اكتشاف حلزوني يغير فهمنا لسحابة أورت

اكتشاف بنية غير مرئية في نظامنا الشمسي

اكتشاف عرضي قد يغير طريقة تفكيرنا في أحد أكثر الهياكل غموضاً في نظامنا الشمسي.

ما هي سحابة أورت؟

يُعتقد على نطاق واسع أن سحابة أورت، وهي مساحة كبيرة من الأجسام الجليدية التي تدور حول الشمس على مسافة أكبر من مدار نبتون بألف مرة، كروية على الرغم من أنه لم يسبق رصدها مباشرة.

ولكن خلال مرحلة ما قبل إنتاج عرض بعنوان "لقاءات في مجرة درب التبانة"، الذي عُرض لأول مرة يوم الاثنين في قبة هايدن السماوية في مدينة نيويورك، كشف عرض على قبة القبة السماوية عن شيء غريب داخل سحابة أورت: حلزوني.

كان القيّمون على العرض يختبرون مشهداً في سبتمبر يتضمن عرضاً مفصلاً للجوار السماوي للأرض من الشمس إلى الحواف الخارجية للنظام الشمسي وفوجئوا عندما رأوا الهيكل الذي بدا بالمصادفة مشابهاً لمجرة حلزونية مثل مجرتنا.

"ضغطنا على زر التشغيل في المشهد، ورأيناه على الفور. لقد كان هناك فقط"، هكذا تتذكر جاكي فاهرتي، عالمة الفيزياء الفلكية في المتحف الأمريكي للتاريخ الطبيعي وأمينة العرض. "كنت في حيرة من أمري واعتقدت أن ذلك كان غريبًا للغاية. لم أكن أعرف ما إذا كانت قطعة أثرية، ولم أكن أعرف ما إذا كانت حقيقية."

{{MEDIA}}

وللتحقق من الأمر، تواصلت فاهرتي مع ديفيد نيسفورني، وهو عالم في معهد ساوث ويست للأبحاث في بولدر بولاية كولورادو، وخبير سحابة أورت الذي قدم البيانات العلمية للمشهد.

قالت فاهرتي: "نحن لم نصنعه بل ديفيد هو من صنعه". "هذه هي محاكاة ديفيد، وهي ترتكز على الفيزياء. لديها تفسير فيزيائي جيد تمامًا لسبب وجودها هناك."

في البداية، اشتبه نيسفورني في وجود تحريفات تشوهات في تصور البيانات ولكن بمجرد أن نظر إلى بياناته، أكد وجود اللولب ونشر في النهاية ورقة علمية حول الاكتشاف في أبريل في المجلة الفيزيائية الفلكية. وقال: "طريقة غريبة لاكتشاف الأشياء". "يجب أن أعرف بياناتي بشكل أفضل، بعد سنوات من العمل بها."

اقتُرح وجود سحابة أورت لأول مرة في عام 1950 من قبل عالم الفلك الهولندي يان أورت، الذي تخيلها على أنها غلاف من الأجسام الجليدية التي تدور حول الشمس من مسافة تصل إلى 1.5 سنة ضوئية. هذه السحابة هي أبعد منطقة في نظامنا الشمسي، وتمتد حتى نصف المسافة إلى النجم التالي، وفقًا لوكالة ناسا.

تاريخ سحابة أورت وأهميتها

وهي مكونة من بقايا من تكوين نظامنا الشمسي، والتي تناثرت في كل اتجاه بواسطة الكواكب بعد تشكلها. وهذا يعني أن العديد من الأجسام الجليدية في سحابة أورت لا تشترك في نفس المستوى المداري الذي يدور فيه النظام الشمسي نفسه، ولكنها تتحرك في ميول مختلفة، ولهذا السبب تم تصوير سحابة أورت على شكل كرة. إذا انجرف أحد هذه الأجسام الجليدية نحو الداخل باتجاه الشمس، تبدأ الحرارة في تبخير بعض المواد الموجودة في الجسم، مما يؤدي إلى تكوين ذيل وهو ما نسميه المذنب.

تقول فاهرتي: "بين الحين والآخر، تأتي بعض هذه الأجسام الجليدية إلى داخل النظام الشمسي الداخلي، ويمكننا رؤية المدار الذي تدور فيه". "وهي تدور في مدارات طويلة مجنونة للغاية. قد تستغرق ملايين السنين لتدور حول الشمس. وعندما تأتي، فإنها تساعدنا على فهم المسافة التي قد تكون أتت منها."

تكمن المشكلة في محاولة تخيل شكل سحابة أورت في أن العلماء لم يروها أبداً، على الرغم من أننا محاطون بها من الناحية الفنية. وذلك لأن الأجرام التي تتكون منها صغيرة أقل من 60 ميلاً (97 كيلومتراً) في القطر وعلى الرغم من أن عددها قد يصل إلى تريليونات الأجرام إلا أنها بعيدة، مما يجعل من الصعب رصدها بالتلسكوبات.

كان الحلزوني مختبئاً في بيانات نيسفورني لأنه لم يفكر أبداً في تصوره ثلاثي الأبعاد. وقال: "لم أنظر إليها أبداً بالإحداثيات الديكارتية لم يكن لدي سبب وجيه للقيام بذلك". "ولكن بمجرد القيام بذلك، يصبح الأمر واضحًا. إنه هناك."

التحديات في رصد سحابة أورت

لتأكيد هذه النتائج، استخدم نيسفورني أحد أقوى الحواسيب في العالم، حاسوب Pleiades الخارق التابع لوكالة ناسا، لتشغيل عمليات محاكاة استغرقت أسابيع لإكمالها.

التحليل العلمي للاكتشاف الحلزوني

وقال: "اعتقدت أنه ربما هذه المحاكاة بالذات (التي قدمتها للقبة السماوية) هي التي تظهر ذلك فقط، وجميع عمليات المحاكاة الأخرى مع التقابلات النجمية الأخرى، ومعاملات أخرى، لن تظهر ذلك، وفي هذه الحالة لن يكون الأمر مثيرًا للاهتمام". "لكن جميع عمليات المحاكاة، جميع النماذج التي لديّ، تُظهر اللولب."

والسبب في وجودها، كما قال، هو أن الأجسام الموجودة في سحابة أورت بعيدة بما فيه الكفاية عن جاذبية الشمس بحيث تبدأ بالتأثر أيضاً بالمد المجري مجال الجاذبية في مجرتنا، الذي تمارسه النجوم والمادة المظلمة الموجودة فيها. يؤثر هذا الحقل على الأجسام الصغيرة والمذنبات في سحابة أورت من خلال التواء مستوياتها المدارية لتكوين دوامة.

وأضاف نيسفورني أن الحلزوني موجود في الجزء الداخلي من سحابة أورت، الأقرب إلينا، ولا يزال يعتقد أن الجزء الخارجي كروي أو على شكل صدفة.

لا تزال مشكلة رصد سحابة أورت قائمة، على الرغم من أن مرصد فيرا سي روبن، وهو تلسكوب قوي بدأ العمل به مؤخراً في تشيلي، يمكن أن يقدم يد المساعدة من خلال اكتشاف ورصد الأجسام الجليدية الفردية في السحابة. ومع ذلك، وفقًا لنسفورني، من المرجح أن يكتشف التلسكوب العشرات من هذه الأجسام وليس المئات التي ستكون مطلوبة لإنتاج تصور ذي مغزى للسحابة الحلزونية.

{{MEDIA}}

تساعد النظرية الحلزونية في إلقاء الضوء على ديناميكيات نظامنا الشمسي، وفقًا لفاهيرتي. وقالت: "إذا كنت ستأتي بنظرية حول كيفية تطور الأنظمة الشمسية، فيجب أن تأخذ في الاعتبار نوع الأشكال التي قد تكون موجودة في بنيتها". "ربما ساعدت المذنبات في توصيل الماء إلى الأرض. ربما تكون اللبنات الأساسية للحياة موجودة هناك في سحابة أورت، لذا إذا كنت تريد التحدث عن اللبنات الأساسية المحتملة للحياة التي تحيط بنظامنا الشمسي، فعليك أن تفهم شكلها."

أهمية الاكتشاف في فهم النظام الشمسي

وأضافت أنه "حلم" أن تكون قادرًا على تقديم العلوم الحديثة جدًا في عرض موجه لعامة الناس. قالت فاهرتي: "أعتقد حقًا أن القبة السماوية، القبة نفسها، هي أداة بحثية". "أحب أن أقول أن هذا هو العلم الذي لم يتح له الوقت للوصول إلى كتابك المدرسي بعد."

وقالت مالينا رايس، الأستاذة المساعدة في علم الفلك في جامعة ييل التي لم تشارك في الدراسة، إن الاكتشاف الحلزوني هو مثال رائع على مدى ما يمكننا تعلمه من خلال تصور الكون بطرق جديدة.

وتضيف رايس: "تعيد هذه النتيجة تشكيل صورتنا الذهنية لنظامنا الشمسي المحلي، بينما توفر أيضاً إحساساً جديداً لما قد تبدو عليه سحب أورت في الأنظمة خارج المجموعة الشمسية". "إنها توحد نماذجنا للنظام الشمسي مع ما نعرفه عن المجرة الأوسع، وتضعها في سياقها كنظام ديناميكي. نحن لسنا ساكنين، ولسنا معزولين نظامنا الشمسي يتشكل من خلال نظامه البيئي الأوسع، ودوامة أورت تجسد ذلك."

ردود الفعل من المجتمع العلمي

وقال إدوارد غوميز، عالم الفيزياء الفلكية والمحاضر الفخري في جامعة كارديف في المملكة المتحدة، إنه على الرغم من أن الورقة البحثية مثيرة للاهتمام، إلا أنها نظرية بالكامل تقريباً، لأنها تستند إلى محاكاة عددية للتفاعلات بين جاذبية الشمس وجاذبية بقية حركة مجرة درب التبانة. كما أنه لم يشارك في الدراسة.

وقال جوميز في رسالة بالبريد الإلكتروني: "تدخل المذنبات ذات الفترات الطويلة إلى النظام الشمسي الداخلي في مجموعة من الزوايا، والتي يحاول المؤلفون نمذجتها باستخدام فكرة الذراع الحلزونية". "ما يقترحونه يمكن أن يكون صحيحاً، لكن يمكن أيضاً نمذجته من خلال أشكال أخرى لسحابة أورت أو العمليات الفيزيائية. إن كيفية اختبار ذلك هي مشكلتهم الرئيسية، لأنه لا يُعرف سوى عدد قليل من الأجسام المحتملة لسحابة أورت."

آراء العلماء حول النتائج

وأشار سيمون بورتيجيس زفارت، أستاذ ديناميكيات النجوم العددية في جامعة ليدن في هولندا، والذي لم يكن جزءاً من الفريق الذي قام بالبحث، إلى أن تأكيد النتائج سيكون تحدياً. وقال: "من المثير للاهتمام أنهم عثروا على اللولب، (لكن) يبدو من غير المحتمل أن نشهد (ذلك) في المستقبل المنظور".

وأضاف أنه مع الحظ، سيكتشف مرصد فيرا روبن بضع مئات من الأجسام الداخلية لسحابة أورت ولكن لن يكون الحلزوني مرئياً إلا إذا تم العثور على المزيد منها: "لذلك يبدو من غير المحتمل أن تكون بنية يمكن اكتشافها بوضوح."