منذ أن بدأ تلسكوب جيمس ويب الفضائي عملياته العلمية، فتح آفاقاً من العجب تلو العجب عبر الكون. ومع ذلك، فإن اكتشافاً واحداً فشل بعناد في الظهور: القمر الخارجي. هذه الأقمار، التي ستدور حول كواكب في أنظمة نجمية أخرى، لا تزال نظرية. لم يتم تأكيد أي منها. كان يُتوقع أن يجدها تلسكوب جيمس ويب بوفرة، لكنه حتى الآن لم يجد أياً منها على الإطلاق.
قد يكون هذا الإحباط سابقاً لأوانه. تشير مسودة بحثية جديدة على arXiv من ديفيد كيبينغ، عالم فلك في جامعة كولومبيا ومقدم قناة Cool Worlds على يوتيوب، إلى أن التلسكوب قادر على اكتشاف الأقمار الخارجية. كل ما يحتاجه هو النظر إلى نفس المكان مراراً وتكراراً. ولإثبات ذلك، حلل كيبينغ مجموعة من ملاحظات تلسكوب جيمس ويب لكوكب خارجي يُدعى LP 890-9 c. يعيد هذا العمل تأطير نتيجة سلبية كخطوة منهجية إلى الأمام.
مطاردة قمر لا تزال تعود فارغة
الأقمار الخارجية ليست أهدافاً سهلة. القمر صغير وخافت بجانب كوكبه، والكوكب نفسه إشارة ضئيلة ضد وهج نجمه. يبحث علماء الفلك عادةً عنها من خلال مراقبة كيفية تغير توقيت أو سطوع عبور الكوكب، أي مروره أمام وجه نجمه. يسحب القمر كوكبه ويمكن أن يضيف ظله الخافت الخاص، مما ينتج تشوهات صغيرة في منحنى الضوء.
حتى الآن، اعتمدت معظم عمليات البحث على عبور واحد. وهذه مشكلة، لأن الملاحظة لمرة واحدة لا توفر طريقة لفصل إشارة قمر حقيقي عن الضوضاء العشوائية. وقد أعاقت هذه القيود نفسها جهود تلسكوب جيمس ويب للبحث عن الأقمار الخارجية. في حملة سابقة، راقب التلسكوب العملاق الغازي Kepler-167 e على أمل التقاط قمر صغير يدور حوله. لكن "الضوضاء الحمراء" أربكت نماذج الكمبيوتر التي تعالج البيانات، مما جعل من المستحيل اكتشاف أي قمر أصغر بكثير من الأرض.
ما تفعله الضوضاء الحمراء بمنحنى الضوء
الضوضاء الحمراء هي المصطلح الشامل للتغيرات البطيئة والمتقلبة في سلوك الكاشف. يمكن أن تأتي من تسخين الأداة، أو من انحرافات صغيرة في اتجاه التلسكوب، أو من البقع النجمية على سطح النجم المرصود. على عكس الضوضاء العشوائية عالية التردد، تخلق الضوضاء الحمراء أنماطاً يمكن أن تحاكي إشارة أو تدفنها.
رؤية كيبينغ هي أن الضوضاء الحمراء ليست متسقة من ملاحظة إلى أخرى. في المقابل، يجب أن يخضع القمر الخارجي لقوانين الفيزياء. يجب أن يكون في مكان معين في وقت معين في مداره حول الكوكب. لا يمكن أن يظهر ببساطة حيث يحدث خلل في الأداة. البقع النجمية وانحرافات الكاشف والأعطال الأخرى لا تتكرر بنفس الطريقة عبر عبورات متعددة.
هذا التناقض هو المفتاح. إذا جمع علماء الفلك عدداً كافياً من العبورات معاً، تميل الضوضاء المتجولة إلى التلاشي، بينما تتعزز أي إشارة قمر حقيقية مرتبطة بالمدار المنتظم للكوكب. النهج ليس جديداً من حيث المبدأ، لكن حساسية تلسكوب جيمس ويب وقدرته على إعادة زيارة الأهداف تجعله عملياً حديثاً.
اثنا عشر عبوراً للكوكب LP 890-9 c
وضع كيبينغ الفكرة موضع الاختبار مع LP 890-9 c، وهو كوكب يدور حول قزم أحمر فائق البرودة على بعد حوالي 105 سنة ضوئية. يندفع الكوكب حول نجمه في 8.46 يوماً فقط، مما يضعه قريباً جداً من مضيفه. ومع ذلك، لأن النجم بارد جداً، يقع الكوكب ضمن المنطقة الصالحة للسكنى النظرية، وهو مزيج نادر ومثير للاهتمام.
والأهم من ذلك، أن تلسكوب جيمس ويب رصد عبورات الكوكب عدة مرات. تمكن كيبينغ من تحليل بيانات من اثني عشر عبوراً منفصلاً، وهي مجموعة بيانات أغنى بكثير من اللقطات الفردية التي حددت معظم عمليات البحث عن الأقمار الخارجية. أعطته هذه التكرارات مختبراً طبيعياً لاختبار ما إذا كان حساب المتوسط يمكن أن يستعيد الحساسية التي قد تفقدها ملاحظة لمرة واحدة.
حتى عبور واحد صاخب يمكن إنقاذه
كانت النتائج مشجعة. عانى أحد العبورات الاثني عشر من ضوضاء حمراء واضحة. بمفرده، ربما تم التخلص من تلك الملاحظة. لكن عندما دمجها كيبينغ مع عبور نظيف واحد فقط، ارتفعت الحساسية لقمر خارجي محتمل بشكل كبير. المزيد من البيانات، والدمج الأكثر دقة لتلك البيانات، حسّنا مباشرة القدرة على اكتشاف قمر.
النقطة الأكبر هي أن جفاف الأقمار الخارجية في تلسكوب جيمس ويب ليس دليلاً على غياب الأقمار الخارجية أو عدم إمكانية اكتشافها. إنه دليل على أن الزيارات الفردية هي الأداة الخاطئة لهذه المهمة. يمكن للتلسكوب العثور على قمر إذا تطابقت استراتيجية البحث مع المشكلة.
لماذا لا يزال استبعاد الأقمار ذا قيمة
نادراً ما تتصدر حالات عدم الاكتشاف العناوين الرئيسية، لكنها تقوم بعمل علمي حقيقي. عندما يعود البحث فارغاً، فإنه يضع حدوداً لما يمكن أن يكون موجوداً. بالنسبة لـ LP 890-9 c، يحدد التحليل وجود أقمار صغيرة، مما يضيق نطاق أنظمة الأقمار المحتملة حول ذلك الكوكب. تغذي هذه الحدود نماذج كيفية تشكل الكواكب وكيف تنشأ الأقمار، وهي أسئلة لا تزال مفتوحة حتى في نظامنا الشمسي.
كما يصادق العمل على طريقة. من خلال إظهار أن العبورات المتكررة تشحذ الحساسية، يقدم كيبينغ نموذجاً لبرامج تلسكوب جيمس ويب المستقبلية. بدلاً من إنفاق وقت التلسكوب الثمين على أمل عبور واحد محظوظ، يمكن للمراقبين تصميم حملات حول العديد من العبورات لنفس الهدف ودمجها.
ما التالي لعلم الأقمار الخارجية
لا تزال الأقمار الخارجية نظرية، ولا يزال المجال ينتظر أول اكتشاف مؤكد له. لكن الطريق إلى الأمام يبدو الآن أكثر وضوحاً. الدرس المستفاد من LP 890-9 c هو أن الصبر والتكرار مهمان. قد يقدم تلسكوب جيمس ويب في النهاية قمراً خارجياً، ليس من خلال ملاحظة درامية واحدة، بل من خلال التراكم الهادئ للعديد من الملاحظات العادية.
- لم يتم تأكيد أي قمر خارجي؛ لا تزال أجساماً نظرية.
- أعاقت الضوضاء الحمراء عمليات البحث السابقة بتلسكوب جيمس ويب عن عبور واحد، بما في ذلك واحدة لـ Kepler-167 e.
- تأتي الضوضاء الحمراء من انحراف الكاشف وتسخينه والبقع النجمية، ولا تتكرر بشكل متطابق عبر العبورات.
- تتبع الأقمار الخارجية الميكانيكا المدارية، لذا تتعزز إشاراتها عند دمج عبورات متعددة.
- قدم LP 890-9 c، على بعد حوالي 105 سنة ضوئية مع مدار 8.46 يوماً، اثني عشر عبوراً لتلسكوب جيمس ويب للتحليل.
- أدى دمج حتى عبور صاخب واحد مع عبور نظيف واحد إلى تحسين الحساسية لقمر بشكل كبير.
بالنسبة لتلسكوب أعاد بالفعل كتابة الكثير من علم الفلك، فإن مطاردة الأقمار الخارجية تذكير بأن الاكتشاف غالباً ما يعتمد بقدر ما على كيفية النظر كما على ما ننظر به.
هذا المقال مبني على تقرير من Universe Today. اقرأ المقال الأصلي.
Originally published on universetoday.com
