يفترض العلماء أنه في وقت مبكر من تاريخ النظام الشمسي، كانت الاصطدامات شائعة نسبيًا مع هجرة الكواكب وإخراج الكواكب من مداراتها. وفقًا لفرضية التأثير العملاق، أدى الاصطدام بجسم بحجم المريخ (ثيا) منذ حوالي 4.5 مليار سنة إلى تكوين نظام الأرض والقمر. باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، قام علماء الفلك بفحص أنظمة النجوم الشابة التي يبدو أنها تشهد أحداثًا كارثية مماثلة.
يتكون الفريق من باحثين من معهد علوم الفضاء (SSI)، ومرصد كونكولي، ومركز MTA للتميز، ومرصد ستيوارد، ومختبر القمر والكواكب (LPL)، وجامعات متعددة. ونشرت النتائج التي توصل إليها الفريق يوم الخميس في مجلة الفيزياء الفلكية.
توفر هذه الملاحظات نظرة ثاقبة حول تكوين وتطور الأنظمة الشابة، مما يوفر للعلماء نافذة على النظام الشمسي المبكر. وقالت كيت سو، الباحثة في معهد SSI والمؤلفة الرئيسية للدراسة: “إن كيفية تشكل الكواكب الصخرية وتطور الكواكب العملاقة هي جزء من القصة الأوسع لتكوين النظام الشمسي. إنها قصة واحدة”. “إن عملنا على أقراص الحطام الشديد يساعدنا على تجميع الصورة الكبيرة لما نفهمه حاليًا.”
تصور فني للاصطدام بين الأرض الأولية وثيا، الذي حدث قبل 4.5 مليار سنة. أدت الحرارة الناتجة عن الاصطدام إلى إذابة القشرة الأرضية، مما سمح للجزء الأكبر من 3He بالهروب إلى الفضاء. الائتمان: ناسا
مع تقدم عمر الأنظمة النجمية، يتغير تكوين البيئة المحيطة بها. تبدأ في مرحلة القرص الكوكبي الأولي الغني بالغاز حيث تتشكل الكواكب، ثم تتطور إلى مرحلة قرص الحطام الفقير بالغاز. قبل تقاعده في يناير 2020، كان يعمل في وكالة ناسا تلسكوب سبيتزر الفضائي اكتشف مرحلة داخل الأخيرة تُعرف باسم مرحلة قرص الحطام الشديد. تحتوي الأنظمة في هذه المرحلة على كميات كبيرة من الغبار الدافئ في منطقة مماثلة لتلك التي تدور فيها الكواكب الصخرية في النظام الشمسي.
قام الفريق بدراسة الأنظمة النجمية في هذه المرحلة باستخدام ويب ولدهشتهم، وجدوا أن هذه الأنظمة تحدت التوقعات النظرية حول قواسمها المشتركة. وبدلاً من ذلك، ثبت أنها نادرة جدًا، حيث تشير البيانات الحالية إلى أن حوالي 1% فقط من النجوم الشباب يظهرون توقيعات يمكن ملاحظتها. ومع ذلك، قام الفريق بتجميع عينة من 21 قرصًا من الحطام الشديد باستخدام سبيتزر و ويب البيانات الأرشيفية (5 من سبيتزر و16 من ويب). كما حددوا 12 قرصًا تمت ملاحظتها حديثًا وأجروا ملاحظات متابعة على أربعة منها سبيتزر‘s.
من العينة، ثمانية أقراص غنية بالسيليكا (النقاط السوداء في الجدول أدناه)، في حين أن 13 قرصًا فقيرة بالسيليكا (أرجواني). من المحتمل أن يكون الأول ناتجًا عن تأثيرات عالية الطاقة بين أجسام بحجم المريخ، حيث يتم تبخير الكثير من المواد. ويشير الأخير إلى أن الاصطدامات داخل هذه الأقراص أقل نشاطا. ولاحظ الفريق أيضًا أن الأقراص الغنية بالسيليكا تظهر فقط حول النجوم التي يقل عمرها عن 300 مليون سنة، بينما تظهر الأقراص الفقيرة بالسيليكا حول النجوم ذات نطاق واسع من الأعمار. كما قالت سو في بيان صحفي لناسا:
هذه هي المرة الأولى التي نجمع فيها ما يكفي من الأنظمة لفهم هذه الفئة الفرعية التي نسميها أقراص الحطام القصوى. قبل ويب، كانت لدينا معلومات محدودة. كنا نعلم أنها غريبة ومختلفة تمامًا عن أقراص الحطام البارد النموذجية التي نعرفها، مثل Vega وFomalhaut. والآن بعد أن أصبح لدينا المزيد من البيانات، يمكننا تحديد ما تمثله هذه الأقراص لتكوين الكوكب وتطوره.
من خلال التحقيق في تركيبات أقراص الحطام الشديدة، استنتج العلماء أن الأقراص الغنية بالسيليكا تنتج عن تأثيرات عالية الطاقة لأجسام بحجم المريخ، في حين أن الأقراص الفقيرة بالسيليكا تنشأ عن أحداث أقل طاقة من أجسام بحجم القمر. حقوق الصورة: NASA/ESA/CSA/جوزيف أولمستيد (STScI)
تشير عمليات المحاكاة إلى أن الكواكب مثل الأرض يجب أن تتشكل خلال بضع مئات الملايين من السنين الأولى من تكوين النظام الشمسي، وهو ما يناسب أعمار أقراص الحطام الشديدة الغنية بالسيليكا في العينة. كما أنها تتوافق أيضًا مع التقديرات التي تشير إلى أن نظام الأرض والقمر قد تشكل بعد حوالي 100 مليون سنة من تشكل الشمس، والنماذج التي تشير إلى أنه نتج عن اصطدام بين الأرض وجسم بحجم المريخ.
بالإضافة إلى ذلك، تشير النتائج إلى أن شمسنا ربما مرت بمرحلة قرصية شديدة فقيرة بالسيليكا منذ مليارات السنين. يتوافق هذا مع نظرية القصف الثقيل المتأخر، على افتراض أن الأقراص القديمة الفقيرة بالسيليكا وتقلبها العشوائي في الأشعة تحت الحمراء يعكس عدم الاستقرار المداري. في هذا السيناريو، هاجرت الكواكب الغازية العملاقة لمسافات شاسعة وعطلت مدارات الأجسام الأصغر، مما أدى إلى حدوث تصادمات كارثية ولدت مراحل غنية بالغبار لوحظت في أقراص الحطام الشديدة.
وفي حين لا تزال هناك العديد من الأسئلة دون إجابة، يتوقع الباحثون الإجابة عليها مع استمرار نمو حجم العينة. بالإضافة إلى البيانات الأرشيفية، ستستفيد هذه الدراسات من الملاحظات المستمرة من قبل ويب والجيل القادم من التلسكوبات مثل تلسكوب نانسي جريس الفضائي الروماني والمختارة مؤخرا مهمة PRObe للأشعة تحت الحمراء البعيدة للفيزياء الفلكية مهمة (بريما).
قال سو: “إن كيفية تشكل الكواكب الصخرية وتطور الكواكب العملاقة هما جزء من القصة الأوسع لتكوين النظام الشمسي. إنها قصة واحدة”. “إن عملنا على أقراص الحطام الشديد يساعدنا على تجميع الصورة الكبيرة لما نفهمه حاليًا.”
مزيد من القراءة: ناسا
