التلسكوب جيمس ويب الفضائي يكشف وجود أغلفة جوية نشطة لكواكب نجمية

على مدار أكثر من ستة أشهر حتى الآن؛ يخضع التلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) لعملية معايرة وتشغيل بكامل قدرته، وتميل صوره المرسلة والمذهلة بغنى ودقة تفاصيلها إلى صناعة الأخبار، لكن التلسكوب ويب قدم أيضاً عدداً من المساهمات المحورية في فهمنا للكون.

وكجزء من الجولة الأولى من برامج الرصد العلمي، رصد التلسكوب ويب الكواكب النجمية العابرة transiting exoplanets أمام نجومها. اقترح هذا البرنامجَ ثلاثةُ باحثين رئيسين وقادوه، وهم: ناتالي باتالها Natalie Batalha في مركز أبحاث آميس Ames التابع للوكالة ناسا، وجاكوب بين Jacob Bean في جامعة شيكاغو، وكيفن ستيفنسن Kevin Stevenson في معهد علوم تلسكوب الفضاء. لكن الورقة البحثية الخاصة التي أُقدمها هنا تضمنت 80 مؤلفاً مشاركاً إنها تمثل جهداً تعاونياً هائلاً لعلماء الكواكب.

وقد استخدم التلسكوب ويب لمراقبة الكوكب WASP-39b، وهو كوكب يدور حول نجمه على بعد 700 سنة ضوئية. تبلغ كتلته قدر كتلة كوكب زحل تقريباً، وهو أكبر حجماً من كوكب المشتري بنسبة 30% تقريباً، ويدور حول نجمه الشبيه بالشمس على مسافة أقرب من مسافة عطارد من شمسنا بنحو 8 مرات. جمع الفريق البيانات عبر مجموعة واسعة من طيوف الأشعة القريبة من تحت الحمراء في أثناء مرور الكوكب أمام نجمه، وبعد تحليل سمات الامتصاص Absorption features تمكنوا من استكشاف مكونات الغلاف الجوي للكوكب.

”اكتشف الفريق الصوديوم والبوتاسيوم وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء؛ وأيضاً ثاني أكسيد الكبريت، وهو الأول من نوعه بالنسبة إلى كوكب نجمي“

اكتشف الفريق العناصر المكونة للغلاف الجوي، بما في ذلك الصوديوم والبوتاسيوم وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء، والتي أمكن اكتشافها جميعاً في السابق. لكنهم اكتشفوا أيضاً وجود ثاني أكسيد الكبريت، وهو الأول من نوعه في الغلاف الجوي لكوكب نجمي. يحدث إطلاق ثاني أكسيد الكبريت عبر البراكين في الكواكب الأرضية مثل الأرض والزهرة وقمر المشتري آيو Io ولكن في عمالقة غازية مثل الكوكب WASP-39b، فهو يجب أن يأتي من مصدر مختلف.

في الكواكب الغازية العملاقة في مجموعتنا الشمسية، يوجد الكبريت في أعماق الغلاف الجوي على هيئة غاز كبريتيد الهيدروجين Hydrogen sulphide، ولكن عندما يندفع هذا إلى ارتفاعات أعلى، فإن الفوتونات النشطة للأشعة فوق البنفسجية الآتية من الشمس تفكك كبريتيد الهيدروجين، وتؤدي إلى مزيد من التفاعلات الكيميائية لإنتاج ثاني أكسيد الكبريت. تُعرف هذه التفاعلات المدفوعة بالأشعة فوق البنفسجية باسم الكيمياء الضوئية Photochemistry؛ وعلى سبيل المثال تنتج طبقة الأوزون في الغلاف الجوي للأرض من تفاعلات جزيئات الأكسجين. وهذه البيانات عن الكوكب WASP-39b هي أول مؤشر ملموس على أن الكيمياء الضوئية هي عملية مهمة في تكوين الغلاف الجوي للكواكب النجمية أيضاً.

كما يحظى وجود ثاني أكسيد الكبريت عند مستوى الإشارة الذي اكتشفه الفريق بآثار أخرى. المقياس الأساسي لتكوين الكواكب الغازية العملاقة هو درجة ”معدنيتها“ Metallicity – أي مدى غناها بالعناصر الأثقل من الهيليوم. تشير هذه النتائج إلى أن الكوكب WASP-39b يجب أن يحتوي على نسبة معدنية تقارب 10 أضعاف النسبة الموجودة في الشمس، ولذلك يمكن استخدام قياسات مماثلة للأغلفة الجوية لكواكب نجمية أخرى كأداة تقصٍّ قوية للعناصر الثقيلة بصورة عامة.

وإضافةً إلى وضع علامة مهمة أولى لأبحاث الكواكب النجمية اكتشاف المنتجات الكيميائية الضوئية مثل ثاني أكسيد الكبريت – توضح هذه النتائج مدى قدرة هذا المرصد الجديد على توصيف الكواكب النجمية مقارنة بالتلسكوبات الفضائية السابقة مثل هابل وسبيتزر. وهذا دليل جيد على قدرة التلسكوب JWST على استكشاف أجواء الكواكب الصخرية الأصغر، مثل تلك الموجودة في النظام TRAPPIST-1.

البروفيسور ليويس دارتنل
عالم أحياء فلكية في جامعة ويستمينستر