تم اكتشاف اثنين من الكواكب الخارجية الأقل كثافة المسجلة على الإطلاق، وهما يدوران حول نجم يبعد حوالي 1110 سنة ضوئية عن الأرض. تتمتع هذه الأجرام السماوية، المسماة TOI-791b وTOI-791c، بحجم مماثل لحجم كوكب المشتري، أكبر كوكب في نظامنا الشمسي، ولكنها تظهر كثافة منخفضة للغاية لدرجة أنها أخف من حلوى القطن. وقد تم الكشف عن هذا الاكتشاف، بقيادة مجموعة دولية من العلماء، بالتفصيل في مجلة *الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية*.
ندرة الأشخاص “المنتفخين للغاية” في الكون
تنتمي هذه العوالم إلى تصنيف غير عادي للكواكب يُعرف باسم الكواكب “فائقة الانتفاخ” أو “فائقة الانتفاخ”. وتتميز بأحجامها الضخمة وكتلها الصغيرة بشكل مدهش، مما يجعلها لغزا للنماذج الحالية لتكوين الكواكب. قبل هذا الاكتشاف، لم يكن معروفًا سوى أربعة أمثلة لهذه الفئة، مما يجعل تحديد اثنين جديدين، في نفس النظام النجمي، حدثًا له تأثير كبير على الفيزياء الفلكية.
الخصائص الفريدة للكواكب الخارجية الجديدة TOI-791b وTOI-791c
تشير القياسات إلى أن كثافة TOI-791b تبلغ 0.038 جرامًا لكل سنتيمتر مكعب فقط (جم/سم مكعب)، بينما تبلغ كثافة TOI-791c 0.047 جم/سم مكعب. لتوضيح تفرد هذه القيم، يجدر المقارنة: متوسط كثافة الأرض هو 5.5 جم/سم3، وكثافة كوكب المشتري، وهو عملاق غازي، 1.33 جم/سم3. يشير هذا الاختلاف الهائل إلى أن التركيب والبنية الداخلية يختلفان جذريًا عن الكواكب التي نعرفها أكثر.
وسلط عالم الفيزياء الفلكية جورج درنسفيلد، المؤلف الرئيسي للبحث، الضوء على أهمية هذا التحديد. وقال في بيان: “لم نعرف سوى القليل من هذه الكواكب فائقة الانتفاخ حتى الآن. والعثور على اثنين آخرين، وفي نفس النظام، أمر استثنائي”. إن الكثافة المنخفضة للغاية لهذه الأجسام تجعلها أهدافًا ذات أولوية للبحث المستقبلي، بهدف كشف العمليات المعقدة لكيفية نشوء الأنظمة الكوكبية وتطورها مع مرور الوقت.
تحديات نماذج تشكيل الكواكب
إن وجود كواكب كبيرة وخفيفة مثل TOI-791b وTOI-791c يشكل تحديًا كبيرًا للنظريات السائدة حول تكوين العوالم العملاقة. تشير النماذج الأكثر قبولًا، مثل تراكم اللب، إلى أن الكواكب الغازية تتشكل من نواة صخرية صلبة، والتي عند وصولها إلى كتلة كافية، تبدأ في جذب كميات كبيرة من الغاز من قرصها الكوكبي الأولي. ومع ذلك، لكي تتمتع هذه الكواكب بهذه الكثافة المنخفضة، ستكون هناك حاجة إلى عملية تكوين أو تكوين للغلاف الجوي، وهو ما لم يتم فهمه بالكامل بعد.
ويتكهن العلماء بأن الغلاف الجوي لهذه “المنتفخات الفائقة” قد يتكون من غازات خفيفة للغاية، مثل الهيدروجين والهيليوم، وربما مع كمية صغيرة من العناصر الأثقل، أو أنها تشكلت في ظل ظروف محددة للغاية من درجة الحرارة والضغط التي سمحت بهذا التوسع. يمكن للإشعاع الصادر عن النجم الأم أيضًا أن يلعب دورًا حاسمًا في “تضخيم” أجواءها. قد تؤدي الدراسة الإضافية لهذه الكواكب الخارجية إلى مراجعة أو إضافة آليات جديدة إلى النماذج الحالية لكيفية تطور الكواكب.
دور التلسكوب الفضائي TESS في الاكتشاف
أصبح هذا الاكتشاف ممكنًا بفضل التلسكوب الفضائي لمسح الكواكب الخارجية العابرة (TESS) التابع لناسا. تم إطلاق TESS في عام 2018، وهو مرصد فضائي يبحث عن الكواكب الخارجية باستخدام طريقة العبور، حيث يكتشف قطرات صغيرة في سطوع النجم عندما يمر كوكب أمامه. وقد لعبت قدرته على مراقبة مناطق واسعة من السماء لفترات طويلة دورًا أساسيًا في تحديد الآلاف من الكواكب المرشحة خارج المجموعة الشمسية، بما في ذلك “النفثات الفائقة” النادرة.
تعد مراقبة عمليات رصد TESS باستخدام التلسكوبات الأرضية وغيرها من الأدوات الفضائية أمرًا ضروريًا لتأكيد طبيعة الكواكب الخارجية وتحديد خصائصها، مثل الكتلة ونصف القطر والكثافة. في حالة TOI-791b وTOI-791c، فإن الجمع بين بيانات العبور وقياسات السرعة الشعاعية سمح للباحثين بحساب كتلتيهما، وبالتالي كثافتهما المنخفضة بشكل مدهش.