كانت نظرية كيفية تشكل الكواكب لغزًا دائمًا للعلماء. في حين أن الفلكيين لديهم فهم جيد جدًا لمصدر الأنظمة الكوكبية - أي أقراص الغبار والكواكب الأولية حول النجوم الجديدة (المعروفة أيضًا باسم "نظرية السديم") - فهم كامل لكيفية أن تصبح هذه الأقراص في نهاية المطاف كائنات كبيرة بما يكفي للانهيار تحت نفسها. ظلت الجاذبية بعيدة المنال.
ولكن بفضل دراسة جديدة أجراها فريق من الباحثين من فرنسا وأستراليا والمملكة المتحدة ، يبدو أن القطعة المفقودة من اللغز ربما تم العثور عليها أخيرًا. باستخدام سلسلة من المحاكاة ، أظهر هؤلاء الباحثون كيف أن "مصائد الغبار" - أي المناطق التي يمكن أن تتجمع فيها شظايا بحجم الحصى وتلتصق ببعضها - شائعة بما يكفي للسماح بتكوين كواكب صغيرة.
وقد ظهرت دراستهم التي تحمل عنوان "مصائد الغبار الناتجة عن الذات: التغلب على حواجز تكوين الكوكب" مؤخرًا في الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.قام الفريق بقيادة الدكتور جان فرانسوا جونزاليس - من مركز أبحاث الفيزياء الفلكية ليون (CRAL) في فرنسا - بفحص المرحلة الوسطى المزعجة من تكوين الكواكب التي ابتليت بها العلماء.
حتى وقت قريب ، كانت العملية التي يتم من خلالها تجميع أقراص الغبار والغاز الكواكب الأولية لتكوين كائنات بحجم المجذاف ، والعملية التي تشكل بها الكواكب الصغيرة (الأشياء التي يبلغ قطرها مائة متر أو أكثر) نوى كوكبية ، مفهومة جيدًا. لكن العملية التي تربط الجسرين - حيث تلتقي الحصىان لتشكيل كواكب صغيرة الحجم - ظلت غير معروفة.
كان جزء من المشكلة حقيقة أن النظام الشمسي ، الذي كان الإطار المرجعي الوحيد لنا لقرون ، قد شكل مليارات السنين. ولكن بفضل الاكتشافات الحديثة (3453 كواكب خارجية مؤكدة والعد) ، كان لدى علماء الفلك الكثير من الفرص لدراسة أنظمة أخرى في مراحل مختلفة من التكوين. كما أوضح الدكتور غونزاليس في بيان صحفي للجمعية الملكية الفلكية:
"حتى الآن ، كافحنا لنشرح كيف يمكن أن تتحد الحصى لتكوين كواكب ، ومع ذلك فقد اكتشفنا الآن أعدادًا كبيرة من الكواكب في المدار حول النجوم الأخرى. هذا جعلنا نفكر في كيفية حل هذا اللغز ".
في الماضي ، اعتقد الفلكيون أن "مصائد الغبار" - التي هي جزء لا يتجزأ من تكوين الكوكب - يمكن أن توجد فقط في بيئات معينة. في هذه المناطق ذات الضغط العالي ، يتم إبطاء حبيبات الغبار الكبيرة إلى درجة أنها قادرة على الالتقاء. هذه المناطق مهمة للغاية لأنها تواجه العائقين الرئيسيين أمام تكوين الكواكب ، وهما السحب والاصطدامات عالية السرعة.
يحدث السحب بسبب تأثير الغاز على حبيبات الغبار ، مما يجعلها تبطئ وتنتقل في النهاية إلى النجم المركزي (حيث يتم استهلاكها). أما بالنسبة للتصادمات عالية السرعة ، فإن هذا هو ما يسبب تحطم الحصى الكبيرة في بعضها البعض وتفككها ، وبالتالي عكس عملية التجميع. لذا ، هناك حاجة إلى مصائد الغبار لضمان تباطؤ حبيبات الغبار بما يكفي بحيث لا تقضي على بعضها البعض عندما تصطدم.
لمعرفة مدى شيوع مصائد الغبار هذه ، أجرى الدكتور غونزاليس وزملاؤه سلسلة من المحاكاة الحاسوبية التي أخذت في الاعتبار كيف يمكن للغبار في قرص الكواكب الأولية أن يؤدي إلى سحب عنصر الغاز - وهي عملية تعرف باسم "رد الفعل الديناميكي للسحب الخلفي ". في حين أن الغاز عادة ما يكون له تأثير كبير على جزيئات الغبار ، في الحلقات المغبرة بشكل خاص ، يمكن أن يكون العكس صحيحًا.
تم تجاهل هذا التأثير إلى حد كبير من قبل الفلكيين حتى وقت قريب ، حيث أنه لا يكاد يذكر بشكل عام. ولكن كما لاحظ الفريق ، فهو عامل مهم في الأقراص الكواكب الأولية ، والمعروفة ببيئات متربة بشكل لا يصدق. في هذا السيناريو ، يكون تأثير التفاعل العكسي هو إبطاء حبيبات الغبار المتدفقة إلى الداخل ودفع الغاز إلى الخارج حيث يشكل مناطق عالية الضغط - أي "مصائد الغبار".
بمجرد حساب هذه التأثيرات ، أظهرت عمليات المحاكاة كيف تتكون الكواكب في ثلاث مراحل أساسية. في المرحلة الأولى ، تنمو حبيبات الغبار في الحجم وتتحرك نحو الداخل نحو النجم المركزي. في الثانية ، تتراكم الحبوب الكبيرة بحجم الحصاة الآن وتبطئ. في المرحلة الثالثة والأخيرة ، يتم دفع الغاز للخارج عن طريق التفاعل الخلفي ، مما يخلق مناطق مصيدة الغبار حيث يتراكم فيها.
ثم تسمح هذه الفخاخ للحصى أن تتجمع لتشكل كواكب صغيرة الحجم ، وفي النهاية عوالم بحجم الكوكب. باستخدام هذا النموذج ، أصبح لدى الفلكيين الآن فكرة راسخة عن كيفية انتقال التكوين الكوكبي من الأقراص المتربة إلى الكائنات الكوكبية الصغيرة التي تتحد معًا. بالإضافة إلى حل سؤال رئيسي حول كيفية ظهور النظام الشمسي ، يمكن لهذا النوع من الأبحاث أن يكون حيويًا في دراسة الكواكب الخارجية.
وقد لاحظت المراصد الأرضية والفضائية بالفعل وجود حلقات مظلمة ومشرقة تتشكل في أقراص كوكبية أولية حول النجوم البعيدة - والتي يعتقد أنها مصائد غبار. يمكن لهذه الأنظمة أن توفر للفلكيين فرصة لاختبار هذا النموذج الجديد ، حيث يشاهدون الكواكب تتحد ببطء. أشار غونزاليس إلى:
“شعرنا بسعادة غامرة لاكتشاف أنه ، مع وجود المكونات الصحيحة في مكانها ، يمكن أن تتشكل مصائد الغبار بشكل تلقائي في مجموعة واسعة من البيئات. هذا حل بسيط وقوي لمشكلة طويلة الأمد في تكوين الكوكب ".
