أحدث التطورات
الجرم HAT-P-7b هو ”كوكب فائق الحرارة شبيه بالمشتري“ يمتاز ببعض الخصائص غير العادية فعلاً
كوكب بسماء ياقوتية زرقاء
يسخّن هذا الكوكب النجمي شديد الحرارة إلى درجة صار معها غلافه الجوي أحد أغنى أغلفة النجوم بالعناصر
الجرم HAT-P-7b (أو كبلرــ2b [Kepler-2b]) هو كوكب نجمي Exoplanet غريب. اكتشف في العام 2008، ونصف قطره أكبر من نصف قطر كوكب المشتري، ومستوى مداره Orbital plane مائل جداً بالنسبة إلى نجمه (108°) إلى درجة يتخذ معها مداراً قطبياً Polar orbit تقريباً. لكن ما يجعل الكوكب استثنائياً حقاً هو شدة حرارته. يعانق الكوكب HAT-P-7b نجمه الساطع من الصنف A على مسافة شديدة القرب إلى درجة أن دورته المدارية حوله أقل من ثلاثة أيام- ليكون أقرب إلى شمسه بعشرين 20 مرة مقارنة ببعد الأرض عن نجمنا. قاس العلماء درجات الحرارة على الطرف النهاري من الكوكب ليجدوا أنها تبلغ بانتظام أكثر من 2,200°س- أقرب إلى درجة حرارة النجوم نفسها. وبصورة مناسبة، يُصنف الكوكب HAT-P- 7b ضمن فئة من الكواكب تُعرف باسم “مشتريات فائقة الحرارة” Ultra-hot jupiters.
هذا الكوكب هو أحد أعتم الكواكب على الإطلاق، بسطوع سطحي يقل عن 0.03 – تقريباً بسطوع قطعة فحم
إنه أيضاً أحد أعتم الكواكب التي رُصدت على الإطلاق، إذ تقل درجة عاكسية سطحه (البيّاض Albedo) عن 0.03 أي تقريباً بنصوع قطعة فحم. الكوكب شديد السواد إلى درجة أنه يمتص أكثر من 97% من الضوء المرئي الساطع عليه. تتنبأ النمذجات الكيميائية لغلافه الجوي بتكثف معدن أكسيد الألومنيوم البلوري، وبعض المواد مثل الياقوت والزفير (ياقوت أزرق)، بصورة غيوم على جانبه الليلي، الأبرد قليلاً.
كما أدى التسخين الشديد للكوكب أيضاً إلى تضخم غلافه الجوي العلوي بصورة غلاف منتفخ، وهذا يعني، إضافة إلى سطوع شمسه، أن الكوكب HAT-P-7b هو هدف مثالي للدراسة باستخدام التحليل الطيفي المرسل Transmission spectroscopy. في هذه التقنية يُحلَّل ضوء النجم الذي يمر عبر الغلاف الجوي للكوكب لكشف معلومات عن المواد الكيميائية الموجودة فيه.
كان الباحث آرون بيلو-آروفه Aaron Bello-Arufe، من المعهد الوطني للفضاء National Space Institute، التابع لجامعة الدنمارك التكنولوجية Technical University of Denmark، وزملاؤه، هم أول فريق علمي يحلل طيف الكوكب HAT-P-7b باستخدام التحليل الطيفي المرسل، وقد اكتشفوا مزيداً من التفاصيل المدهشة.
كوكب معدني عالي السرعة
استخدم الفريق أداة بحث عالية الدقة عن الكواكب شعاعية السرعة لنصف الكرة الشمالي High Accuracy Radial Velocity Planet Finder for the Northern Hemisphere (اختصاراً: الأداة HARPS-N)، وهي مقياس طيف عالي الدقة يوجد على تلسكوب غاليليو الوطني Telescopio Nazionale Galileo الذي يبلغ قطر مرآته 3.6م، في مرصد روك دي لوس موشاشوس Roque de los Muchachos على جزيرة لابالما في جزر الكناري. لقد رصدوا حادثة عبور واحدة للكوكب HAT-P-7b أمام نجمه في ليلة 18 ديسمبر 2020، وسجلوا طيف الضوء الذي يمر عبر غلافه الجوي.
وقد أبلغوا عن اكتشاف مجموعة كاملة من العناصر، بما في ذلك الحديد والكالسيوم والمغنيسيوم والصوديوم والكروم- وربما التيتانيوم أيضاً.
حدد عمل الباحث بيلو آروفه الكوكب HAT-P-7b كواحد من الكواكب النجمية بأكبر عدد من الأنواع الذرية المكتشفة في غلافه الجوي. يمثل هذا الهواء المشبع بالمعادن دليلاً على شدة حرارة الكوكب.
لكن فريق بيلو آروفه اكتشف أيضاً أن خطوط طيف هذه الذرات الجوية قد تغيرت إلى اللون الأزرق بنحو ملحوظ في أرصادهم، مما يكشف عن مدى سرعة تغير الغلاف الجوي بتأثير الحرارة. لقد قاسوا سرعة الرياح التي تزيد على 2 كم/ث- تقريباً 7,200 كم/س- مع اندفاع هواء الجانب النهاري المتمدد بفعل الحرارة إلى طرفه الليلي الأبرد. أضف إلى ذلك، مع توقع وجود أنواع ذرية مختلفة على ارتفاعات مختلفة، فقد تمكن الفريق من إنشاء توصيف Profile تقريبي لسرعة الرياح على الكوكب. والخطوة التالية، كما يقولون، ستكون استخدام التحليل الطيفي للانبعاثات لدراسة التركيب الكيميائي للجانب النهاري من الكوكب.
البروفيسور ليويس دارتنل
عالم أحياء فلكية في جامعة ويستمينستر
التنقيب في السماء الحارة جداً للكوكب HAT-P-7b: الكشف عن وفرة من الأنواع المحايدة والمتأينة، Mining the Ultra-Hot Skies of HAT-P-7b: Detection of a Prof. اقرأها على الرابط: arxiv.org/abs/2112.03292.
كيف نصنع كوناً
صممت مجموعة من علماء الفلك أكثر من 4,000 كون باستخدام عمليات المحاكاة الحاسوبية
يواجه علماء الكون صعوبة كبيرة في الأمر: فعملية تصنيع ”كون“ هي أمر مكلف وصعب، إذ سيكون عليك الانتظار بلايين السنين حتى تظهر نتيجة التجربة. الحل الذي توصل إليه علماء الكون هو استخدام أجهزة حاسوب قوية لتنفيذ عمليات محاكاة حاسوبية Simulations تسمح لنا برؤية ماذا يحدث إذا جربنا أشياء مثل تغيير مقدار الكتلة في الكون.
تكمن المشكلة في صعوبة تحديد أجزاء الكون التي يمكنك محاكاتها. فإنشاء عرض واقعي يمكن مقارنته بالصور والبيانات المجمعة من تلسكوبات اليوم يتطلب تتبع العمليات التي تحدث على نطاق واسع من المقاييس، بدءاً من القوى التي تؤثر في توسع الكون إلى الكيمياء التي تحدث في السحب الصانعة للنجوم. يمكن الاضطلاع بذلك جزئياً من خلال البرمجة الذكية، ولكنه يتطلب أيضاً استخدام حاسوب فائق Super computer في حالة مشروع علم الكون والفيزياء الفلكية تُستخدَم نمذجات محاكاة تعلم الآلة Cosmology and Astrophysics with MachinE Learning Simulations (اختصاراً: المشروع CAMELS) على الحاسوب الفائق المعروف باسم ”بوباي- سايمونز“ Popeye –Simons في سان دييغو. وباستخدامه فقد استطاع باحثو المشروع CAMELS إنتاج 4,233 عملية محاكاة للكون. بالنسبة إلى البعض، يمكن اتباع سلوك المادة التي تتحرك بفعل قوة الجاذبية فقط- بنحو جوهري، هذه أكوان هيكلية مصنوعة فقط من مادة معتمة Drak matter- ولكن في أكثر من نصف عمليات المحاكاة، حاول الحاسوب اتباع معطيات فيزياء الغازات والنجوم أيضاً.
جمع كل العناصر
تُستخدم طرق مختلفة لحل مشكلة حشر كمٍّ من معلومات فيزيائية بحجم الكون ضمن خوارزمية يمكن تشغيلها إلى حاسوب
يختلف كل نموذج كوني عن الآخر، إذ يجري استخدام طرق مختلفة لحل مشكلة حشر معلومات فيزيائية بحجم الكون في برمجية Code يمكن تشغيلها على الحاسوب. لكن مجموعة أساسية من عمليات المحاكاة تغير الفيزياء، إما بتغيير كثافة المادة في محاكاة الكون (مدى تكتلها) أو تغيير العوامل Parameters التي تتحكم في مدى كفاءة انفجارات السوبرنوفا وفعالية ثقب أسود مركزي في مجرة ما بضخ الطاقة في محيطه.
نشر فريق المشروع CAMELS جميع البيانات الناتجة والخرائط وأرصاد المحاكاة للجمهور. وستكون مفيدة بنحو خاص للأرصاد التي تنفذ باستخدام تلسكوب إقليدس Euclid التابع لوكالة الفضاء الأوروبية (اختصاراً: الوكالة إيسا ِESA)، والمتوقع إطلاقه في العام 2023. ومن المثير للاهتمام، أن الفريق أمضى أيضاً كثيراً من الوقت في جعل عوالمه الافتراضية في متناول خوارزميات التعلم الآلي Machine-learning algorithms. ويمكن استخدامها لمحاكاة عمل أجهزة المحاكاة، مما يوفر الوقت والمال من خلال التنبؤ بما قد تكون عليه الأكوان ذات الخصائص التي تقع ما بين خصائص الأكوان المنمذجة بالفعل.
تكشف كل محاكاة للمشروع CAMELS عن شيء مختلف، في هذه الحالة التباين في كثافات الغاز في مجموعة مختارة من الأكوان النموذجية
يفتح هذا زوايا جديدة للبحث. ففي عمليات المحاكاة، نعرف الكتلة الحقيقية لمجرة، ولذلك استخدم الفريق بيانات المشروع CAMELS لتدريب خوارزمية يمكنها التنبؤ بكتلة مجرة بناءً على خصائصها. وبإسقاط هذا على مجرة درب التبانة، يمكن للفريق إيجاد طريقة جديدة لقياس خصائص مجرتنا الحقيقية، بدراسة ملايين النمذجات المكافئة الاصطناعية.
إن إمكان فهم مقدار ما يمكننا قوله عن علم الكوزمولوجيا، وسلوك الكون ككل، من دراسة مجرة واحدة هو أمر مثير. فالمحاكاة المستخدمة بهذه الطريقة لا تقدم مجرد فحص لأرصادنا، ولكنها تقترح طرقاً جديدة يمكننا من خلالها استخدام تلسكوباتنا.
البروفيسور كريس لينتوت: عالم فيزياء فلكية يشارك بتقديم برنامج سماء الليل Sky at Night
