latex
نُقَدِّم تَقْرِيراً عَن بَحْثٍ حَسّاسٍ بِالأَشِعَّةِ تَحْتَ الحَمْراءِ حَوْلَ الأَقْراص الَّتي تُحيط بالأَجْسام الكَوْكَبِيَّة الشابَّةِ المَعْزُولَةِ (PMOs) في عُنْقُود NGC1333، من خلال تَكْدِيس 70 إِطاراً من Spitzer/IRAC عند 3.6 و4.5\(\,\mu m\). تَتَجاوَز صُوَرُنا المُجَمَّعَةُ \(>2.3\)mag عُمْقَ الإِطارات الفَرْدِيَّةِ، وتُغَطِّي 50 قَزَماً بَنِيًّا، 15 منهم لديهم أَنْواع طَيْفِيَّة M9 أو أحدث. الأَنْواع الطَيْفِيَّة \(>\)M9 تَتَوافَق مع كُتَلٍ في مجال الكواكب العملاقة، أي قريبة أو أقل من حد حرق الديوتيريوم البالغ 0.015\(\,M_{\odot}\). خمسة من 12 PMO تُظْهِر دليلاً قاطعاً على الفائض، ما يعني نِسْبَةَ أَقْراص تبلغ 42%، رغم الشك الإحصائي الكبير نظراً لصِغَر العَيِّنَة. مقارنةً بالقياسات للأجسام ذات الكتلة الأعلى، لا تنخفض نسبة الأقراص بشكل كبير مع انخفاض الكتلة في المجال دون النجمي، وهو ما يتوافق مع النتائج السابقة. وبالتالي، فإن الأجسام الكوكبية الشابة المعزولة لديها القدرة على تشكيل أنظمتها الكوكبية الصغيرة. نلاحظ أن واحداً فقط من الأجسام الستة ذات الكتلة الأقل في NGC1333، بنوع طيفي L0 أو أحدث، لديه قرص مؤكد. بمراجعة الأدبيات، نجد أن الأجسام المعزولة ذات الكتلة الأدنى مع كشف قرص ثابت لها كتل تقارب \(\sim0.01\,M_{\odot}\) (أو \(\sim 10\,M_{\mathrm{Jup}}\)). ليس من الواضح بعد ما إذا كانت الأجسام ذات الكتلة الأقل تحتوي على أقراص. إذا لم يكن الأمر كذلك، فقد يشير ذلك إلى أن \(\sim 10\,M_{\mathrm{Jup}}\) هو الحد الأدنى للكتلة للأجسام التي تتشكل مثل النجوم. تُمَهِّد تجربتنا في كشف الأقراص على صور Spitzer العميقة الطريق للدراسات مع JWST عند أطوال موجية أطول وحساسية أعلى، والتي ستستكشف بشكل أوسع انتشار الأقراص وتشكيل الأجسام الكوكبية الشابة المعزولة.
تَتَشَكَّل الكواكب في أقراص مغبرة تُحيط بالنجوم حديثة الولادة. الطريقة الأكثر مباشرة لتحديد وجود أقراص حول النجوم هي من خلال التصوير بالأشعة تحت الحمراء، بحثاً عن الانبعاث الزائد من الغبار الدافئ. المواد الموجودة في القرص هي بقايا من السحابة الدوارة التي تشكل منها النجم، وتستوي إلى هيكل على شكل قرص أثناء الانهيار، حيث يتم الحفاظ على الزخم الزاوي. في مناطق تكوين النجوم التي تتراوح أعمارها بين (1-2) مليون سنة، يحتفظ أكثر من نصف جميع النجوم من نوع (GKM) بأقراص. في المناطق الأكبر سناً التي تتراوح أعمارها بين (5-10) مليون سنة، تنخفض نسبة الأقراص إلى (10-20%)، حيث يتم امتصاص مواد القرص إلى النجوم، أو تتطاير بفعل الرياح، أو تدمج في الأنظمة الكوكبية (jayawardhana99,haisch01,meyer07).
ليس فقط النجوم تحتوي على أقراص، بل أيضاً الأقزام البنية الشابة، وهي أجسام دون نجمية بكتل تقل عن (0.08) كتلة شمسية، أو (80) كتلة مشتري، وبالتالي لا تستطيع الحفاظ على احتراق الهيدروجين بشكل مستقر. بدأت الاكتشافات والدراسات الأولية لهذه الأقراص حول الأجسام دون النجمية منذ حوالي عقدين من الزمان (natta02,jayawardhana03,mohanty04)، مما أدى إلى الاعتراف الآن بأن معظم الأقزام البنية تتشكل مثل النجوم من انهيار السحب الأساسية (luhman12b). لعب تلسكوب الفضاء سبيتزر دوراً حاسماً في تعميق فهمنا لأقراص الأقزام البنية بفضل حساسيته غير المسبوقة في نطاق (3-24) ميكرومتر. مع تزايد العينات، أصبح من الواضح أن أقراص الأقزام البنية شائعة وطويلة الأمد. نسبة الأقراص بين الأقزام البنية في مناطق تكوين النجوم الشابة مماثلة لتلك الموجودة في النجوم المعاصرة، مما يعني أن أعمار الأقراص متشابهة (scholz08,luhman12). باستخدام سبيتزر، تعلمنا أيضاً أن أقراص الأقزام البنية تُظهر دلائل على نمو حبيبات الغبار (apai05) وترسيب الغبار إلى المستوى الأوسط (scholz07) - وهي شروط مسبقة لتكوين الكواكب عبر تراكم النواة. بالفعل، أظهرت الأعمال اللاحقة في الأطوال الموجية الأطول، وخاصة مع (ALMA)، إمكانية تكوين الكواكب في أقراص الأقزام البنية (testi16). اكتشاف عدة رفقاء بكتل كوكبية يدورون حول الأقزام البنية يشير إلى أن الأجسام دون النجمية بكتل تتراوح بين (1-8%) من كتلة الشمس يمكن أن تشكل أنظمتها الكوكبية الخاصة (jung18).
بالتوازي مع استكشاف الأقراص دون النجمية، أثبتت برامج المراقبة الأرضية العميقة أن مناطق تكوين النجوم تستضيف أجساماً بكتل تقل بمقدار عشرة أضعاف عن حد احتراق الهيدروجين. في جميع المناطق التي تمت دراستها بعمق كافٍ - مثل (\(\sigma\) Orionis, \(\rho\) Ophiuchi, NGC1333, IC348, Chamaeleon-I, Taurus, Lupus, Upper Scorpius) - تجد الدراسات أجساماً بكتل أقل من حد احتراق الديوتيريوم البالغ حوالي (15) كتلة مشتري وصولاً إلى كتل منخفضة تصل إلى حوالي (5) كتلة مشتري (zapatero00,lucas01,scholz12b,lodieu18,miretroig22).
نعرف القليل جداً عن طبيعة وتطور هذه الأجسام الكوكبية الطليقة (PMOs). تتعلق إحدى الأسئلة الأساسية بأصلها: قد تكون تشكلت إما مثل النجوم والأقزام البنية، من انهيار السحب الأساسية (bate12). كما يمكن أن تكون كواكب عملاقة تم طردها من أنظمتها الأصلية (parker12,vanelteren19). من الناحية النظرية البحتة، نتوقع مزيجاً من سيناريوهات التكوين في نطاق الكتلة (1-15) كتلة مشتري، مع احتمال أكبر للأصل النجمي في الطرف العلوي من النطاق، وغلبة الأصل الكوكبي في الطرف الأدنى (scholz22). يُتوقع أن يكون الحد الأدنى لكتلة تكوين النجوم، المحدد بحد الانقسام العتامي، في هذا النطاق الكتلي أيضاً (bate12). ولكن لم يتم التحقق من هذه الأفكار تجريبياً بعد. سؤال أساسي آخر هو ما إذا كانت هذه الأجسام الكوكبية الطليقة يمكن أن تشكل أنظمتها الكوكبية الصغيرة.1
البحث عن توقيع الأقراص حول الأجسام الكوكبية الطليقة سيسلط الضوء على هذه الأسئلة. إذا كانت الأجسام الكوكبية الطليقة تستضيف أقراصاً بشكل متكرر، فلديها على الأقل الإمكانية لتشكيل أنظمتها الكوكبية الخاصة. يمكن أن توضح الدراسات اللاحقة إلى أي مدى تتحقق الشروط المسبقة لتكوين الكواكب (نمو الحبيبات، كتلة الغبار الكافية، طول العمر). إذا تشكلت الأجسام الكوكبية الطليقة بشكل رئيسي مثل الكواكب في أقراص حول النجوم، فإننا نتوقع أن تتعطل أقراصها البدائية (bowler11). وبالتالي، من الواضح أننا لا نتوقع أن تكون الأقراص الكبيرة شائعة حول الأجسام الكوكبية الطليقة إذا تشكلت في أقراص حول النجوم. ونظراً لأننا نتوقع أن تصبح الكواكب المطرودة أكثر شيوعاً مع انخفاض الكتلة، فإن معياراً مهماً هو تحديد الكتلة التي تصبح فيها الأقراص نادرة أو غير موجودة.
في هذه الورقة، نقدم قياسات جديدة للأطوال الموجية تحت الحمراء للأجسام الكوكبية الطليقة في العنقود الشاب (NGC1333)، منطقة نشطة لتكوين النجوم بعمر يقارب (1) مليون سنة (gutermuth08,scholz09) وبمسافة (300) فرسخ فلكي، وفقاً لقياسات البارالاكس من (Gaia DR2) لنجوم العنقود (pavlidou22). على عكس الدراسات السابقة للأشعة تحت الحمراء في هذا العنقود، نقوم ببناء صور سبيتزر الجديدة فائقة العمق من خلال تكديس ملاحظات متسلسلة. في القسم [data] نقدم المنهجية والعينة. في القسم [disc] نستخلص الفائض تحت الحمراء، نتحقق من وجود الأقراص في الأجسام الكوكبية الطليقة، ونناقش أقراص الأجسام الكوكبية الطليقة بشكل عام. نقدم الاستنتاجات في القسم [sum].