اكتشاف نظام كوكبي كامل يضم أربعة كواكب خارجية صغيرة تدور حول أقرب نجم منفرد إلى الشمس

بعد عقود من البحث، اكتشف علماء الفلك بعضاً من أقوى الأدلة حتى الآن على وجود كواكب خارجية تدور حول نجم بارنارد، أقرب نظام نجمي منفرد إلى الأرض. تُصنف الكواكب الأربعة على أنها كواكب شبه أرضية لأن كتلة كل واحد منها تبلغ حوالي 19% إلى 34% من كتلة الأرض.

قال المؤلف الرئيسي للدراسة ريتفيك باسانت، طالب الدكتوراه في علم الفلك والفيزياء الفلكية في جامعة شيكاغو، في بيان: "إنه اكتشاف مثير حقًا - نجم بارنارد هو جارنا الكوني، ومع ذلك لا نعرف عنه سوى القليل جدًا". "إنه يشير إلى حدوث طفرة مع دقة هذه الأدوات الجديدة من الأجيال السابقة."

نجم بارنارد، الذي اكتشفه عالم الفلك الأمريكي إي إي بارنارد في عام 1916، هو قزم أحمر منخفض الكتلة، وهو أحد أكثر أنواع النجوم شيوعاً. على مدى العقد الماضي، وجد علماء الفلك أن العديد من هذه النجوم لديها كواكب صخرية متعددة تدور حولها.

وهنا ندخل إلى MAROON-X، وهي أداة مثبتة على تلسكوب الجوزاء الشمالي في هاواي مصممة للبحث عن الكواكب الخارجية التي تدور حول الأقزام الحمراء. تبحث هذه الأداة عن الكواكب من خلال الكشف عن التذبذب الخفي للنجوم عندما تشد جاذبية الكواكب التي تدور حول النجوم، وهو ما يُعرف بتقنية السرعة الشعاعية.

باستخدام MAROON-X، رصد فريق الدراسة أقل الكواكب الخارجية ضخامة على الإطلاق، ويأمل الفريق أن يؤدي هذا الاكتشاف إلى اكتشاف المزيد من الكواكب الخارجية التي لا تصل إلى الأرض في جميع أنحاء الكون.

ويعتقد علماء الفلك أن الكواكب الخارجية الأصغر حجماً قد تكون أكثر تنوعاً في تكوينها من الكواكب الخارجية الأكبر حجماً التي تم اكتشافها حتى الآن. ويمكن أن يؤدي العثور على المزيد من العوالم الصغيرة باستخدام أحدث الأجهزة عالية الحساسية إلى فتح طريقة جديدة لفهم كيفية تشكل الكواكب - وأي منها يمكن أن يكون صالحاً للحياة.

نُشرت دراسة توضح النتائج بالتفصيل في 11 مارس في The Astrophysical Journal Letters.

أربعة عوالم صغيرة

الكواكب صغيرة جدًا لدرجة أنها تشبه المريخ، وفقًا لباسانت.

وقال باسانت: "عند مقارنتها بنظامنا الشمسي، فإن كل كوكب من الكواكب الأربعة يقع داخل مسافة مدار عطارد".

تدور الكواكب عن قرب حول نجم بارنارد، حيث تدور حول مضيفها النجمي في غضون أيام، مقارنة بالسنة التي تستغرقها الأرض لإكمال دورة واحدة حول الشمس. وقال باسانت إن الكوكب الأبعد يستغرق أقل من سبعة أيام لإكمال دورة واحدة، في حين أن الكوكب الأعمق يستغرق فترة مدارية أقل من ثلاثة أيام.

القرب بثمن

الكواكب قريبة جداً من النجم لدرجة أن أسطحها من المحتمل أن تكون ساخنة جداً بحيث لا يمكن أن تكون صالحة للسكن.
وهذا يعني أن الكواكب الأربعة ليست أيضاً ضمن المنطقة الصالحة للسكنى للنجم، أو المسافة المناسبة من النجم حيث يمكن أن يتواجد الماء السائل بثبات على سطح الكوكب.

"يقول إدوارد غينان، أستاذ علم الفلك والفيزياء الفلكية في جامعة فيلانوفا في بنسلفانيا، في رسالة بالبريد الإلكتروني: "عندما كان نجم بارنارد صغيراً ونشطاً... كان النجم يفجر هذه الكواكب الصغيرة بالأشعة فوق البنفسجية السينية والتوهجات المتكررة والرياح الكثيفة. "وبسبب هذا، من المحتمل أن هذه الكواكب التي هي دون حجم الأرض لا تمتلك أغلفة جوية ومياه وحياة."

لم يشارك غينان في الدراسة الجديدة لكنه بحث سابقاً عن كواكب حول نجم بارنارد.

قال باسانت أن الكواكب بهذا الحجم غير مستكشفة إلى حد كبير خارج نظامنا الشمسي، مما يجعلها خطوة مهمة إلى الأمام في الوقت الذي يبحث فيه علماء الفلك عن كواكب ذات كتلة أرضية حول نجوم شبيهة بالشمس.

قال المؤلف المشارك في الدراسة، جاكوب بين، الأستاذ في قسم علم الفلك والفيزياء الفلكية بجامعة شيكاغو: الكثير مما نقوم به يمكن أن يكون تدريجياً، ومن الصعب أحياناً رؤية الصورة الأكبر. "لكننا وجدنا شيئًا نأمل أن تعرفه البشرية إلى الأبد. هذا الشعور بالاكتشاف أمر لا يصدق."

البحث عن الكواكب القريبة

في حين أن نظام بروكسيما سنتوري هو الأقرب إلى نظامنا الشمسي على مسافة 4.25 سنة ضوئية، إلا أنه يتألف من ثلاثة نجوم تدور حول بعضها البعض، مما يجعل نجم بارنارد أقرب نظام نجمي منفرد.

والآن، يعرف علماء الفلك أن الكواكب تدور حول أقرب نظامين نجميين إلى نظامنا الشمسي.

وقد كان نجم بارنارد بمثابة نوع من الحوت الأبيض بالنسبة لعلماء الفلك على مر العقود، حيث حاولوا العثور على أدلة على وجود كواكب تدور حوله، ليتم دحضها لاحقاً باعتبارها نتائج إيجابية كاذبة، "على الأرجح بسبب الحساسية المحدودة للأجهزة السابقة"، كما قال باسانت.

وقد تم اكتشاف العديد من الكواكب الخارجية أثناء عبورها، أو مرورها أمام نجمها المضيف، مما يخلق انخفاضاً ملحوظاً في ضوء النجم يشير إلى وجود كوكب.

إلا أن الكواكب المراوغة التي تدور حول نجم بارنارد لا تمر من أمام نجمها من منظور التلسكوبات الموجودة على الأرض ولا يمكن رصدها بواسطة المراصد الفضائية القوية مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي.

قام فريق البحث، بقيادة بين، بالتقاط بيانات من نجم بارنارد على مدار 112 ليلة امتدت على مدار ثلاث سنوات. وأظهرت البيانات دليلاً على وجود ثلاثة كواكب تدور حول نجم بارنارد، اثنان منها تم اقتراحهما سابقاً ككواكب محتملة.

ثم جمع الباحثون النتائج التي توصلوا إليها مع البيانات التي تم التقاطها باستخدام أداة ESPRESSO على التلسكوب الكبير جداً في تشيلي من قبل فريق مختلف قام بتأليف دراسة أكتوبر 2024. وأكدت مجموعة البيانات المجمعة وجود كوكب رابع خارج المجموعة الشمسية.

"لقد رصدنا في أوقات مختلفة من الليل في أيام مختلفة. هم في تشيلي، ونحن في هاواي. لم ينسق فريقانا مع بعضهما البعض على الإطلاق". "هذا يعطينا الكثير من التأكيد على أن هذه ليست أشباحاً في البيانات. من المثير أن نشهد دقة أجهزة قياس الطيف من الجيل التالي مثل MAROON-X و ESPRESSO. إن قدرتها على اكتشاف كواكب دون كتلة الأرض للمرة الأولى تبدو وكأنها فتح مستوى جديد في لعبة مليئة بالاحتمالات المجهولة."

بدأ "مارون-إكس" كأداة "زائرة" مؤقتة، ويجري الآن تحويلها إلى أداة دائمة بعد اكتشافاتها.

قال جوناي غونزاليس هيرنانديز، المؤلف الرئيسي لورقة أكتوبر 2024 والباحث في معهد الدراسات الفلكية في كانارياس في إسبانيا: "أنا سعيد جداً لرؤية بيانات MAROON-X الجديدة توفر تأكيداً مستقلاً للكوكب b والكوكبين المرشحين c وd، ومع بيانات ESPRESSO، فإن التحليل يجعل الاكتشاف أكثر قوة بشكل كبير". ولم يشارك في الدراسة الجديدة.

قال غينان إن الكواكب الموصوفة في الدراسة "تبدو وكأنها اكتشاف ثابت".

وقال غينان: "أخيراً، تم اكتشاف كواكب حقيقية حول نجم بارنارد بعد عدة إنذارات كاذبة على مدى (50 عاماً) الماضية".