اكتشاف الكوكب Y يثير حماس علماء الفلك

ألهم البحث عن كوكب مجهول في نظامنا الشمسي علماء الفلك لأكثر من قرن من الزمان. والآن، تشير دراسة حديثة إلى مرشح جديد محتمل أطلق عليه مؤلفو الورقة البحثية اسم الكوكب Y.

لم يتم اكتشاف هذا الكوكب ولكن تم الاستدلال عليه فقط من خلال المدارات المائلة لبعض الأجسام البعيدة في حزام كويبر - وهي حلقة كبيرة من الأجسام الجليدية وراء مدار نبتون. وقال الباحثون إنه لا بد من وجود شيء ما يزعج هذه المدارات ويميلها.

قال المؤلف الرئيسي أمير سراج، عالم الفيزياء الفلكية والمرشح للدكتوراه في قسم علوم الفيزياء الفلكية في جامعة برينستون: أحد التفسيرات هو وجود كوكب غير مرئي، ربما أصغر من الأرض وربما أكبر من عطارد، يدور في أعماق النظام الشمسي الخارجي. "هذه الورقة البحثية ليست اكتشافاً لكوكب، لكنها بالتأكيد اكتشاف لغز يعتبر الكوكب حلاً محتملاً له." وقد نشر سراج وزملاؤه تقريرًا عن النتائج التي توصلوا إليها في مجلة "الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية": Letters.

الكوكب Y هو الأحدث في سلسلة من كواكب النظام الشمسي الافتراضية التي اقترحها العلماء في السنوات الأخيرة، وكلها ذات خصائص مختلفة قليلاً ولكن يُعتقد أنها مجتمعةً تكمن في حزام كويبر وهو أيضاً موطن بلوتو، الكوكب التاسع السابق الذي تم تخفيض رتبته وإعادة تصنيفه ككوكب قزم في عام 2006.

{{MEDIA}}

السبب وراء ظهور العديد من الكواكب المرشحة "للكوكب التاسع" هو أن حزام كويبر منطقة مظلمة وبعيدة في النظام الشمسي وأن عمليات الرصد صعبة وغير مكتملة. لكن من المرجح أن تتغير هذه العوائق مع استعداد تلسكوب جديد يسمى مرصد فيرا سي روبن لبدء مسحه للسماء الليلية الذي يستمر 10 سنوات.

قال سراج: "أعتقد أنه في غضون أول عامين أو ثلاثة أعوام، سيصبح الأمر نهائياً". "إذا كان الكوكب Y في مجال رؤية التلسكوب، فسيكون بإمكانه العثور عليه مباشرة."

نقاش حاد

بعد اكتشاف كوكب نبتون في عام 1846، واصل علماء الفلك البحث عن كوكب آخر في المجموعة الشمسية، والذي أصبح في أوائل القرن العشرين يُعرف باسم الكوكب X، وهو الاسم الذي شاع على يد عالم الفلك بيرسيفال لويل. كان يشتبه في أن الشذوذ في مدارات نبتون وأورانوس يرجع إلى جسم بعيد غير مكتشف.

عندما تم اكتشاف بلوتو في عام 1930، أعلن علماء الفلك أنه الكوكب التاسع، واعتقدوا في البداية أنه الكوكب X. ولكن في العقود التالية، اعتُبر بلوتو أصغر من أن يفسر الاضطرابات، وبحلول أوائل التسعينيات، كشفت البيانات من مسبار فوياجر 2 أن كتلة نبتون أقل مما كان يُعتقد سابقاً، وهو ما يفسر الاضطرابات المدارية دون الحاجة إلى الكوكب X.

أُعيد إحياء البحث في عام 2005 عندما اكتشف ثلاثة من علماء الفلك، من بينهم مايك براون، أستاذ علم الفلك الكوكبي في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، اكتشف إيريس جسم جليدي أكبر بقليل من بلوتو يدور حول الشمس من حزام كويبر.

{{MEDIA}}

وقد أدى هذا الاكتشاف في النهاية إلى تخفيض رتبة بلوتو من كوكب إلى كوكب قزم، وفي عام 2016 قام براون وزميله كونستانتين باتيجين بنشر أول بحث عن فرضيتهما الخاصة بكوكب إضافي في النظام الشمسي، وأطلقا عليه اسم الكوكب تسعة.

يُعتقد أن كتلة الكوكب تسعة تتراوح بين خمسة وعشرة أضعاف كتلة الأرض وسيدور حول الشمس بعيدًا عن بلوتو، على مسافة تبلغ حوالي 550 ضعف المسافة بين الأرض والشمس. وقد افترض العلماء على مر السنين وجود كواكب خفية بأبعاد مختلفة، تتراوح بين جرم بحجم المريخ إلى "بلوتو السوبر".

قال سراج إن البحث عن الكوكب التاسع أو Y هو نقاش محتدم في علم الفلك. وقال: "أعتقد أنه نقاش مثير للغاية، وفي الواقع كان هذا هو الدافع لنا للتحقيق في هذه المسألة، بسبب كل هذا النقاش في الأدبيات". "أعتقد أننا محظوظون جداً لأننا نعيش في وقت يمكن فيه تحقيق هذه الاكتشافات."

وقال إن الكوكب تسعة والكوكب Y ليسا متنافيين، ويمكن أن يكون كلاهما موجودًا.

بدأ سراج البحث عن الكوكب Y منذ حوالي عام عندما كان يحاول معرفة ما إذا كان شكل حزام كويبر مسطحاً. وقال: "إن كواكب النظام الشمسي لديها ميول طفيفة لأعلى ولأسفل، ولكن بشكل عام، فهي نوعاً ما تحفر أخاديد على أسطوانة"، مشيراً إلى أن مدارات كواكب النظام الشمسي تقع على نفس المستوى تقريباً.

وأضاف أن التوقع هو أن الأجرام الجليدية وراء نبتون يجب أن تُظهر اتجاهًا مماثلًا -"يجب أن يكون سطح الطاولة موازيًا للسجل"، على حد تعبير سراج- لكنها لا تفعل ذلك.

وقال سراج: "لقد كانت مفاجأة كبيرة أن نجد أنه بعد حوالي 80 ضعف المسافة بين الأرض والشمس، يبدو النظام الشمسي فجأة مائلاً بحوالي 15 درجة، وهذا ما أثار فرضية الكوكب Y". "لقد بدأنا في محاولة التوصل إلى تفسيرات أخرى غير الكوكب الذي يمكن أن يفسر الميل، لكن ما وجدناه هو أنك في الواقع تحتاج إلى كوكب هناك، لأنه لو كان هذا الأمر سمة من سمات كيفية تشكل النظام الشمسي، أو لو كان بسبب نجم يحلق، لكان الاعوجاج قد اختفى الآن."

{{MEDIA}}

قام سراج وزملاؤه بإجراء محاكاة حاسوبية شملت جميع الكواكب المعروفة بالإضافة إلى كوكب افتراضي. واستمروا في تغيير المعلمات الخاصة بهذا الأخير، ووجدوا أن الفرضيات السابقة مثل الكوكب تسعة لم تنجح في نموذجهم، واحتاجوا إلى نموذج جديد. وقال: "الكوكب Y هو على الأرجح جرم من كتلة عطارد إلى كتلة الأرض، أي ما يقرب من 100 إلى 200 ضعف المسافة بين الأرض والشمس، ويميل بزاوية 10 درجات على الأقل بالنسبة للكواكب الأخرى".

وضوح في الأفق

نظراً لصعوبة رصد حزام كويبر، يعتمد علماء الفلك على دراسة مدارات عدد محدود من الأجسام للاستدلال على وجود كوكب ما. في حالة دراسة سراج، يبلغ هذا العدد 50 كوكباً تقريباً، مما يجعل وجود الكوكب Y غير مؤكد.

يقول سراج: مع هذه الأجسام الخمسين تقريباً، تكون الدلالة الإحصائية في نطاق 96% إلى 98%. "إنه أمر قوي، لكنه ليس نهائياً بعد."

سيتم اكتشاف المزيد من هذه الأجسام بمجرد أن تبدأ فيرا روبن مهمتها الرئيسية هذا الخريف. يقع التلسكوب على قمة جبل يبلغ ارتفاعه 2,682 متراً (8,800 قدم) في تشيلي، ويضم أكبر كاميرا رقمية في العالم وسيقوم بتصوير السماء بأكملها كل ثلاثة أيام.

قال سراج: "إنه حقًا إنجاز هندسي رائع". "في الأساس، سيسمح لنا هذا التلسكوب بمشاهدة فيلم للكون، مع وجود كل إطار بإيقاع ثلاثة أيام. وهذا هو المسح المثالي لإجراء إحصاء للنظام الشمسي، لأنه يتعين علينا البحث في السماء بأكملها لنتمكن من العثور على الأجسام البعيدة، بما في ذلك الكواكب الإضافية التي لم تُرَ بعد."

وقال باتيجين، أستاذ علم الكواكب في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا الذي كتب العديد من الدراسات عن الكوكب تسعة، لكنه لم يشارك في بحث الكوكب Y، إن الدراسة هي نهج مثير للاهتمام لسبر الالتواء الخفي للنظام الشمسي الخارجي. وقال في رسالة بالبريد الإلكتروني: "على مدى السنوات القادمة، سيكشف مرصد فيرا روبين عن البنية الديناميكية للنظام الشمسي الخارجي بوضوح غير مسبوق". وبمجرد وصول بيانات روبن، ينبغي لعلماء الفلك أن يحصلوا على صورة أكثر وضوحاً حول ما إذا كان ميل حزام كويبر يشير إلى كواكب إضافية كامنة وراء نبتون.

{{MEDIA}}

قالت سامانثا لولر، الأستاذة المشاركة في علم الفلك في جامعة ريجينا في ساسكاتشوان، إن عمل سراج هو تحليل دقيق لمدارات أجسام حزام كويبر المعروفة، ويبحث عن أنماط مختلفة قليلاً عن الدراسات السابقة. كما أنها لم تشارك في الورقة البحثية الأخيرة.

قالت لولر إن النتائج مثيرة للاهتمام لكنها بالتأكيد ليست نهائية. وقالت في رسالة بالبريد الإلكتروني: "لا أعتقد أن هناك أدلة جيدة على وجود كوكب كبير وبعيد إلى حد ما يفترض أن يكون سبباً في تجمع مدارات حزام كويبر البعيدة"، في إشارة إلى نظرية الكوكب تسعة. "لكني أعتقد أن هناك أدلة واعدة على وجود جسم أصغر حجماً هناك يقوم بتشويه مدارات بعض الأجسام البعيدة جداً بمهارة." وهي توافق على أن تلسكوب روبن سيكتشف قريباً الآلاف من الأجسام الجديدة في حزام كويبر ويختبر بعض هذه التنبؤات.

وقال باتريك صوفيا ليكاوكا، الأستاذ المشارك في علوم الكواكب في جامعة كينداي في اليابان، إن الدراسة الجديدة هي نظرة رائعة على حزام كويبر البعيد، وهي منطقة لا تزال غير مستكشفة إلى حد كبير. كما أنه لم يساهم في ورقة الكوكب واي.

وقال في رسالة بالبريد الإلكتروني: "إن فكرة أن كوكباً من فئة عطارد إلى الأرض يمكن أن يكون السبب في الالتواء المذكور هي فكرة معقولة".

وأضاف ليكاوكا: "إنها تضيف وزناً لفرضية وجود كوكب غير مكتشف حالياً كامن في النظام الشمسي الخارجي البعيد". "أخيراً، توضح الدراسة أنه من المهم جداً إجراء مسوحات للأجسام العابرة لنبتون، وخاصة في حزام كويبر البعيد، لأنها تحمل المفتاح لفهم أعمق لكيفية تشكل نظامنا الشمسي بأكمله قبل مليارات السنين."