«الأرضون العملاقة» التي ربما لا وجود لها

تضع نظرية تكوّن الكواكب سقفًا للعوالم الصخرية. فاللبّ النامي الذي يتجاوز نحو 10 كتل أرضية لا يعود قادرًا على تجنّب التراكم الجامح للغاز: إذ يسحب الغاز من القرص المحيط بنجمه الفتي ويصبح كوكبًا غنيًا بالغاز. وتعطي محاكاة التصادمات والتآكل الحدّ نفسه. أما قياسات الكواكب الحقيقية فتضع نقطة التحوّل من الصخر العاري إلى العوالم المغلّفة بالغاز في مستوى أدنى، نحو 4 إلى 5 كتل أرضية.

ومع ذلك، ظهرت في السنوات الأخيرة بضعة كواكب بكثافة الصخر وكتل تفوق عشر كتل أرضية بكثير. ويسمّيها بعض الفلكيين «الأرضين العملاقة» (Mega-Earths). وتفسيرها يتطلب تواريخ غريبة: تصادمات متأخرة بعد تلاشي القرص الغازي، أو ألباب مُعرّاة لكواكب عملاقة سابقة.

طرح كيسي برينكمان ونيكولا كوان، من معهد تروتييه للفضاء في جامعة ماكغيل في مونتريال، سؤالًا أبسط: هل هذه الكواكب ثقيلة حقًا إلى هذا الحد؟

وزن كوكب من تمايل نجمه

تأتي معظم هذه الكتل من السرعات الشعاعية: فالكوكب أثناء دورانه يشدّ نجمه ذهابًا وإيابًا، فيتغيّر لون ضوء النجم تغيّرًا طفيفًا جدًا. وسعة هذا التمايل تعطي كتلة الكوكب.

المشكلة أن النجوم ليست هادئة. فـالنجوم النشطة مغناطيسيًا تحمل بقعًا داكنة ورقعًا ساطعة تدور مع النجم. وهي تضيف ضجيجًا إلى القياسات، وقد تحاكي بقعةٌ تدخل مجال الرؤية بالدوران إشارةَ كوكب — أو تضخّمها.

ثمانية مشتبه بهم، وسمة مشتركة واحدة

انطلق الباحثان من أرشيف ناسا للكواكب الخارجية، واحتفظا بـ333 كوكبًا أصغر من أربعة أنصاف أقطار أرضية، لها نصف قطر موثوق وكتلة مقيسة بالسرعة الشعاعية. فوجدا:

• 4 كواكب ذات كثافة صخرية وأكثر من 10 كتل أرضية: WASP-84 c وTOI-1347 b وTOI-2322 c وHD 63433 b.
• 4 كواكب أخرى فوق الحد وتكاد تخلو من غلاف الهيدروجين والهيليوم: GJ 523 b وTOI-815 c وHD 18599 b وGJ 143 b.

ولقياس نشاط كل نجم مضيف، استخدما مؤشرًا يعتمد على ضوء الكالسيوم المنبعث من الطبقة الخارجية الساخنة للنجم، الذي يشتدّ مع التسخين المغناطيسي. وفوق قيمة −4.75، يُعدّ النجم نشطًا. كما تُظهر قياسات السطوع من بعثة TESS أن كل نجم يخفت ويسطع مع دوران بقعه.

والنتيجة: الثمانية كلها تدور حول نجوم نشطة. ومن بين 37 نجمًا لها كتلة كوكبية وقياس نشاط معًا، 13 فقط نشطة.

احتمالات المصادفة

لو كانت الأرضون العملاقة موزّعة بالتساوي، لكان احتمال أن تقع الأربعة الصخرية كلها حول نجوم نشطة:

p = 13/37 × 12/36 × 11/35 × 10/34 = 0.01

أي نحو 1%. وبإضافة الأربعة الأخرى، ينخفض إلى 0.0003.

هل يمكن ببساطة أن تكون النجوم الفتية النشطة أبرع في صنع الأرضين العملاقة؟ لا يرى المؤلفان أي سبب لذلك. فتكوين واحدة منها يتطلب تصادمات إضافية، وهجرةً إلى الداخل نحو مدارات مدتها 0.8 إلى 20 يومًا، وربما تجريد غلاف جوي كثيف — وكل ذلك يستغرق وقتًا. وإن كان من تفضيل، فينبغي أن تميل هذه العوالم إلى النجوم الأكبر سنًا.

أين تخطئ الكتل

استخدمت كل القياسات الأصلية العمليات الغاوسية (Gaussian processes)، وهي أداة إحصائية تنمذج ضجيج النجم لفصل إشارة الكوكب عنه. لكن نموذجًا مفرط المرونة قد يمتص الإشارة الخطأ وينتج كتلًا أكبر مما ينبغي. وتبدو الحالات هشّة:

• حول WASP-84، يكون ارتجاف النجم (نحو 13 م/ث) أكبر من إشارة الكوكب (7.7 م/ث).
• يدور TOI-2322 حول نفسه في 21.28 يومًا؛ ويدور كوكبه حوله في 20.23 يومًا.
• لم يرصد فريق ثانٍ HD 63433 b إطلاقًا، وهو الأثقل بـ37 كتلة أرضية، ووضع له حدًّا أعلى قدره 21 كتلة أرضية.
• ثلاثة من الكواكب تقع تحت عتبة منشورة لنسبة الإشارة إلى الضجيج، يُعرف أن هذه النماذج غير موثوقة دونها.

ويذكّر المؤلفان بسابقة: كوكب آخر تبيّن أن كتلته مضخّمة ثلاث مرات بسبب إشارة دورية لم تُعالَج.

لا عمالقة صخرية — حتى الآن

خلاصتهما: لا يوجد دليل مقنع على كواكب صخرية تتجاوز عشر كتل أرضية. وتستحق كتل السرعة الشعاعية للكواكب التي تدور حول نجوم نشطة الشكّ، «لا سيما حين يكون وجود مثل هذه الكواكب تحدّيًا لتصوّراتنا عن تكوّن الكواكب». ويقترحان توقيت الأرصاد بحيث تُؤخذ عيّنات جيدة من نشاط النجم ومن الكوكب معًا.

الحجة إحصائية وتستند إلى عيّنة صغيرة: ثمانية كواكب و37 نجمًا. ولم يُعِد المؤلفان ملاءمة الكتل الأصلية.