أجسام الكتل الكوكبية: لغز الأصول

تُعرف أجسام الكتل الكوكبية الضالة بأنها أجسام تبلغ كتلتها نحو 13 ضعف كتلة المشتري، وتُعثر عليها غالبًا وهي تنجرف عبر عناقيد نجمية شابة، مثل عُنقِدِ التَّرابيز في برج الثور. هل تتشكل هذه الأجسام مثل النجوم أم مثل الكواكب؟ طرح هذا السؤال تحديًا كبيرًا أمام علماء الفلك!

مع كتلٍ أقل من كتلة أصغر النجوم، ولكنها أكبر من كتلة أكثر الكواكب ضخامة، ظل السؤال قائماً: كيف تتشكل هذه الأجسام؟ هل تتشكل مثل النجوم أم الكواكب؟ في الحقيقة، لا يمكن لأي من هذين الاحتمالين تفسير الطبيعة الثنائية لبعض هذه الأجسام – أو وفرة الكواكب ذات الكتل الحرة بشكل عام.

كيف تتشكل هذه الأجسام؟

يقول دينغ هونغبينغ من مرصد شانغهاي الفلكي: “لا تتناسب أجسام الكتل الكوكبية بسهولة مع التصنيفات القائمة للنجوم أو الكواكب. تُظهر محاكياتنا أنها تتشكل على الأرجح من خلال عملية مختلفة تمامًا – واحدة مرتبطة بالديناميكيات الفوضوية لمجموعات النجوم الشابة”. تشير الأبحاث الجديدة إلى أن هذه الأجسام الكونية الأيتام يمكن أن تُصنع عندما تتفاعل سحب الغاز والغبار، المسماة بأقراص ما حول النجوم، بشكل عنيف حول النجوم الرضيعة. قد يحدث هذا التفاعل العنيف عندما تتجمع النجوم الشابة معًا.

هل هي كواكب ضالة أم نجوم فاشلة؟

في السابق، افترض العلماء أن أجسام الكتل الكوكبية الطافية هي ببساطة كواكب ضالة، طُردت من أنظمتها النجمية الأصلية عبر تفاعلات مع نجوم تمرّ أو صراعات جاذبية مع كواكب شقيقة لها. لكن، وجود أزواج من أجسام JuMBO قد تحدى هذه الفكرة. من الصعب شرح كيف يمكن أن يكون حدثًا ما عنيفًا بما يكفي لإخراج كوكب من نظام نجمي بسرعات عالية دون فصله عن شريك ثنائي.

اكتشاف 40 زوجًا من الأجسام العملاقة (JuMBOs) في سحابة واحدة يوحي بأن ما خلقها أكثر شيوعًا من مجرد حدث فردي، مما يُشير إلى عملية تشكيل مختلفة.

الفرضيات المقترحة

من بين “الهويات السرية” المقترحة للأجسام ذات الكتل الكوكبية العائمة في الفضاء، الأقزام البنية. يُعتقد أن هذه الأجسام تتشكل كالنّجوم عندما تنهار مناطق كثيفة في سحب واسعة من الغاز والغبار.

ولكن، بينما تجمع النجوم الكتلة من أغلفة الغاز والغبار قبل ولادتها حتى تصبح الضغط ودرجة الحرارة في قلوبها كافيين لبدء اندماج الهيدروجين إلى الهيليوم، العملية النووية التي تُعرّف ما هو النجم، تفشل القزمات البنية في حصاد ما يكفي من الكتلة لبدء مثل هذه العملية. هذا يترك هذه “النجوم الفاشلة” مع كتل تتراوح بين 13 و75 مرة كتلة المشتري.

علاوةً على ذلك، تقل فرصة العثور على النجوم ذات الشركاء الثنائيين بسرعة مع انخفاض كتلتها. لذا، بينما 75% من النجوم الضخمة لها شريك، فإن حوالي 50% فقط من النجوم ذات الكتلة مثل كتلة الشمس موجودة في أنظمة ثنائية. ينخفض معدل الثنائية إلى قريب من الصفر بالنسبة للنجوم الأصغر، لذا، بالنسبة للأجسام النجمية ذات الكتل الأصغر، ينبغي أن تكون فرصة العثور على الأقزام البنية في أنظمة ثنائية قليلة جدًا.

محاكاة الاصطدامات

قام دنغ وزملاؤه بتنفيذ محاكاة هيدروديناميكية عالية الدقة للتصادمات القريبة بين قرصين حولنجميين حول نجوم طفولية. وجد الفريق أنه عندما تصطدم هذه الأقراص بسرعات معينة وبمسافات معينة، يتشكل “جسر المد والجزر” من الغاز والغبار. تُكوِّن هذه الجسور خيوطًا كثيفةً من الغاز تنتج بذورًا من أجسام ذات كتلة كوكبية، بكتل تُقارب عشرة أضعاف كتلة المشتري.

أظهرت المحاكاة أن حوالي 14% من هذه الأجسام تتشكل في أزواج أو ثلاثيات مع فراغات تُقارب من سبعة إلى خمسة عشر ضعف المسافة بين الشمس والأرض. هذا ما يفسر وفرة أجسام JuMBO في منطقة أوريون. ويُعزز هذا الاكتشاف حقيقة أن الالتقاءات بين الأقراص النجمية شائعة في البيئات النجمية الكثيفة.

استنتاجات

يُعيد هذا الاكتشاف تشكيل فهمنا للتنوع الكوني جزئيًا. قد تمثل أجسام الكتل الكوكبية فئةً ثالثة من الأجسام، ولدت ليس من مادة سحب تكوين النجوم أو عمليات بناء الكواكب، بل من الفوضى التثاقلية لتصادمات القرص.

نُشرت نتائج هذه الدراسة الرائعة في مجلة Science Advances في 26 فبراير. اقرأ المقال الكامل الآن لمعرفة التفاصيل الكاملة.