باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، توصل علماء الفلك إلى اكتشاف مفاجئ لانبعاثات غاز الميثان القادمة من قزم بني، أو “نجم فاشل”.
وقال الباحثون إن الاكتشاف يشير إلى أن القزم البني يتميز بالشفق القطبي، وربما يدور حوله قمر خارجي غير مكتشف.
يعد اكتشاف القزم البني في تلسكوب جيمس ويب الفضائي مفاجئًا، لأنه من غير المتوقع أن تكون هذه العوالم الباردة والمعزولة دافئة بما يكفي لإصدار الميثان ضوء الأشعة تحت الحمراء.
جاءت هذه النتائج نتيجة لبرنامج JWST لدراسة 12 قزمًا بنيًا. ويشيرون إلى أن هذه النجوم الفاشلة يمكن أن تولد شفقًا مشابهًا للأضواء الشمالية والجنوبية للأرض، بالإضافة إلى تلك التي تظهر فوق كوكب المشتري وزحل. قد يعني عدم وجود نجم بالقرب من هذا القزم البني الوحيد أن الأضواء القطبية فوقه تتولد من قمر نشط مخفي.
متعلق ب: تلسكوب جيمس ويب الفضائي يلمح إلى وجود شفق غامض فوق “نجم فاشل”
قام فريق الدراسة بدراسة القزم البني البارد CWISEP J193518.59–154620.3 (W1935)، الذي يقع على بعد 47 سنة ضوئية من الأرض. في حين أن كتلة W1935 محدودة بشكل سيئ، حيث تتراوح من 6 إلى 35 مرة كتلة كوكب المشتري، فمن المعروف أن درجة حرارة سطحه تبلغ حوالي 400 درجة فهرنهايت (204 درجة مئوية). هذا هو درجة الحرارة التي تخبز بها كعكات رقائق الشوكولاتة (كعكة البراونيز الفاشلة؟).
وقالت جاكي فهرتي، قائدة الفريق ومدير التعليم الأول في المتحف الأمريكي للتاريخ الطبيعي، في بيان: “من المتوقع وجود غاز الميثان في الكواكب العملاقة والأقزام البنية، لكننا نراه عادة يمتص الضوء، وليس متوهجا”. “لقد كنا في حيرة من أمرنا بشأن ما كنا نراه في البداية، ولكن في نهاية المطاف، تحول ذلك إلى حماسة خالصة لهذا الاكتشاف.”
لماذا يفشل بعض النجوم؟
تحصل الأقزام البنية على لقبها المؤسف “النجوم الفاشلة”، لأنه على الرغم من تشكلها مباشرة من سحابة منهارة من الغاز والغبار مثل النجم، إلا أنها لا تملك كتلة كافية لتحفيز الاندماج النووي للهيدروجين إلى الهيليوم في قلبها.
هذه هي العملية التي تحدد ماهية نجم التسلسل الرئيسي، لذا فإن الأقزام البنية – التي لها كتل أكبر من أكبر الكواكب ولكنها أصغر من أصغر نجم – “تفشل” تقنيًا في الوصول إلى هذه الحالة.
كان فاهرتي وزملاؤه ينظرون إلى العديد من الأقزام البنية باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي عندما لاحظوا أن W1935 كان مشابهًا، ولكن مع اختلاف واحد مثير للاهتمام: إنه ينبعث منه غاز الميثان، وهو شيء لم يسبق له مثيل حول نجم فاشل من قبل.
وكشفت النمذجة W1935 أن هذا القزم البني على وجه التحديد لديه أيضًا ما يسمى بـ “انعكاس درجة الحرارة”. هذه ظاهرة يصبح فيها الغلاف الجوي للكوكب أكثر برودة عند مستويات أعمق. وهذا شيء يُرى عادةً في الكواكب التي تدور حول النجوم والتي تسخن أغلفتها الجوية من الأعلى إلى الأسفل، لكن لم يكن متوقعًا بالنسبة لـ W1935 لأن القزم البني معزول، ولا يوجد مصدر حرارة خارجي.
وقال بن بيرننجهام، عضو الفريق والعالم بجامعة هيرتفوردشاير، في البيان: “لقد صُدمنا بسرور عندما تنبأ النموذج بوضوح بانعكاس درجة الحرارة”. “لكن كان علينا أيضًا أن نعرف من أين تأتي حرارة الغلاف الجوي العلوي الإضافية.”
لحل هذا اللغز، نظر الفريق أقرب إلى موطنه في عمالقة الغاز في النظام الشمسي، المشتري وزحل. كلا العملاقين الغازيين لهما انبعاثات غاز الميثان، وكلاهما لهما أجواء تظهر انعكاس درجة الحرارة.
بالنسبة للمشتري وزحل، فإن سبب انبعاثات الميثان وانعكاس درجة الحرارة هو الشفق القطبي، مما دفع فارتي والفريق إلى استنتاج أن هذا هو ما اكتشفه تلسكوب جيمس ويب الفضائي حوالي عام 1935. السؤال الكبير هو، ما الذي يحرك الشفق القطبي في W1935؟
وهذه مشكلة، لأن الرياح الشمسية – تيار الجسيمات المشحونة من الشمس – هي المحرك الرئيسي للشفق القطبي للمشتري وزحل والأرض. تضرب هذه الشحنات المجالات المغناطيسية للكواكب وتنتقل عبر خطوط المجال، وتتفاعل مع الجسيمات الموجودة في الغلاف الجوي. يؤدي ذلك إلى تسخين الطبقات العليا من الغلاف الجوي ويسبب انبعاث الضوء بالقرب من قطبي الكوكب. ومع عدم وجود نجم مضيف لتفجير W1935 برياح نجمية، لا يمكن أن تكون هذه العملية هي المحرك الرئيسي للشفق القطبي للقزم البني الوحيد.
ومع ذلك، فإن الشفق القطبي للمشتري وزحل لديه محرك ثانوي ثانوي، في شكل جسيمات مشحونة تتدفق إلى عمالقة الغاز نتيجة لأقمارهم النشطة التي تقذف المواد إلى الفضاء. على سبيل المثال، يعد قمر المشتري آيو أكثر الأجسام البركانية في النظام الشمسي، حيث يقذف الحمم البركانية لعشرات الأميال في الفضاء، بينما يطلق قمر زحل إنسيلادوس ينابيع ماء حارة في الفضاء تحتوي على بخار الماء ومواد أخرى تتجمد وتغلي في نفس الوقت عندما تصل إلى الفضاء.
وبالتالي، فإن الشفق القطبي لـ W1935 مع عدم وجود رياح نجمية أو نجمية يشير إلى أن القزم البني قد يدور حول قمر نشط.
متعلق ب: هل هم أقمار خارجية أم لا؟ يناقش العلماء وجود الأقمار الأولى التي يمكن رؤيتها خارج نظامنا الشمسي
قصص ذات الصلة:
– تلسكوب جيمس ويب الفضائي يتجسس على “نجم فاشل” يحطم الأرقام القياسية ولا ينبغي أن يكون موجودًا (فيديو)
– اكتشف المتطوعون ما يقرب من 100 قزم بني بارد بالقرب من شمسنا
— “النجم الفاشل” هو أبرد مصدر لموجات الراديو تم اكتشافه على الإطلاق
ستكون هناك حاجة إلى مزيد من الأدلة قبل أن يتمكن العلماء من تأكيد وجود قمر قزم بني لأول مرة. وحتى ذلك الحين، تقدم هذه المؤشرات الأولية نظرة ثاقبة حول مدى تأثير تلسكوب جيمس ويب الفضائي منذ أن بدأ بإرسال ملاحظاته عن الكون إلى الأرض في صيف عام 2022.
واختتم فاهرتي قائلاً: “في كل مرة يوجه فيها عالم فلكي تلسكوب جيمس ويب الفضائي نحو جسم ما، هناك فرصة لاكتشاف جديد مذهل”. “لم يكن انبعاث الميثان على رادارتي عندما بدأنا هذا المشروع، ولكن الآن بعد أن علمنا أنه يمكن أن يكون هناك وتفسيره مغري للغاية، فأنا أبحث عنه باستمرار. وهذا جزء من كيفية تقدم العلم للأمام.”
نُشر بحث الفريق اليوم (17 أبريل) في مجلة Nature.