الأقزام البنية هي الأغنام السوداء (أو البنية؟) لعلم الفلك. إنها كبيرة جدًا بحيث لا يمكن اعتبارها كوكبًا غازيًا تقليديًا، لكنها أصغر من أن تتمكن من بدء الاندماج النووي والانتقال الكامل إلى غطاء النجم. كما أنها تتغير بشكل كبير بمرور الوقت، حيث تبرد وتتقلص وتدور بشكل أسرع مع تقدم العمر. أو على الأقل نعتقد أنها كذلك، فنماذجنا للأغلفة الجوية لهذه الأجرام السماوية ليست الأفضل، وفقًا لورقة بحثية جديدة في The Astrophysical Journal Letters أجراها فريق بقيادة زافار رستمكولوف في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ومختبر الدفع النفاث التابع لناسا.
نظرًا لأنها ليست مشرقة مثل النجوم، فمن الصعب نسبيًا العثور على الأقزام البنية، لكن الضوء يتسرب من باطنها الساخن. وأثناء مرورها عبر الغلاف الجوي العلوي، تمتص الجزيئات الموجودة هناك أطوال موجية محددة. يتيح ذلك لعلماء الفلك إجراء التحليل الطيفي عليه، وتحليل الانخفاضات وقمم السطوع عند أطوال موجية مختلفة تمثل العلامات الواضحة للميثان أو بخار الماء أو أول أكسيد الكربون.
في الماضي، استخدم علماء الفلك مرشحات النطاق العريض في تلسكوبات المسح مثل 2MASS وWISE. على الرغم من أنهم قدموا صورة، إلا أنها لم تكن كاملة – فقد كانت دقتها منخفضة جدًا. كان بإمكانك رؤية لوحة الألوان العامة، لكن تم فقدان ضربات الفرشاة الفردية.
يتحدث فريزر عن المادة المظلمة في الأقزام البنية
ولحسن الحظ، فإن مقياس الطيف الضوئي لتاريخ الكون، وعصر إعادة التأين، ومستكشف الجليد (SPHEREx)، والذي دخل الخدمة في مايو 2025، يعد بمثابة تغيير جذري لهذا النوع من الدراسات بالضبط. فهو يرسم السماء بأكملها في 102 قناة ذات أطوال موجية مستمرة، تتراوح من أطوال موجية تبلغ 0.75 ميكرون إلى 5 ميكرون، والتي تغطي 80٪ من الطاقة الحرارية الصادرة عن الأقزام البنية كضوء الأشعة تحت الحمراء.
استخدم روستامكولوف وفريقه بيانات SPHEREx لتجميع تسلسل عالي الدقة لـ 33 قزمًا بنيًا قريبًا على بعد ما بين 7 و100 سنة ضوئية من الأرض. وهي تغطي أروع ثلاث فئات طيفية لهذه الأجسام – الأقزام L، التي تحوم حول 2200 درجة مئوية، والأقزام T، التي تقع بين 700 و1000 درجة مئوية، والأقزام Y، التي يمكن أن تنخفض إلى درجة حرارة متجمدة -20 درجة مئوية. كما أنها تمثل أقزامًا بنية ذات جاذبية منخفضة ومعدنية منخفضة، في محاولة لالتقاط أكبر عدد ممكن من المجموعات المختلفة من الميزات.
مع وجود أطياف SPHEREx في متناول اليد، قاموا بعد ذلك بمقارنة النتائج التي توصلوا إليها مع خمسة نماذج نظرية رائدة للغلاف الجوي للقزم البني: Sonora Diamondback، وSonora Elf Owl، وBT-Settl، وATMO2020، وATMO2020++. وكل منها يقدم افتراضات مختلفة حول كيفية تصرف الأجواء. لا يبدو أن أيا منهم كان على حق.
يتحدث فريزر عن النجوم ذات الكتلة المنخفضة والطاقة المنخفضة.
ومن الجدير بالذكر أنهم كافحوا لمطابقة سلسلة من قمم التدفق القريبة من الأشعة تحت الحمراء بين 1 و2.5 ميكرون، وأخطأوا في “نافذة العتامة” الحرجة عند حوالي 4.0 ميكرون حيث يمكن للضوء الهروب بسهولة من الغلاف الجوي. كما توقعوا أيضًا أن أحجام هذه النجوم الفاشلة كانت غير واقعية تمامًا من الناحية الفيزيائية، وأحيانًا كانت أقل بنسبة تصل إلى 20-50%. ويبدو أنهم يفعلون ذلك ببساطة للتعويض عن سوء فهم النموذج للكيمياء الأساسية.
ومع ذلك، فقد حصلوا على بعض الأمور في نصابها الصحيح. طور الباحثون في الأصل سلسلة من المؤشرات الطيفية المخصصة التي ركزت على كيفية تحول الكربون في الغلاف الجوي بين أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون والميثان. في البيانات، كان هناك مسار واضح جدًا – عندما تبرد الأقزام البنية إلى أقل من 1000 كلفن، تنخفض كمية أول أكسيد الكربون بشكل حاد ويبدأ الميثان في السيطرة. يتطابق هذا مع أحد النماذج – Sonora Elf Owl – جيدًا، عندما يستخدم خلطًا رأسيًا ضعيفًا. إذا كان هذا ما يحدث في الأقزام البنية، فإنه سيتناقض مع الكواكب العملاقة مثل كوكب المشتري، حيث يعد التقلب القوي في غلافه الجوي سمة يومية.
على الرغم من أن الأقزام البنية نفسها قد تكون معزولة، إلا أن نتائج هذا العمل لا تتعلق بها فقط. في الواقع، حقيقة كونها معزولة تجعلها منصات اختبار ممتازة لما يحدث للأجسام الكبيرة التي لا يسببها النجم المضيف. ولكن حتى نقوم بتحسين نماذجنا لتتوافق بشكل أفضل مع الأطياف المرصودة لهذه الأجسام، سيكون من الصعب تطبيق هذا الفهم المحسن على الكواكب الخارجية التقليدية الأخرى.
ومع ذلك، فإن SPHEREx بدأت للتو، حيث قامت بفهرسة الآلاف من الأقزام البنية الإضافية خلال مسحها الشامل للسماء لمدة عامين. ومن المفترض أن يزود ذلك مصممي النماذج بخرائط الطريق التجريبية التي يحتاجون إليها لتحسين أكوادهم وإصلاح قوانينهم الفيزيائية. ترقب النماذج المحسنة بشكل كبير لهؤلاء المتجولين دون النجوم في المستقبل القريب.
يتعلم أكثر:
ناسا – تلسكوب SPHEREx التابع لناسا يرى مجموعة من الأقزام البنية
Z. Rustamkuvlov وآخرون – SPHEREx 0.75–5 ميكرومتر أطياف لتسلسل من الأقزام البنية القريبة
UT – يبحث ويب عن الأقزام البنية في منطقة مذهلة لتشكل النجوم
UT – ما الذي يجعل الأقزام البنية غريبة جدًا؟
