لطالما اشتبه علماء الفلك في وجود علاقة بين كتلة الكوكب وسرعة دورانه. في نظامنا الشمسي، يقدم كل من المشتري وزحل أمثلة مذهلة. على الرغم من حجمهما الهائل، يكمل كل منهما دورة كاملة في حوالي 10 ساعات ويمثلان حصة كبيرة من إجمالي الطاقة الدورانية للنظام الشمسي.

لاختبار ما إذا كانت هذه العلاقة تمتد إلى ما وراء جوارنا الكوني، استخدم الباحثون مرصد دبليو إم كيك في ماونا كيا، هاواي، لدراسة عينة كبيرة من العوالم العملاقة البعيدة. شمل مسحهم 32 عملاقًا غازيًا ورفقاء قزم بني في أنظمة نجمية أخرى، بما في ذلك 6 كواكب أكبر من المشتري و25 رفيقًا قزمًا بنيًا.

كشفت الملاحظات عن اتجاه مثير للاهتمام. عند النظر في عوامل مثل الكتلة والحجم والعمر، تميل الكواكب الغازية العملاقة إلى الدوران بشكل أسرع من الأقزام البنية الأكثر كتلة. لتعزيز تحليلهم، قام الباحثون أيضًا بدمج قياسات الدوران السابقة من دراسات أخرى، مما أنشأ مجموعة بيانات مختارة بعناية تضمنت 43 رفيقًا نجميًا / شبه نجمي وكوكبًا عملاقًا، بالإضافة إلى 54 قزمًا بنيًا حرًا وأجسامًا كوكبية الكتلة.

قاد الفريق الدولي علماء من مركز الاستكشاف والأبحاث متعدد التخصصات في الفيزياء الفلكية (CIERA) بجامعة نورث وسترن. شمل المتعاونون باحثين من مركز الفيزياء الفلكية وعلوم الفضاء (CASS) بجامعة كاليفورنيا سان دييغو، وقسم العلوم الجيولوجية والكوكبية (GPS) بمعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، ومرصد دبليو إم كيك، ومرصد ستيوارد، وكلية جيمس سي واينت للعلوم البصرية، ومختبر الدفع النفاث التابع لناسا، والعديد من المؤسسات الأخرى. نُشرت نتائجهم في المجلة الفلكية.

يدور العديد من الكواكب التي تم فحصها حول نجومها على مسافات تتراوح من عشرات إلى مئات الوحدات الفلكية (AU)، وهي المسافة بين الأرض والشمس. لا يزال العلماء يحاولون تحديد كيفية تشكل هذه العوالم البعيدة. قد ينشأ بعضها تدريجيًا داخل أقراص من الغاز والغبار تحيط بالنجوم الشابة، بينما قد يتشكل البعض الآخر من خلال عملية تشبه إلى حد كبير الانهيار الذي يخلق النجوم نفسها.

للتحقيق، استخدم الباحثون جهاز تصوير وتوصيف الكواكب في كيك (KPIC)، وهو أداة متخصصة قادرة على عزل الضوء القادم مباشرة من هذه العوالم البعيدة. عندما يدور كوكب، تتسبب ملامح غلافه الجوي في توسع طفيف في طيفه. من خلال قياس هذه التغييرات، يمكن لعلماء الفلك تحديد مدى سرعة دوران الجسم.

أوضح المؤلف الرئيسي دينو تشيه-تشون هسو، الباحث في CIERA، أهمية هذه القياسات في بيان صحفي لمرصد دبليو إم كيك: "الدوران هو سجل أحفوري لكيفية تشكل الكوكب. من خلال قياس مدى سرعة دوران هذه العوالم، يمكننا البدء في تجميع العمليات الفيزيائية التي شكلتها منذ عشرات إلى مئات الملايين من السنين. باستخدام KPIC، يمكننا اكتشاف هذه الإشارات الصغيرة التي تكشف عن دوران كوكب حول نجوم قريبة أخرى. تشير نتائجنا إلى أن كتلة الكوكب والنسبة بين كتلة الكوكب وكتلة نجمه تؤثران على مدى سرعة دوران الكوكب في النهاية. وهذا يساعدنا في تضييق نطاق فيزياء كيفية تشكل هذه الأنظمة."

كوكب عملاق يتفوق على جار أكبر بكثير

أحد أوضح الأمثلة يأتي من نظام HR 8799. هناك، يدور عملاق غازي تبلغ كتلته حوالي 7 أضعاف كتلة المشتري أسرع بست مرات من رفيق قزم بني تبلغ كتلته حوالي 24 ضعف كتلة المشتري.

يعتقد الباحثون أن الاختلاف قد يكون مرتبطًا بالتفاعلات المغناطيسية في وقت مبكر من تاريخ الجسمين. يمكن للمجال المغناطيسي الأقوى أن يتفاعل بشكل أكثر كثافة مع القرص الكوكبي المحيط، مما يبطئ الدوران بمرور الوقت. في هذه الحالة، من المحتمل أن القزم البني الأكثر كتلة فقد المزيد من دورانه الأصلي بسبب مجاله المغناطيسي الأقوى.

تساعد النتائج العلماء على فهم ليس فقط الأنظمة الكوكبية البعيدة ولكن أيضًا أصول نظامنا الشمسي. قال هسو: "الطريقة التي يتم بها توزيع الزخم الزاوي بين الكواكب تؤثر على البنية العامة للنظام الكوكبي."