كيف يمكن لبعض الكواكب أن تنجو من موت نجومها؟

مفهوم الفنان لكوكب يتم تدميره بواسطة قوى الجاذبية من نجمه المحتضر ، والذي يتحول إلى قزم أبيض. قد تكون بعض الكواكب قادرة على الهروب من هذا المصير ، وفقا لدراسة جديدة من جامعة وارويك. الصورة عبر CfA / Mark A. Garlick.

عندما يموت نجم ، أي من الكواكب لديه أفضل فرصة للبقاء على قيد الحياة؟ اتضح أن أصغر وأكبر عوالم صخرية ستكون على الأرجح هي الأكثر هربًا من المصير الناري الساحق. كان هذا في ختام دراسة جديدة أجراها علماء الفيزياء الفلكية في جامعة وارويك بالمملكة المتحدة ، والذين نشروا نتائجهم في الإشعارات الشهرية التي استعرضها النظراء للجمعية الفلكية الملكية في 1 مايو 2019.

يصف العلماء أبحاثهم على أنها "دليل البقاء للكواكب الخارجية" الذي يوضح كيف أن أنواع مختلفة من الكواكب سوف تتلاشى عندما يموت نجمها المضيف ويتحول أولاً إلى عملاق أحمر ثم قزم أبيض ، وهو قلب ساخن محترق من مرة واحدة نجمة نشطة. في النهاية ، تنفجر النجوم الضخمة بما يكفي من المستعرات الأعظمية ، فتنفجر طبقاتها الخارجية في الفضاء. كما قد يكون متوقعًا ، سيتم تدمير العديد من الكواكب أثناء الانتقال من النجوم العادية إلى الأقزام البيضاء ، ولكن البعض الآخر سيكون قادرًا على الهروب من عذابهم ، اعتمادًا على عوامل مختلفة. وفقًا للمؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة ديمتري فيراس:

تعد هذه الورقة واحدة من أولى الدراسات المتخصصة التي تحقق في آثار المد والجزر [تأثيرات الجاذبية] بين الأقزام البيضاء والكواكب. سيكون لهذا النوع من النماذج أهمية متزايدة في السنوات القادمة ، حيث من المحتمل اكتشاف أجسام صخرية إضافية بالقرب من الأقزام البيضاء.

فما هي الكواكب التي من المرجح أن يتم طمسها؟

مفهوم الفنان لحلقة الغبار المحيطة بنجم قزم أبيض ، كل ما تبقى من كوكب تمزقته قوى المد (الجاذبية) أثناء وفاة النجم. الصورة عبر جامعة وارويك / مارك أ. جارليك.

ووفقًا لحسابات هؤلاء الفلكيين ، فإن أكثر الكواكب ضعفًا هي تلك التي تنتقل إلى "نصف قطر التدمير" للنجم ، وهي المسافة من النجم حيث يمكن أن يتحلل جسم مملوك فقط بجاذبيته بسبب قوى المد والجزر. قوات المد والجزر هي قوى الجاذبية. إنها تمد الجسم نحو مركز كتلة جسم آخر وبعيدًا عنه. تمتد كوكب بما فيه الكفاية ، وسوف يتفكك العالم كله. ستصبح الكواكب الموجودة في مدار حول نجم عرضة للتحولات في قوى المد والجزر حيث ينهار النجم إلى مرحلة الأقزام البيضاء ويتحول في نهاية المطاف إلى بقايا كثيفة للغاية من نفسه السابق. يمكن لهذه القوات أيضًا نقل الكواكب إلى مدارات جديدة تمامًا ، مع اقتراب بعضها من النجم ، لكن آخرين دفعوا إلى الخارج.

ووجد علماء الفلك أن الكواكب الضخمة لديها فرصة أكبر للتدمير من الكواكب الأقل كثافة. ومع ذلك ، فيما يتعلق بالكواكب الأصغر ، يبدو أن أحد العوامل الرئيسية هو اللزوجة: سهولة أو مقاومة التدفق في بنية جسدية للكوكب. مثال على كوكب زحل إنسيلادوس - مع محيطه تحت سطح الأرض والقشرة الجليدية الخارجية - مثال على جسم أصغر لزوجة منخفضة. تظهر الدراسة الجديدة أنه حتى الكواكب ذات الحجم المنخفض واللزوجة المنخفضة يمكن بسهولة ابتلاعها بواسطة النجم المحتضر.

تعتبر اللزوجة الخارجية عالية اللزوجة ذات النوى الكثيفة قصة مختلفة. سيكون لديهم فرصة أفضل للبقاء ، حيث لن يبتلعهم النجم إلا إذا كانوا يقيمون على مسافات ضمن ضعف المسافة بين مركز القزم الأبيض ونصف قطر تدميره. ولكن هذه الأنواع من الكواكب هي أكثر صعوبة لحساب احتمال البقاء على قيد الحياة ل. كما أوضح فيراس:

دراستنا ، على الرغم من تطورها من عدة جوانب ، لا تعالج سوى الكواكب الصخرية المتجانسة التي تتسق في بنيتها طوال الوقت. سيكون الكوكب متعدد الطبقات ، مثل الأرض ، أكثر تعقيدًا بشكل كبير في الحساب ولكننا ندرس إمكانية القيام بذلك أيضًا.

أظهرت الدراسة الجديدة أن الكواكب الخارجية الصغيرة والصخرية والكثيفة ستكون على الأرجح هي الأكثر احتمالاً لموت نجمها. الصورة عبر NASA / ESA / Z. ليفي (STScI).

لذلك فإن كتلة كوكب الأرض وبعده عن النجم هي عوامل حاسمة في ما إذا كان يمكن أن ينجو من انتقال النجم العنيف إلى قزم أبيض. ولكن هناك دائما مسافة آمنة ، كذلك. بشكل عام ، هناك كوكب كثيف وصخري ومتجانس يقع في مكان من القزم الأبيض الذي يمثل أكثر من ثلث المسافة بين عطارد والشمس مضمونًا لتجنب ابتلاعها من قوى المد والجزر مع انهيار النجوم.

معرفة أنواع الكواكب التي يمكن أن تبقى ، ومواقعها المحتملة ، يمكن أن تساعد علماء الفلك في البحث عن كواكب لا تزال موجودة حول نجوم الأقزام البيضاء. كما قال فيراس:

إن دراستنا تطالب علماء الفلك بالبحث عن كواكب صخرية قريبة من نصف قطر التدمير للقزم الأبيض - ولكن خارجه مباشرة. ركزت الملاحظات حتى الآن على هذه المنطقة الداخلية ، ولكن توضح دراستنا أن الكواكب الصخرية يمكنها أن تنجو من تفاعلات المد والجزر مع القزم الأبيض بطريقة تدفع الكواكب إلى الخارج قليلاً.

ومن المثير للاهتمام ، أنه تم العثور على أول الكواكب الخارجية التي اكتشفت على الإطلاق وهي تدور حول نجم بولس ، وهو نوع أشد من النجم الميت يسمى النجم النيوتروني (النواة المنهارة للنجم الذي تعرض لانفجار سوبر نوفا). تم العثور على ثلاث كواكب خارج المجموعة الشمسية تدور حول النجم النابض PSR B1257 + 12 (المعروف سابقًا باسم PSR 1257 + 12) ، في عامي 1992 و 1994 ، وتمت تسميتها PSR 1257 + 12 A و B و C. وكان علماء الفلك مندهشين ، لأنه في ذلك الوقت كان فقط يعتقد أن النجوم تسلسل الرئيسية يمكن أن تستضيف الكواكب.

مقارنة الحجم بين الأرض ونجم القزم الأبيض المعروف سيريوس ب. رغم صغر حجمها ، إلا أن كتلتها تبلغ 98 في المائة من كتلة شمسنا! الصورة عبر وكالة الفضاء الأوروبية / ناسا.

PSR B1257 + 12 هو نوع من النجوم النيوترونية ، مع فترة دوران تبلغ 6.22 مللي ثانية (9،650 دورة في الدقيقة). تبلغ كتلة الأرض 1.4 مليون كتلة ، لكنها صغيرة جدًا ، وتبلغ مساحتها حوالي ستة أميال (10 كم) فقط. تشكلت عندما تحول قزم أبيض إلى نجم نيوتروني سريع الدوران أثناء عملية دمج قزمين أبيضين مع بعضهما البعض. يبدو أن الكواكب النابضة أكثر ندرة من الكواكب القزمة البيضاء ، مع تأكيد أربعة منها فقط حتى الآن.

إن إيجاد ودراسة المزيد من الكواكب الخارجية التي لا تزال تدور حول نجوم الأقزام البيضاء سيساعد العلماء أيضًا على فهم أفضل لما سيحدث على الأرجح لمليارات السنين من الآن ، عندما تصل شمسنا إلى نهاية حياتها وتتحول إلى قزم أبيض. قدمت دراسة حديثة أخرى ذات صلة ، من جامعة وارويك أيضًا ، أول دليل على أن النجوم الأقزام البيضاء تتبلور في النهاية ، لتصبح الأقزام البيضاء الكريستالية. وهذا يشمل شمسنا الخاصة بعد أن تتحول إلى قزم أبيض ، بعد حوالي 10 مليارات سنة من الآن.

خلاصة القول: لدى العلماء الآن فكرة أفضل عن أنواع الكواكب التي يحتمل أن تنجو بعد وفاة نجمها المضيف ، حيث تتكثف في قزم أبيض. كل ذلك يعود إلى الكتلة والمسافة في الغالب ، وتوفر الدراسة الجديدة أيضًا أدلة على نوع المصير الذي ينتظر أرضنا بعد وفاة شمسنا.

المصدر: الاسترخاء المداري وإثارة الكواكب التي تتفاعل مع الأقزام البيضاء

عبر جامعة وارويك