سؤال وجواب مع صيّاد كواكب

ميليسا بروبي تحاور د. آين ماكدونالد

ما تأثير عدسة الجاذبية الدقيقة Microlensing، وكم يبلغ عدد الكواكب المرشحة التي عُثر عليها في بيانات تلسكوب كبلر الفضائي باستخدام هذه الطريقة؟
وجدنا خمسة أجرام مرشحة ككواكب من خلال أثر عدسة الجاذبية الدقيقة، التي تعمل بانتظار مرور الكواكب أمام نجم وراءها في الخلفية. تنص نظرية النسبية لآينشتاين على أن الضوء الآتي من نجم الخلفية يجب أن ينحني حول الكوكب أمامه، والذي سيعمل كعدسة، مما يجعل نجم الخلفية أسطع في فترة قصيرة. يعتمد هذا الطول الزمني على كتلة العدسة وسرعتها، وبالنسبة إلى الكواكب، فإن هذا لا يزيد على عدة ساعات. وللأسف، فإن أثر عدسة الجاذبية الدقيقة يحدث مرة واحدة فقط، مما يعني أننا قد نكافح لأخذ مزيد من البيانات عن هذه الكواكب المرشحة.

عند هذه المرحلة، هل يمكن تحديد بنية وكتل هذه الكواكب المرشحة؟
لا نعرف كثيراً عن هذه الكواكب المرشحة، لكننا نجمع معاً البيانات القديمة من المراصد الأرضية، والتي أخذت في الوقت ذاته. يمكن أن تساعدنا الاختلافات في وقت وقوة السطوع كما رصد من الأرض في فصل كتلة العدسة عن سرعتها، وأيضاً إثبات أن هذه ليست مجرد نجوم عادية تزداد سطوعاً من تلقاء نفسها. وبناءً على المقاييس الزمنية القصيرة لسطوعها، نتوقع أن تكون لهذه الكواكب كتلة كوكب المشتري ذاتها أو أصغر. ومع الأسف، لا يمكننا قول شيء عن بنيتها.

نظراً إلى أن التلسكوب كبلر لم يصمم للعثور على الكواكب باستخدام طريقة عدسة الجاذبية الدقيقة، فكم كانت صعوبة العثور على هذه الإشارات باستخدام بيانات التلسكوب الفضائي؟
لقد كان التلسكوب كبلر مفيداً جداً بقدرته على التحديق باستمرار في جزء كبير نسبياً من السماء. وقد وُجّه إلى أغنى أجزاء المجرّة بالنجوم، حيث يمكن وجود عشرات النجوم في كل بكسل. ومع ذلك، فإن كثيراً من هذه النجوم هو نجوم متغيرة Variable، تخضع لعمليات يزداد فيها سطوعها من تلقاء نفسها، وتستمر الكويكبات العابرة في المرور أمامها. كما أن حقيقة انحراف المسبار الفضائي عن مساره، بسبب تعطل إحدى عجلات تثبيته، لم تساعد في ذلك أيضاً! هذا يعني أن الأمر استغرق منا مدة 4 سنوات لاستخلاص الكواكب المُرشَّحة التي أردناها من البيانات، وأن نكون مقتنعين بأن النجوم لم تكن تزداد سطوعاً لسبب آخر.

هل نعرف ما إذا كانت تلك الكواكب المرشحة تدور حول نجوم مضيفة لها؟
يجب أن تعطي النجوم إشاراتها الخاصة الدالة على مفعول عدسة الجاذبية الدقيقة، وهي إشارات أقوى وأطول زمناً بكثير، ويجب أن تكون مرئية في منحنيات الضوء أيضاً. يبدو أحد الكواكب المرشحة لدينا هو كوكباً شبيهاً بالمشتري يدور حول نجم. والأربعة المرشحة الأخرى التي وجدناها لا تُظهر إشارة شبه نجمية تتوافق مع إشارة الكواكب. ربما يكون ذلك بسبب دورانها بعيداً جداً عن نجومها المضيفة، ولكن من المرجح حدوث ذلك لأنها تسبح بحرية في الفضاء.

هل توجد نظرية تشرح كيف صار بعض هذه الكواكب المرشحة حر الحركة؟
نعتقد أن الكواكب الهائمة توجد عندما تضطرب أنظمة الكواكب. إذا اقترب أحد الكواكب من كوكب آخر، فيمكن لأحدهما أن يندفع نحو نجمه (ربما تنتج حالة “كوكب مشتري ساخن”) ويُطرد الآخر من النظام، ليسبح بحرية. وبدراسة هذه الكواكب الحرة، يمكننا النظر إلى مدى استقرار أنظمة الكواكب.

ما التأثير الذي يُمكن لاستخدام طريقة عدسة الجاذبية الدقيقة أن يحدثه في البحث عن الكواكب النجمية؟
إن معظم تقنيات البحث عن الكواكب النجمية تجد إما كواكب قريبة جداً من نجومها (مثل طرق حوادث العبور والسرعة الشعاعية Radial-velocity)، أو كواكب فتية كبيرة الحجم جداً وبعيدة عن نجمها (طريقة التصوير المباشر). إن طريقة عدسة الجاذبية الدقيقة مفيدة فعلاً لالتقاط الكواكب في المجال المتوسط- كواكب تشبه كوكب المشتري لدينا- والكواكب الأصغر والأبعد بكثير في الخارج، بما في ذلك الكواكب حرة الحركة. بل إنها فعالة جداً في اكتشاف الكواكب الشبيهة بالأرض. تتطلب الطرق الأخرى سنوات كثيرة لاكتشاف مثل هذه الكواكب. بدلاً من ذلك تعتمد طريقة عدسة الجاذبية الدقيقة على الحظ الأعمى للكوكب الذي يعبر أمام نجم. 

د. آين ماكدونالد Iain McDonald:
زميل باحث في الفيزياء الفلكية بجامعة مانشستر؛ يتركز مجال أبحاثه في اكتشاف الكواكب النجمية وتوصيفها