كشف البحث عن الكواكب التي تعمل بالطاقة الشمسية عن بعض الاكتشافات المثيرة للاهتمام. وبصرف النظر عن الكواكب التي تعد نسخًا أكثر ضخامة من نظيراتها الشمسية (المعروفة أيضًا باسم Super-Jupiters و Super-Earths) ، كان هناك الكثير من الكواكب التي تمتد على الخط الفاصل بين التصنيفات. ثم كانت هناك أوقات أدت فيها ملاحظات المتابعة إلى اكتشاف أنظمة كوكبية متعددة.
كان هذا هو الحال بالتأكيد عندما يتعلق الأمر بـ K2-18 ، وهو نظام نجمي قزم أحمر يقع على بعد حوالي 111 سنة ضوئية من الأرض في كوكبة ليو. باستخدام الباحث عالي الدقة في سرعة الكواكب الشعاعية (HARPS) ، قام فريق دولي من علماء الفلك بفحص كوكب خارجي تم اكتشافه سابقًا في هذا النظام (K2-18b) عندما لاحظوا وجود كوكب خارجي ثانٍ.
من المقرر نشر الدراسة التي توضح نتائجها - "توصيف النظام المتعدد الكواكب K2-18 مع HARPS" - في المجلة الفلك والفيزياء الفلكية. تم دعم البحث من قبل مجلس العلوم الطبيعية والبحوث في كندا (NSERC) ومعهد أبحاث الكواكب الخارجية - وهو اتحاد من العلماء والطلاب من جامعة مونتريال وجامعة ماكجيل.
بقيادة الفريق رايان كلوتييه ، طالب دكتوراه في مركز علوم الكوكب بجامعة تورونتو ومعهد أبحاث مونتريال حول الكواكب الخارجية (iREx) ، ضم الفريق أعضاء من جامعة جنيف وجامعة غرونوبل ألب وجامعة بورتو. أجرى الفريق معًا دراسة حول K2-18b على أمل توصيف هذا الكوكب الخارجي وتحديد طبيعته الحقيقية.
عندما تم اكتشاف K2-18b لأول مرة في عام 2015 ، تبين أنه يدور داخل المنطقة الصالحة للسكن للنجم (المعروف أيضًا باسم "منطقة Goldilocks"). كما حدد الفريق المسؤول عن الاكتشاف أنه نظرًا لبُعده عن نجمه ، تلقى سطح K2-18b كميات مماثلة من الإشعاع مثل الأرض. ومع ذلك ، تركت التقديرات الأولية لحجم الكوكب الفلكيين غير متأكدين مما إذا كان الكوكب فائق الأرض أم نبتون صغيرًا.
لهذا السبب ، سعى كلوتييه وفريقه إلى وصف كتلة الكوكب ، وهي خطوة ضرورية نحو تحديد خصائصه الجوية وتكوينه بالجملة. ولهذه الغاية ، حصلوا على قياسات السرعة الشعاعية لـ K2-18 باستخدام مطياف HARPS. سمحت لهم هذه القياسات بوضع قيود جماعية على الكواكب الخارجية المكتشفة سابقًا ، ولكنها كشفت أيضًا عن شيء إضافي.
كما أوضح ريان كلوتييه في بيان صحفي لـ UTSc:
"إن القدرة على قياس كتلة وكثافة K2-18b كانت هائلة ، ولكن اكتشاف كوكب خارجي جديد كان محظوظًا ومثيرًا بنفس القدر ... إذا استطعت الحصول على الكتلة ونصف القطر ، يمكنك قياس الكثافة الظاهرية للكوكب ويمكن أن يخبرنا لك ما يتكون الجزء الأكبر من الكوكب. "
بشكل أساسي ، كشفت قياسات السرعة الشعاعية أن K2-18b لديها كتلة تبلغ حوالي 8.0 ± 1.9 كتلة أرضية وكثافة كبيرة 3.3 ± 1.2 جم / سم مكعب. ويتسق هذا مع كوكب أرضي (يُعرف أيضًا باسم صخرية) ذات غلاف غازي كبير وجزء كتلة مائية يساوي أو أقل من 50٪. وبعبارة أخرى ، فهي إما أرض فضاء ذات جو غازي صغير (مثل الأرض) أو "عالم مائي" مع طبقة سميكة من الجليد في الأعلى.
ووجدوا أيضًا دليلاً على وجود سوبر إيرث "دافئ" ثانٍ يسمى K2-18c ، والذي تبلغ كتلته 7.5 ± 1.3 كتلة الأرض ، وفترة مدارية من 9 أيام ، ومحور شبه رئيسي أصغر بنحو 2.4 مرة من K2-18b. بعد إعادة فحص منحنيات الضوء الأصلية التي تم الحصول عليها من K2-18 ، استنتجوا أنه لم يتم الكشف عن K2-18c لأنه يحتوي على مدار لا يقع على نفس المستوى. كما وصف كلوتييه الاكتشاف:
"عندما طرحنا البيانات على الطاولة لأول مرة كنا نحاول معرفة ما هي. عليك التأكد من أن الإشارة ليست مجرد ضوضاء ، وعليك إجراء تحليل دقيق للتحقق منها ، ولكن رؤية هذه الإشارة الأولية كانت مؤشرًا جيدًا على وجود كوكب آخر ... لم تكن لحظة أوريكا لأننا ما زلنا مضطرون للذهاب من خلال قائمة مرجعية بالأشياء التي يجب القيام بها للتحقق من البيانات. بمجرد فحص جميع الصناديق ، غرقت في ذلك ، واو ، هذا في الواقع كوكب. "
لسوء الحظ ، تدور مدارات K2-18c المكتشفة حديثًا بشكل قريب جدًا من نجمها بحيث لا تكون ضمن المنطقة الصالحة للسكن. ومع ذلك ، فإن احتمال أن تكون K2-18b صالحة للسكن لا تزال محتملة ، ويعتقد أن ذلك يعتمد على تكوينها الأكبر. في النهاية ، سيستفيد هذا النظام من الاستطلاعات الإضافية التي من المحتمل أن تشمل تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) التابع لناسا - والذي من المقرر إطلاقه في عام 2019.
تتوقع هذه الاستطلاعات حل الألغاز الأخيرة حول هذا الكوكب ، وهو ما إذا كان يشبه الأرض أو "عالم مائي". قال كلوتييه "بالبيانات الحالية ، لا يمكننا التمييز بين هذين الاحتمالين". "ولكن مع تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) يمكننا استكشاف الغلاف الجوي ومعرفة ما إذا كان له جو واسع أو أنه كوكب مغطى بالمياه."
وكما أوضح رينيه دويون - الباحث الرئيسي لمصور التصوير بالأشعة تحت الحمراء القريبة والمطياف Slitless (NIRISS) ، أداة وكالة الفضاء الكندية على متن JWST ، ومؤلف مشارك في الورقة -:
"هناك الكثير من الطلب على استخدام هذا التلسكوب ، لذلك يجب أن تكون دقيقًا في اختيار الكواكب الخارجية التي يجب النظر إليها. K2-18b هي الآن واحدة من أفضل الأهداف لدراسة الغلاف الجوي ، وستصل إلى أعلى القائمة تقريبًا ".
إن اكتشاف هذه الأرض الفائقة الثانية في نظام K2-18 هو مؤشر آخر لكيفية انتشار الأنظمة متعددة الكواكب حول النجوم من النوع M (القزم الأحمر). إن قرب هذا النظام ، الذي يحتوي على كوكب واحد على الأقل مع جو سميك ، يجعله مناسبًا تمامًا للدراسات التي ستعلم الفلكيين المزيد عن طبيعة أجواء الكواكب الخارجية.
نتوقع أن نسمع المزيد عن هذا النجم ونظامه الكوكبي في السنوات القادمة!
