هيدروجين مختبئ في أعماق نبتون الصغير ✛
النبتون الصغير الفتي هو بمثابة قدر ضغط يُطهى فيه الهيدروجين والصخر في وعاء واحد. ست كتل أرضية، وثلاثة بالمئة من الهيدروجين بالكتلة، ودرجة حرارة داخلية أعلى من 4000 كلفن. عند هذه الحرارة، لا يكتفي المصهور السيليكاتي والهيدروجين بالتعايش؛ بل يمتزجان تمامًا، مكوّنين سائلًا واحدًا فوق الحرج. لا يوجد أي حد فاصل بين النواة والغلاف. هناك فقط منحنى البينودال: سطح غير مرئي على مخطط الطور، حيث يقرر المزيج ما إذا كان سيبقى متجانسًا أم سينفصل إلى غاز وصخر.
كان يُعتقد سابقًا أن النبتون الصغير يُشبه كعكة ذات طبقات: نواة سيليكاتية كثيفة، وفوقها غلاف من الهيدروجين والهيليوم، وعند الحدود تذوب الغازات قليلًا في الصهارة وفقًا لقانون هنري. لكن حسابات المبادئ الأولى أظهرت أنه عند درجات حرارة أعلى من حوالي 4000 كلفن، تتوقف الذوبانية عن كونها "قليلة". يمتزج الهيدروجين والسيليكات المنصهرة بأي نسب. بنى مؤلفو العمل الجديد نموذجًا يقرر فيه الكوكب بنفسه مكان الحدود، وفقًا لمنحنى البينودال في مخطط الطور H2–MgSiO3. ما دام الكوكب ساخنًا، يقع البينودال في العمق، ويظل معظم الهيدروجين مختبئًا في الداخل. ومع التبريد، يرتفع البينودال، ويُطلق الهيدروجين تدريجيًا من الجزء السيليكاتي، مثل بخار يخرج من عصيدة تبرد.
هذه الصورة البسيطة تغير كل شيء. في النموذج القياسي، يفقد الكوكب الطاقة بشكل أساسي من خلال تبريد غلاف الهيدروجين. هنا، المصدر الرئيسي هو الانكماش الجاذبي للجزء السيليكاتي. الهيدروجين الممتزج بالصخر يجعل الداخل أقل كثافة، وبالتالي يرتفع المواد السيليكاتية في الجهد الجاذبي. عندما يبرد الكوكب ويغادر الهيدروجين الداخل، تنكمش النواة السيليكاتية، محررةً حرارة. لذلك، يبرد الكوكب القابل للامتزاج بشكل أبطأ. عند عمر يتراوح بين 10 و100 مليون سنة، يكون نصف قطره أصغر بعشرات النسب المئوية من النموذج غير القابل للامتزاج بنفس المعاملات. بعد 5 مليارات سنة، يتطابق نصفا القطر تقريبًا، لكن الداخل مختلف تمامًا: في النموذج القابل للامتزاج، يتوزع الهيدروجين في جميع أنحاء الكوكب، وليس مجمعًا في الغلاف.
هذا العمل يُدخل البينودال كحدود فيزيائية بين الداخل والغلاف للنبتون الصغير، بدلًا من السطح التعسفي لمحيط الصهارة. وهذا يغير تفسير أنصاف الأقطار المرصودة: كتلة الهيدروجين في الكوكب قد تكون صحيحة، بينما كتلة الغلاف قد تكون مبالغًا فيها عدة مرات، لأن جزءًا من الهيدروجين مختبئ في الداخل. استقراء قانون هنري إلى درجات حرارة عالية يغفل التحول الطوري ويؤدي إلى أخطاء في تقدير تكوين الداخل. يمكن تطبيق النموذج لتفسير أنصاف أقطار النبتونات الصغيرة الفتية وتحسين تقديرات كتلة أغلفتها.
الخطوة التالية هي تضمين الحديد والهيليوم والماء في النموذج، الأمر الذي يتطلب حسابات جديدة لتوازنات الطور. من المهم أيضًا ربط قابلية الامتزاج بعمليات تراكم الغاز وفقدان الغلاف الجوي: إذا كان الهيدروجين يذهب إلى الداخل، فإن "غليان" الغلاف بعد تبدد القرص قد يسير بشكل مختلف. قد تظهر اختبارات رصدية عند مقارنة أنصاف أقطار النبتونات الصغيرة الفتية في العناقيد النجمية مع توقعات النماذج مع أو بدون قابلية الامتزاج.
داخل النبتون الصغير الفتي، تصل درجة الحرارة عند الحدود بين الداخل والغلاف إلى 4000 كلفن، وهو أشد حرارة من سطح العديد من النجوم من الفئة الطيفية M.
في رواية "سولاريس" لستانيسلاف ليم، يتصرف محيط الكوكب كنظام حي واحد؛ هنا أيضًا، يتبين أن داخل النبتون الصغير ليس نواة خاملة، بل وسطًا نشطًا قابلًا للامتزاج، يتبادل المادة مع الغلاف.