كشف اكتشاف علمي قام به فريق دولي بقيادة باحثين من جامعة ساو باولو (USP)، عن طريقة غير مسبوقة لرصد النجوم التي استهلكت كواكبها. وتعتمد العملية المبتكرة على تحديد التغيرات في كمية البيريليوم، وهو عنصر كيميائي منخفض التواجد نسبيًا، ويعد بنهج جديد لفهم كيفية تطور أنظمة الكواكب.
الدراسة، التي نشرت مؤخرا في مجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية، بحثت في زوج من النجوم من النوع الشمسي، تم تحديدهما باسم HD 129171 وHD 129209. تشكل هذه النجوم، التي لها خصائص مشابهة لشمسنا من حيث النشاط الفيزيائي والكيميائي والمغناطيسي، نظامًا ثنائيًا.
كان التوقع الأولي هو أن النجوم الثنائية، المولودة من نفس السحابة الجزيئية في نفس الوقت، سيكون لها تركيبات كيميائية متطابقة تقريبًا. ومع ذلك، لاحظ العلماء اختلافات ملحوظة بين الاثنين.
اكتشاف طريقة مبتكرة لتتبع النجوم
أظهر النجم HD 129171 مستوى عال من العناصر المقاومة للحرارة، تلك التي تتكثف عادة إلى حالة صلبة وتشكل كواكب صخرية. ذكرت آن راثسام، طالبة الدكتوراه في معهد علم الفلك والجيوفيزياء وعلوم الغلاف الجوي (IAG-USP) والمؤلفة الرئيسية للمقالة، أن هذا الاكتشاف يشير بقوة إلى ابتلاع مواد كوكبية على طول المسار التطوري للنجم.
على الرغم من أن إمكانية احتواء بعض النجوم على كواكب أو شظاياها قد تم دراستها بالفعل، إلا أن المساهمة الكبيرة لهذا العمل تكمن في إثبات، لأول مرة، أن الاختلاف في وفرة البريليوم في النجوم الثنائية يمكن أن يكون بمثابة مؤشر صادق لهذه الظاهرة.
الدور الأساسي للبريليوم في تحديد الأحداث الكونية
يتميز البريليوم بعدم إنتاجه في قلب النجم أثناء حياة النجم. وبالتالي، فإن اكتشافه في الضوء المنبعث من النجم يكون بمثابة إشارة تحذيرية، تشير إلى أن النجم امتص المواد الصخرية، مثل بقايا الكواكب، بعد فترة طويلة من تكوينه الأولي.
ويوضح الباحثون أن الليثيوم والبريليوم والبورون يمثلون خصوصية في التركيب الكيميائي للكون. في حين تنشأ عناصر كيميائية أخرى من التخليق النووي البدائي أو النجمي، يتم إنشاء البريليوم والبورون في المقام الأول من خلال عملية تسمى “التشظي الكوني”. وفيها، تقوم الجسيمات عالية الطاقة بتفكيك النوى الأكثر كثافة، مثل الكربون والنيتروجين والأكسجين، مما يؤدي إلى توليد عناصر أخف.
على الرغم من أن الليثيوم نشأ في الغالب عن طريق التشظي – مع جزء ضئيل من التخليق النووي البدائي وإنتاج نادر في أنواع معينة من النجوم – فقد كان يستخدم سابقًا كعلامة محتملة على غمر الكواكب. ومع ذلك، يسلط راثسام الضوء على أن البريليوم أكثر متانة، مما يسمح لبصماته الكيميائية بالاستمرار لفترة أطول من الزمن.
تكشف الملاحظات التفصيلية عن ابتلاع مادة كوكبية
ولإجراء البحث، استخدم الفريق بيانات من مطياف UVES، وهو أداة مثبتة على التلسكوب الكبير جدًا (VLT) التابع للمرصد الأوروبي الجنوبي (ESO)، الموجود في تشيلي. هذه المعدات عالية الدقة قادرة على تحليل ضوء النجوم إلى أطوال موجية مختلفة، مما يسمح بتحديد التوقيعات الكيميائية الدقيقة للغاية.
أظهرت نتائج الملاحظات أن HD 129171 يحتوي على كمية أكبر بكثير من العناصر المقاومة للحرارة، مثل الحديد والمغنيسيوم والسيليكون والكالسيوم والتيتانيوم، بالمقارنة مع رفيقه HD 129209. بالإضافة إلى ذلك، يحتوي هذا النجم على فائض من كل من الليثيوم والبريليوم. ووفقا للعلماء، فإن النمط المرصود يتوافق مع امتصاص مادة صخرية تعادل أكثر من 11 مرة كتلة الأرض.
وأوضح راثسام أن أصل هذه المادة يمكن أن يكون إما من كوكب واحد كبير أو من مجموع عدة أجسام أصغر. ومع ذلك، في النجوم المشابهة للشمس، يكون الخلط الداخلي فعالاً للغاية لدرجة أن التوقيع الكيميائي النهائي لا يسمح لنا بالتمييز بين هذين السيناريوهين.
الديناميكيات العنيفة للأنظمة النجمية وندرة الاستقرار
على الرغم من أن التحليل الكيميائي هو المساهمة الأصلية الرئيسية للدراسة، مع اختيار البريليوم كعلامة على غمر الكواكب، فقد استكشف المؤلفون أيضًا الآليات الديناميكية التي يمكن أن تؤدي إلى امتصاص النجوم المضيفة للكواكب. وتشمل هذه الآليات تفاعلات الجاذبية بين الكواكب، والاضطرابات الناجمة عن النجوم المرافقة وعمليات الهجرة المدارية. يمكن أن تؤدي هذه العوامل إلى مدارات شديدة الانحراف وغير مستقرة، مما يؤدي إلى قذف الكواكب أو الاصطدام بينها أو امتصاصها في نهاية المطاف من قبل النجم المركزي.
ويشير الاستنتاج الحاسم من البحث إلى احتمال ندرة الأنظمة المستقرة، مثل نظامنا الشمسي. يشير خورخي لويس ميلينديز مورينو، الأستاذ في IAG-USP ومستشار الدراسة، إلى أن العديد من الأدلة المستقلة تدعم هذه الفرضية. تشير عمليات المحاكاة الحاسوبية لتكوين الكواكب إلى أن التكوينات المشابهة للنظام الشمسي – مع وجود عمالقة غازية في مدارات خارجية دائرية تقريبًا، وكواكب صخرية في مدارات داخلية مستقرة – ليست نتيجة متكررة. علاوة على ذلك، كشفت المسوحات الرصدية للنجوم الشبيهة بالشمس عن وجود عدد قليل من نظائر المشتري في مدارات مماثلة لعملاقنا الغازي.
يشير ميلينديز إلى أنه عند تحليل البيانات المستمدة من عمليات المحاكاة الديناميكية ورصد الكواكب الخارجية والدراسات الكيميائية للنجوم الثنائية، يظهر سيناريو ثابت يشير إلى أن أنظمة مثل النظام الشمسي قد تكون أقل شيوعًا مما كان متصورًا سابقًا. وهذا يعني أن الاستقرار المداري، وهو أمر حاسم لاستمرار البيئات الصالحة للسكن لمليارات السنين، قد يكون استثناء نادرا، مما يزيد من فهم الظروف اللازمة لتطور الحياة المعقدة في الكون.
الآثار المترتبة على تكوين النجوم والبحث عن الحياة المعقدة
ويضيف ميلينديز أن الأنظمة الثنائية موجودة على نطاق واسع في مجرة درب التبانة، وتشير التقديرات إلى أن حوالي نصف النجوم في المجرة لها رفيق جاذبية. وبما أن نجمي النظام الثنائي يتشكلان في وقت واحد ومن نفس السحابة الجزيئية، فإن الاختلافات الكيميائية الملحوظة بينهما بمثابة مؤشر قوي على أن العمليات اللاحقة، مثل ابتلاع الكواكب، قد غيرت تركيبها الأصلي.
ويشير راثسام إلى أنه على الرغم من أن الكواكب في نظامنا تتمتع بمدارات مستقرة نسبيًا ومنخفضة الانحراف المركزي، فإن تكرار الابتلاع الكوكبي يشير إلى أن العديد من الأنظمة النجمية تمر بمراحل ديناميكية مضطربة. وتؤكد أن عدم الاستقرار هذا له آثار مباشرة على وجود حياة معقدة. لكي تظهر الحياة وتتطور على مدى مليارات السنين، ولكي تزدهر أيضًا، يجب أن يحافظ الكوكب على مدار مستقر بما فيه الكفاية، ومحميًا من اضطرابات الجاذبية الكبيرة.
بالإضافة إلى تسليط ضوء جديد على تطور أنظمة الكواكب، تؤثر الدراسة أيضًا على نظريات تكوين النجوم والتقنية المعروفة باسم “الوسم الكيميائي”، المستخدمة لإعادة بناء تاريخ درب التبانة بناءً على التركيب الكيميائي للنجوم.
إذا كانت الاختلافات الكيميائية التي لوحظت في النجوم الثنائية نشأت من عدم التجانس في السحابة البدائية التي ولدتها، فسيكون من الضروري مراجعة النماذج الحالية لتكوين النجوم. ومع ذلك، فإن النتائج التي حققها الفريق تعزز فرضية ابتلاع الكواكب.
وشمل البحث مشاركة علماء من جامعة جنوب المحيط الهادئ، والأكاديمية البولندية للعلوم، والأكاديمية الصينية للعلوم، وجامعة موناش، في أستراليا، والمراصد الفلكية الإيطالية، بدعم مالي من Fapesp من خلال مشروع مواضيعي بتنسيق من ميلينديز.