مشتري حار

في بيت في شارع مشمس تعيش عائلة كبيرة: أب عملاق يجلس دائمًا عند النافذة، وطفل صغير يركض في الفناء. هكذا يبدو نظام TOI-4468: عملاق غازي مشترٍ حار يلتصق بالنجم، وعلى مسافة أبعد قليلاً يدور كوكب دون نبتوني — كوكب أصغر من نبتون لكنه أكبر من الأرض. عادةً في مثل هذه العائلات، يطرد العملاق جميع الجيران.

تبدو السماء ليلاً ثابتة، لكن المجرات تتبادل المادة باستمرار. درب التبانة، مثل نهر كبير، يستوعب الجداول الأصغر — المجرات القزمة. ومع نجومها قد تصل إلينا كواكب أيضًا.

النجم ليس مجرد شمس بعيدة. إنه مهد للكواكب، يحفظ في ضوئه قصة ولادة النظام بأكمله. التركيب الكيميائي للنجم هو حمضه النووي (DNA). يتأمل علماء الفلك في هذا الحمض النووي لفهم سبب دوران كرات صخرية مثل الأرض حول بعض النجوم، بينما تدور عمالقة غازية حول أخرى. في دراسة جديدة، أخذ العلماء عينة ضخمة — أكثر من 28 ألف نجم — راقبتها تلسكوبات «كيبلر» وLAMOST وGaia.

كل 165 يومًا، يغوص كوكب عملاق نحو نجمه، ليكاد يلامس هالته النارية، ثم يندفع بعيدًا في الفراغ الجليدي. هذا هو TIC 241249530 b — كوكب خارجي بانحراف مداري قياسي 0,94. اكتُشف بفضل فوتومتري تلسكوب TESS ودُقِّق باستخدام التحليل الطيفي، فأظهر انخفاضًا طفيفًا في السطوع أثناء العبور، لكنه كشف عن سعة هائلة في السرعة الشعاعية للنجم.

الكون مليء بالخفاء: حوالي 85% من المادة لا تشع ولا تمتص الضوء. هذه الكتلة المخفية، التي شككت بها أولاً فيرا روبين من خلال الدوران السريع غير الطبيعي للمجرات، نسميها المادة المظلمة.

كرة شبه عديمة الوزن بالنسبة لحجمها، تدور حول نجمها كل أربعة أيام. كوكب TOI-2195 A b هو لغز حقيقي: كتلته أثقل قليلاً من نبتون، لكنه انتفخ إلى أحجام مشترية. لو كان هناك محيط كبير بما يكفي، لطاف هذا الكوكب الخارجي على سطحه مثل بالون عملاق منتفخ. يتحرك هذا العالم غير العادي في مدار شديد الميلان، قطبي تقريباً — وكأنه قُذف في النظام بزاوية.

المادة المظلمة هي الهيكل غير المرئي الذي تحمل عليه المجرات. ولكن كيف ظهرت بالضبط؟ الإجابة القياسية: جسيمات المادة المظلمة توقفت ذات يوم عن التصادم و"تجمدت" بالكمية التي نراها اليوم. ومع ذلك، هناك طريق أكثر دهاءً، وهو UFO، أو التجميد فائق السرعة. هنا يشبه الأمر قهوة تبرد ثم تسخن مجددًا بينما تُحمل عبر ممر بارد.

الكوكب WASP-121 b ليس مجرد كرة حارة. إنه عالم تتبخر فيه الحديد وتتوهج سماؤه بحرارته الذاتية. نظرة جديدة إليه ساعدتنا على فهم "المكونات" التي تشكل منها.

شبيهة بأجرام معلقة في سرير الطفل بخيوط تستجيب لأي هبة هواء، الكواكب التي تدور في مدارات واسعة جداً بالكاد تمسكها جاذبية نجمها — فتحس بأدنى «نسمات جاذبية». اقترح الفلكيون تحويل هذه الكواكب إلى كواشف لـالمادة المظلمة. هذه المادة الخفية لا تشع ضوءاً، لكنها بجاذبيتها تتحكم في حركة النجوم والمجرات.

يتسلل ضوء نجم بعيد عبر الغلاف الغازي لكوكب، ويحاول علماء الفلك تخمين مم يتكوّن هذا الغلاف. هكذا تُدرس أغلفة عوالم لا يمكن لمسها. عندما يمر الكوكب أمام قرص نجمه، يعترض حجابه الغازي جزءًا من الأشعة للحظات. وفي ذلك الضوء، تبقى بصمات الذرات والجزيئات كظلال صغيرة — لكل منها نمط فريد.

كوكب عملاق معلّق في الفضاء في عزلة تامة، مبتعدًا عن نجمه بمسافة تبلغ 160 ضعف المسافة بين الشمس وبلوتو. يصل ضوء النجم الأم إليه ضعيفًا لدرجة أن درجة الحرارة على سطحه لا تتجاوز 200 درجة مئوية — تقريبًا مثل جو ساونا مُحمّاة جيدًا. هذا هو COCONUTS-2b، أحد أبرد العوالم المعروفة خارج النظام الشمسي.

المجال المغناطيسي للكوكب يشبه درعًا غير مرئي: فهو يلتقط الجسيمات المشحونة من الرياح الشمسية ويمتد خلف الكوكب في ذيل طويل، مثل وشاح يرفرف في الهواء.

وجّه علماء الفلك تلسكوب JWST نحو كوكب قرب النجم إبسيلون إندي — كرة غازية عملاقة تشبه المشتري، تبعد عنا 12 سنة ضوئية فقط. في الصور الحرارية، كان الكوكب يتوهج كالفانوس. لكن رُصِدت بجانبه نقطة خافتة — كاليراعة. أظهرت الحسابات أن نموذج الجسمين يفسّر الصورة بشكل أفضل من نموذج الجسم الواحد. مع أن الأرجح أنه انعكاس في العدسة — كوهم المصباح.

دائرة الألعاب الدوّارة تدير جميع الخيول في اتجاه واحد، لكن واحدًا منها يصرّ على الركض عكس الباقين. هذا بالضبط ما يفعله الكوكب TOI-1710 b حول نجمه. باستخدام أداتي HARPS-N وGIANO-B، قاس علماء الفلك ميله — 149 درجة. هذا تقريبًا انعطاف بمقدار 180 درجة، أي أن الكوكب يطير في مداره "بالعكس" بالنسبة لدوران النجم. هذه الحركة العكسية تُسمى الحركة التراجعية (retrograde).

التقط تلسكوب TESS صورًا للسماء على مدار عام كامل، لكن المعالجة القياسية كانت تتجاهل النجوم الخافتة. مشروع T16 أخذ نفس الصور ونقّاها من جديد — فنتج 83,717,159 منحنى ضوئي، كأنها مخططات قلب لكل نجم. عبر الانخفاضات في هذه المخططات يُبحث عن كواكب تمر أمام نجمها وتحجبه للحظات.

النجم GJ 436 هو قزم أحمر خافت، ويدور حوله كوكب بحجم نبتون، لكن في مدار مائل بشكل شبه عمودي. رصد علماء الفلك طيف هذا النجم لمدة 18 عامًا لمراقبة بقعاته وتوهجاته. وفجأة، ظهر في البيانات إيقاع لا يتطابق مع دوران النجم ولا مع دورته النشاطية التي تبلغ 8 سنوات. هذا الإيقاع يكرر مدار الكوكب تمامًا. يحدث هذا عندما يمسك المجال المغناطيسي للكوكب بالنجم.

يوجّه تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) نظره بشكل متزايد نحو الكواكب الخارجية — عوالم تدور حول نجوم بعيدة. ومن بينها كرات صخرية محمّلة، تواجه نجمها دائمًا بوجه واحد. على الجانب النهاري، تكون درجة الحرارة مرتفعة لدرجة أن الصخور تذوب مكوّنة محيطات من الحمم السائلة.

قدرٌ من الماء المغلي على الموقد: كلما زادت النار، زادت حرارة الماء وزاد البخار المتصاعد. هكذا تقريبًا يتصرف الغاز الساخن في عناقيد المجرات. لكن في مجموعات المجرات الصغيرة، يتسرب هذا «البخار» أسرع مما يمكن توقعه بناءً على درجة الحرارة. أخذ علماء الفلك كتالوجًا يضم 155 مجموعة وعنقودًا من المجرات، مسافاتها معروفة بدقة عالية (انزياحات حمراء من 0,07 إلى 0,2).

لوحة النيون الكونية أضاءت في مجرة بعيدة جدًا: كل ضوئها يأتي تقريبًا من غاز ملتهب، وتختفي النجوم في هذا الوهج. سجل تلسكوب جيمس ويب أن الغاز - وهو مزيج من الهيدروجين والهيليوم - ساخن جدًا لدرجة أنه يتوهج بذاته.

الغاز في المجرة يتوهج مثل لوحة إعلانية نيون، ومن لون هذا التوهج يحدد علماء الفلك مدى سخونته. المنطق بسيط: كلما زادت العناصر الثقيلة في الغاز (التي يسميها علماء الفلك «معادن»)، كان تبريده أفضل. وبالتالي، يجب أن تكون درجة حرارة المجرات الغنية بالمعادن أقل. لكن الملاحظات الجديدة أظهرت العكس.

عندما يمر كوكب أمام نجمه، يترشح جزء من ضوء النجم عبر غلافه الجوي. الغازات في الغلاف الجوي تمتص بعض الألوان وتسمح بمرور البعض الآخر، مثل الزجاج الملون في النوافذ الزجاجية المزخرفة. من خلال معرفة الألوان التي ضعفت، يمكننا فهم مما يتكون هواء عالم بعيد. وجّه علماء الفلك تلسكوب ويليام هيرشل نحو الكوكب HAT-P-44b، وهو زحل حار منتفخ.

بالنسبة لـالكواكب الخارجية التي تواجه النجم دائمًا بوجه واحد، فإن نصفها الليلي محكوم عليه بالبرد الأبدي. لكن الجبال قادرة على قلب المعادلة. تضاريس السطح الوعرة تُثير محيط الهواء، موجهةً تيارات الرطوبة عبر الحد الفاصل بين النهار والليل. عندما تصل إلى الظلام، يتجمد الماء في السحب، وتعمل السحب كبطانية: تحتفظ بالحرارة وتمنع العالم من البرودة.

كوكب ملتصق بنجمه يشبه قطعة ثلج تُركت على مقلاة محمّاة. الثلج يذوب ويتبخر، لكن بدلاً من الماء، يكون الهيدروجين والهيليوم اللذان يشكلان الطبقة العليا من الكوكب. أحياناً يكون التبخر قوياً لدرجة أن الغاز لا يهرب فقط إلى الفضاء، بل يلتف حول النجم مكوناً حلقة تشبه عوامة السباحة. يسمي علماء الفلك هذه الحلقة "توروس"، لكنها ببساطة دونات من الغاز.

تم التقاط الكوكب الشاب AU Mic b في اللحظة التي كان يختبئ فيها خلف نجمه. كان تلسكوب سبيتزر يراقب التوهج تحت الأحمر: عندما اختفى الكوكب، ضعف الضوء الكلي للنظام قليلاً. كان الفرق 171 جزءًا في المليون فقط — مثل قطرة حبر واحدة في عشرة دلاء من الماء. لكن هذا كان كافيًا لقياس درجة حرارة الجانب النهاري لعالم بعيد. اتضح أن الكوكب محمّى حتى 1031 كلفن (حوالي 758 درجة مئوية).

الكوكب HIP 67522 b صغير جدًا: عمره 17 مليون سنة فقط، مقارنة بالأرض التي يبلغ عمرها 4.5 مليار سنة. وهو كوكب خارجي من نوع المشتري الحار — عملاق غازي يدور قريبًا جدًا من نجمه، لذا فإن غلافه الجوي ساخن ومنتفخ. وجّه علماء الفلك إليه التلسكوب الكبير جدًا VLT في تشيلي، وأثناء عبور الكوكب أمام قرص النجم، التقطوا الضوء الذي مر عبر غلافه الجوي.

كوكب عملاق يدور قريبًا جدًا من نجمه. في كل دورة، يجذب الكوكب النجم بجاذبيته، فتنشأ في أعماق النجم موجات تشبه الدوائر التي تتكون عند رمي حجر في الماء. هذه الموجات تثبط مدار الكوكب، فيسقط الكوكب في النجم بشكل حلزوني. يبتلع النجم الكوكب ويبدأ في الدوران بشكل أسرع. دوران النجم هو مفتاح الحل.

في جيب سترة قديمة، قد تجد أحيانًا تذكرة سينما عمرها ثلاث سنوات. لا يمكنك استعادة الزمن منها، لكن يمكنك معرفة أين ذهب صاحبها. هكذا هي الأقزام الساخنة — نجوم صغيرة في مرحلة متأخرة من حياتها، تلمع معظمها في الأشعة فوق البنفسجية. ضوءها مثل تلك التذكرة: يحكي عن الماضي، لكن قراءته صعبة. أخذ علماء الفلك خريطة السماء من تلسكوب Gaia، حيث يترك كل نجم بصمته — طيفه مقسمًا إلى ألوان.

مدار الكوكب هو مساره حول نجمه. إذا كان المسار دائرياً تماماً، يكون الكوكب دائماً على نفس المسافة من النجم. لكن مدارات العديد من الكواكب مستطيلة قليلاً، مثل مضمار الجري في الملعب. درس علماء الفلك مئات الكواكب العملاقة حول نجوم أخرى ووجدوا نمطاً مثيراً للاهتمام. الكواكب الأكثر ضخامة - تلك التي تزيد كتلتها عن كتلة المشتري بعدة مرات - تتحرك غالباً في مدارات مستطيلة قليلاً.

انتقلت عائلة إلى شقة ضيقة في وسط المدينة. إذا كان الانتقال هادئًا، فقد يسكن معهم أقاربهم أيضًا. لكن إذا طُردت العائلة من منزلها القديم بعاصفة، فستجد نفسها وحيدة في الشقة الجديدة. هكذا تقريبًا يحلل علماء الفلك مصير المشتريات الحارة — الكواكب العملاقة التي تدور قريبًا جدًا من نجمها، أحيانًا أقرب من مدار عطارد حول الشمس.

عندما يقترب كوكب من نجمه إلى مسافة حرجة، فإن قوى المد والجزر — الناتجة عن الاختلاف الحاد في الجاذبية بين الجانبين القريب والبعيد للجرم السماوي — تمزقه إربًا. تشعل هذه العملية محرقة كونية: حطام الكوكب يشكل قرصًا متراكمًا متوهجًا حول النجم.

المشتري كرة غازية هائلة تبعد عن الشمس خمسة أضعاف بعد الأرض عنها. والآن، تخيل كرة مماثلة حول نجم آخر، على مسافة أكبر بعشرات المرات. هذه الكواكب تُعرف باسم "المشتريات الباردة"، وما زالت لغزًا: كيف وصلت إلى هناك؟ درس علماء الفلك أربعة من هذه الكواكب حول نجوم بعيدة.

ثلاثة كواكب عملاقة بعيدة تدور حول نجومها على مسافة قريبة جدًا لدرجة أن السنة عليها لا تتجاوز بضعة أيام أرضية. تُعرف هذه العوالم باسم "المشتريات الحارة" (Hot Jupiters)، ومداراتها لغز حقيقي: كيف وصلت إلى جوار النجم مباشرة، بينما وُلدت بعيدًا في الأطراف الباردة للنظام؟ أحد مفاتيح الحل هو الزاوية التي يدور بها الكوكب حول نجمه بالنسبة لدوران النجم نفسه.

المدينة ليلًا من الأعلى تبدو هادئة، لكن في أحيائها حياة تعجّ: في مكان ما أُغلقت شوارع، وفي مكان آخر يجري بناء، وفي الأقبية تطنّ المعدات. هكذا تقريبًا رأى علماء الفلك عنقود المجرات SPT-CL J2215-3537، الواقع على بُعد شاسع بحيث استغرق ضوءه أكثر من 8 مليارات سنة للوصول إلينا.

في هذا السيناريو، يعمل الكون كطاولة بلياردو عملاقة. الكواكب الخارجية الضخمة — العمالقة الغازية مثل المشتري — تلعب دور الكرات الثقيلة. عند الاقتراب الشديد، تنقل جزءاً من طاقتها المدارية إلى العوالم الداخلية الخفيفة — كواكب من النوع الأرضي. هذه «الضربة بالعصا» الجاذبية يمكن أن تقذف كوكباً صغيراً خارج نظامه النجمي الأم، فيتحول إلى عابر سبيل حرّ الطيران — كوكب خارجي بلا نجم خاص به.

الكوكب الخارجي — كوكب خارج النظام الشمسي — يتحرك في مدار إهليلجي قليلاً. في كل دورة، يقترب من النجم الأم ثم يبتعد عنه. جاذبية النجم المتغيرة تسبب تسخينًا مدّيًا: باطن الكوكب ينضغط ويتمدد، محررًا حرارة تذيب الصخور الصلبة، مكونة محيطًا من الحمم يغطي الكوكب بأكمله.

يدور كوكبان جديدان حول نجمين أحمرين خافتين. أحدهما بحجم الأرض تقريبًا، والآخر أكبر بثلاث مرات ونصف. كلاهما يقع في المنطقة التي يسميها علماء الفلك "المنطقة الدافئة": حيث لا يحرق ضوء النجم سطح الكوكب، لكنه لا يتركه أيضًا في برد أبدي. النجمان المضيفان هما قزمان أحمران، وهما أكثر النجوم شيوعًا في المجرة. إنهما أبرد وأصغر من الشمس، لذا يمكن أن تكون كواكبهما دافئة حتى لو كانت قريبة جدًا.

فصل إشارة الغلاف الجوي لكوكب بعيد يشبه محاولة سماع همس في قاعة صاخبة: يعيق ذلك «صوت» النجم نفسه. في نظام TRAPPIST-1، طبق علماء الفلك أسلوبًا بارعًا — استخدام كوكب «حشرة تنصت». كان هذا الكوكب هو TRAPPIST-1 b — جار بلا غلاف جوي، خالٍ من أي غلاف غازي. يسجل هذا الكوكب فقط التشويش الناتج عن نشاط النجم، ولا شيء غيره.

تعمل جاذبية الكوكب على ضغط القمر وعجنه بشكل إيقاعي كالعجين: من هذا "العجن" المستمر يسخن الباطن، ويمكن للمحيطات المائية أن تبقى طويلاً تحت القشرة الجليدية. في المجرة، ثمة كم هائل من الكواكب الشاردة التي قُذفت بفعل انفجار مستعر أعظم. هذه الكواكب العائمة بحرية تخلو من شمس، لكنها غالباً ما تحتفظ بأقمارها.

منزلان بواجهتين متشابهتين لكن بتصميم داخلي مختلف: من الخارج الطيف على شكل V متشابه، لكن من الداخل مصادر ضوء مختلفة وكميات غبار مختلفة. هكذا تبدو مجموعتان من المجرات البعيدة التي ظل علماء الفلك يخلطون بينها لفترة طويلة. الأولى: النقاط الحمراء الصغيرة (LRD)، وهي مجرات مدمجة محمرّة في الكون المبكر اكتشفها تلسكوب جيمس ويب.

الجانب النهاري من كوكب WASP-121b مُلتهب بدرجة حرارة تصل إلى 2358 كلفن، وهذا أسخن من سطح العديد من النجوم. هنا، في الضوء الأبدي، لا يغلي الغلاف الجوي فحسب، بل إنه يُذيب الصخور ويحوّلها إلى غاز. لكن ليس كل الغاز يبقى غازاً. جزء منه يتكاثف في غيوم، وهذه الغيوم تُخفي التيتانيوم بداخلها، كما يُخفي الفخّ الوحش.