiaens ، Th. هينينج ، ب.تابون ، إل بي إف إم ووترز ، آي كامب ، ج.أولوفسون ، إس إل جرانت ، دي جاسمان ، جيه بومان ، إم.ساملاند ، آر فرانشيسكي ، إي أف فان ديشوك ، كيه شوارتز ، إم جودل ، P.-O. Lagage، TP Ray، B. Vandenbussche، A. Abergel، O. Absil، AM Arabhavi، I. Argyriou، D. Barrado، A. Boccaletti، A. Caratti o Garatti، V. Geers، AM Glauser، K. Justannont، F. Lahuis، M. أون ، N. طبيعة.
DOI: 10.1038 / s41586-023-06317-9

تلسكوب جيمس ويب الفضائي هو المرصد الأول لعلوم الفضاء في العالم. يحل Webb الألغاز في نظامنا الشمسي ، ويتطلع إلى ما وراء ذلك إلى عوالم بعيدة حول النجوم الأخرى ، ويتحرى الهياكل الغامضة وأصول الكون ومكاننا فيه. Webb هو برنامج دولي تقوده وكالة ناسا مع شركائها ، ESA (وكالة الفضاء الأوروبية) ووكالة الفضاء الكندية.