ثلج في نظام كوكبي رضيع

فتاة مبدعة مِــزَاجِي :

مقــــال
ثلج في نظام كوكبي رضيع
علامة باردة جدا على تشكل كوكبي و مذنبات
18-7-2013

قام الفلكيون و باستخدام المصفوفة الميلمترية/دون الميلمترية الكبيرة أتاكاما (ALMA) من أجل التقاط أول صورة على الإطلاق لخط الثلج في نظام كوكبي رضيع. على الأرض, تتشكل خطوط الثلج على ارتفاعات عالية جدا حيث تقوم درجات الحرارة الهابطة بتحويل رطوبة الهواء إلى ثلج. هذا الخط مرئي بوضوح على الجبال, حيث تنتهي القمة المكسوة بالثلج و يبدأ الوجه الصخري.

تتشكل خطوط الثلج حول النجوم الشابة بطريقة مشابهة, في المناطق الأبعد, و الأبرد حيث تتواجد الأقراص الغبارية التي تتشكل منها الأنظمة الكوكبية. بالابتداء من النجم و التحرك بعيدا عنه للخارج, أول المواد التي تتجمد هي الماء (H2O), و الذي يشكل أولى الخطوط الثلجية. بعيدا أكثر عن النجم, و مع استمرار درجة الحرارة بالهبوط, تقوم جزيئات غريبة أخرى بالتجمد و التحول إلى جليد, مثل ثنائي أكسيد الكربون (CO2), الميثان (CH4), و أحادي أكسيد الكربون (CO).
هذه الثلوج المختلفة تعطي حبيبات الغبار غطاء خارجي دبق و تلعب دورا أساسيا في مساعدة الحبيبات في التغلب على ميلها الاعتيادي للتحطم جراء التصادمات, الأمر الذي يسمح لها أن تصبح لبنات بناء أساسية للكواكب و المذنبات. يزيد الثلج أيضا من كمية المادة الصلبة المتاحة و من الممكن أن يقوم و بشكل دراماتيكي بتسريع عملية التشكل الكوكبي.

كل واحد من خطوط الثلج هذه – من أجل الماء, ثنائي أكسيد الكربون, الميثان, و أحادي أكسيد الكربون- ربما يرتبط بتشكل نوع معين من الكواكب (1). حول النجوم المشابهة لشمسنا و في أنظمة كوكبية كالذي نملكه, سوف يقع خط الثلج الخاص بالماء على مسافة بين مداري المريخ و المشتري, و خط الثلج الخاص بأحادي أكسيد الكربون سوف يقع عند مدار نبتون.

إن خط الثلج الذي تم التقاطه من قبل ALMA يعتبر النظرة الأولى التي نلقيها على خط ثلج لأحادي أكسيد الكربون, حول النجم الشاب TW Hydrae, الواقع على بعد حوالي 175 سنة ضوئية من الأرض. يعتقد الفلكيون أن هذه الأنظمة الكوكبية الناشئة تشارك العديد من المميزات نفسها التي ملكها النظام الشمسي عند كان عمره عد ملايين السنين فقط.

يقول شونهو شارلي كي (مركز هارفارد – سيمثيسونيان للفيزياء الفلكية, كامبريدج, الولايات المتحدة الأمريكية) و هو واحد من المؤلفين الرئيسين للورقة: "أعطانا ALMA أول صورة حقيقة لخط ثلج حول نجم شاب, هذا الأمر يعتبر مثير جدا لأنه يخبرنا حول الفترة المبكرة جدا من تاريخ نظامنا الشمسي". و يتابع: "يمكننا الآن رؤية التفاصيل المختفية سابقا حول المجال الخارجي المتجمد لنظام كوكبي آخر و مشابه لنظامنا".

لكن وجود خط ثلج أحادي أكسيد الكربون ربما يعطي نتائج أعظم من عملية تشكل الكواكب فقط. إن أحادي أكسيد الكربون يعتبر عنصرا أساسيا من أجل تشكل الميثانول, و الذي يعتبر اللبنة الأساسية في معظم الجزيئات العضوية المعقدة التي تعتبر بدورها جوهرية من أجل الحياة.
إذا ما قامت المذنبات بنقل هذه الجزيئات إلى كواكب مشابهة للأرض و متشكلة حديثا, فإن هذه الكواكب سوف تحتوي بالتالي على العناصر الضرورية للحياة.

قبل الآن, لم يتم تصوير خطوط الثلج بشكل مباشر على الإطلاق لأنها تتشكل دائما في المستوي المركزي الضيق نسبيا للقرص الكوكبي, لذلك فإن موقعها الدقيق و امتدادها لا يمكن تحديدهما. فوق و أسفل المنطقة الضيقة حيث تتواجد خطوط الثلج, يمنع إشعاع النجم الجليد من التشكل. إن تركيز الغبار و الغاز الموجودين في المستوي المركزي أمر ضروري من أجل عزل المنطقة عن الإشعاع بحيث يصبح بإمكان أحادي أكسيد الكربون و الغازات الأخرى أن تبرد و تتجمد.

نجح هذا الفريق من الفلكيين بالإبحار داخل هذا القرص حيث تشكل الثلج بمساعدة خدع ذكية. فبدلا من البحث عن الثلج – لذي لا يمكن رصده مباشرة – قاموا بالبحث عن جزيء يعرف بالديازينليوم (N2H+), و الذي يشع بشكل لامع في القسم المليمتري من الطيف, و لذلك يعتبر هدفا مثاليا لتلسكوبات مثل ALMA. هذا الجزيء الضعيف من السهل تدميره بوجود غاز أحادي أكسيد الكربون, لذلك سوف يظهر بكميات قابلة للكشف فقط في المناطق التي أصبح فيها أحادي أكسيد الكربون ثلجا و لا يمكنه بالتالي تدمير ذلك الجزيء. بشكل جوهري, إن المفتاح لإيجاد خطوط الثلج لأحادي أكسيد الكربون هو إيجاد الديازينليوم.

إن الحساسية و الدقة الفائقة التي يتمتع بها ALMA سمحت للفلكيين أن يتعقبوا وجود و توزع الديازينليوم و يوجدوا حدا محددا بشكل واضح على بعد 30 وحدة فلكية عن النجم (30 ضعف المسافة بين الأرض و الشمس). هذا الأمر يعطي صورة سلبية لثلج أحادي أكسيد الكربون في القرص المحيط بالنجم TW Hydrae, الأمر الذي يمكن استخدامه لرؤية خط الثلج لأحادي أكسيد الكربون بشكل دقيق و في المكان الذي تتنبأ به النظريات – الحافة الداخلية من حلقة الديازينليوم.

يستنتج ميشيل هوغرهايدي, من مرصد لايدن في هولندا: "من أجل هذه المراقبات استخدمنا فقط 26 من الهوائيات التي سيبلغ عددها عندما تكتمل 66. إن المؤشرات على خطوط الثلج حول نجوم أخرى تم رصدها بالفعل في مراقبات غير تلك التي أجراها ALMA, و نحن مقتنعين بأن المراقبات المستقبلية التي ستجري بالمصفوفة المكتملة سوف تكشف عن عدد أكبر من تلك الخطوط و تقدم لنا رؤية أكثر إثارة بكثير على تشكل و تطور الكواكب. فقط, انتظر و شاهد".

ناسا بالعربي, حـــول الصورة- في الصورة تصور فني لخط الثلج الموجود في نظام TW Hydrae حيث توضح لنا جليد الماء و هو يغطي بحبيبات الغبار في القرص الداخلي (4.5-30 وحدة فلكية, الأزرق) و جليد أحادي أكسيد الكربون الذي يغطي الحبيبات في القرص الخارجي (أكبر من 30 وحدة فلكية, الأخضر). إن الانتقال من الأزرق إلى الأخضر يدل على خط ثلج أحادي أكسيد الكربون. يساعد الجليد حبيبات الغبار على الالتصاق ببعضها البعض من خلال تقديمه لغطاء دبق, الأمر الذي يعتبر ضروريا من أجل تشكل الكواكب و المذنبات. و نتيجة لنقاط التجمد المختلفة للعناصر الكيميائية المختلفة, يمكن إيجاد خطوط جليد عند مسافات مختلفة من النجم.

ملاحظات
(1) على سبيل المثال, تتشكل الكواكب الصخرية الجافة في الجانب الداخلي من خط الثلج المائي (الأقرب إلى النجم). و على الطرف الآخر تتشكل الكواكب العملاقة الجليدية التي تتشكل خلف خط الثلج الخاص بأحادي أكسيد الكربون.

فتاة مبدعة مِــزَاجِي :

يلا

فتاة متميزة جدا مِــزَاجِي :

شكرا