LaTeX
تُؤَثِّر مهمّة الفضاء GAIA على علم الفلك بطرق عديدة وهامّة من خلال توفير مجموعة بيانات موحّدة ومتجانسة ودقيقة لأكثر من مليار نجم وأجسام سماوية أخرى في مجرة درب التبانة وما وراءها. وقد استفاد علم الكواكب الخارجية بشكل خاص من الدقة غير المسبوقة للمعلمات النجمية المستمدة من GAIA. في هذه الدراسة، نجمع بين البيانات الضوئية والفلكية والطيفية من أحدث إصدار Gaia DR3 لفحص مقاييس العمر الكيميائية والحركية لعيّنةٍ كبيرةٍ تضمّ 2611 نجماً مضيفاً للكواكب الخارجية، تمّ تحديد معاييرها بشكل موحّد. باستخدام البيانات الطيفية من مطياف السرعة الشعاعية (RVS) على متن GAIA, نُظهر أن النجوم التي تستضيف كواكب ضخمة غنية بالمعادن وتفتقر إلى العناصر الألفا تختلف عمّا تستضيفه النجوم الحاضنة للكواكب الصغيرة. تكشف التحليلات الحركية للعينة أن الأنظمة النجمية الحاضنة للكواكب الصغيرة وتلك الحاضنة للكواكب العملاقة تختلف في معايير سرعة الفضاء المجري ومعلمات المدار، التي تُعدّ مؤشّرات للعمر. نجد أن معلمات المدار المجري تختلف بفارقٍ ذو دلالةٍ إحصائيةٍ مقداره 0.06 كيلوبارسك في \(Z_{\max}\)، و0.03 في الانحراف المعياري على التوالي. علاوةً على ذلك، قدّرنا أعمار النجوم باستخدام نماذج الإيزوكرون MIST-MESA. تشير النتائج إلى أن مضيفي الأنظمة الكوكبية العملاقة أصغر سنًّا إحصائيًّا مقارنة بمجموعة النجوم الحاضنة للكواكب الصغيرة. تتوافق هذه الاتجاهات العمرية أيضًا مع التطور الكيميائي للمجرة وآليات تكوين الكواكب العملاقة عبر التراكم الأساسي.
شهد علم الفلك والفيزياء الفلكية تقدمات غير مسبوقة بفضل مهمة الفضاء GAIA، وذلك لما توفره من حجم هائل وجودة عالية في البيانات المستمدة من أدوات الطيف الدقيقة والقياسات الفلكية والضوئية (GAIA, 2022arXiv220800211G). ولم يغب دور GAIA عن علم الكواكب الخارجية، فقد أولى الباحثون أهمية كبيرة لاستخدام القياس الفلكي لاكتشاف الكواكب، لما يوفره من قياسات دقيقة لكتلة الكوكب وفترة مداره (2014ApJ...797...14P). وبفضل زيادة الدقة بمقدار 30 مرة مقارنة بمهمة HIPPARCOS (1997SSRv...81..201V)، يتوقع أن تكتشف GAIA آلاف الكواكب الخارجية في الإصدارات القادمة. ومع ذلك، تتجاوز مساهمة GAIA الاكتشافات الفلكية لتشمل تحسين معلمات النجوم والكواكب بأعلى دقة متاحة (2018ApJ...866...99B, 2020AJ....160..108B).
وقد أتاحت هذه الدقة العالية ترسيخ العلاقات بين خصائص النجوم والخصائص الفيزيائية للكواكب مثل علاقة قطر الكوكب بمعدنية النجم (2014Natur.509..593B, 2018ApJ...853...37S, nar18). كما أُثبت وجود "وادي القطر" في توزيع أقطار الكواكب الخارجية، ويمثل فجوة بين الفئة الفائقة (\(R \sim 1.4\,R_{\oplus}\)) والفئة النبتونية الصغيرة (\(R \sim 2.4\,R_{\oplus}\))، مع ندرة حول (\(R \sim 1.8\,R_{\oplus}\)) (2017AJ....154..109F, 2019ApJ...880L...1A, 2022AJ....163..179P).
وانصبَّ اهتمام الدراسات كذلك على كيفية تأثير خصائص النجوم على معالم أنظمتها الكوكبية، فأظهرت دراسات طيفية اختلاف توزيع المعادن بين النجوم المضيفة للكواكب الصغيرة (\(M_{P}<0.3\,M_{J}\)) وتلك المضيفة للعمالقة (\(0.3\,M_{J}\le M_{P}\le13\,M_{J}\))، مما يشير إلى اختلاف في الأصول والتكوين (1997MNRAS.285..403G, san01, fis05, 2007ARA&A..45..397U, 2012Natur.486..375B, 2014Natur.509..593B, 2014ApJ...789L...3D, 2015AJ....149..143F, 2017AJ....154..108J, pet18, mul18, nar18, 2021AJ....161..114S). وأوضحت تحليلات الوفرة التفصيلية أن النجوم المضيفة للعمالقة تفتقر إلى العناصر الألفا (2022AJ....164...60S, 2022arXiv220810057U)، مما يعزز دور [α/Fe] كمؤشر للعمر ويقترح أن الكواكب الصغيرة بدأت تتشكل مبكرًا مقارنة بالعمالقة (2019A&A...624A..78D). أما تقديرات الأعمار من الإيزوكرون فتوافقت مع هذه النتائج (2015A&A...575A..18B, 2022AJ....164...60S)، كما دعمتها دراسات الحركة والمواقع المديرية (نارانج وآخرون قيد المراجعة).
رغم تلك النتائج، اعتمدت معظم الدراسات السابقة على عينات مختلطة مصدرها مسوحات مختلفة وأدوات متعددة، مما يزيد التحيّزات ويصعّب المقارنات. لذا، فإن استخدام عينة كبيرة ومتجانسة وموحّدة في المراقبة والتحليل تحت ظروف متشابهة يعدّ أمرًا حاسمًا لتأكيد هذه الاتجاهات. ومع توفر Gaia DR3، أصبح بإمكاننا دراسة عينة أوسع وأكثر اتساقًا من النجوم المضيفة للكواكب.
توفر وحدة المعلمات النجمية العامة (GSP) طيفًا متوسط الدقة (R ~ 11500) من مطياف السرعة الشعاعية على متن GAIA (2022arXiv220605541R)، وتستخرج منه المعلمات الجوية ([M/H]، Teff، log g) ووفرة [X/Fe] لـ13 عنصرًا، بما فيها العناصر الألفا الثمانية. بالإضافة إلى ذلك، تقدم GAIA معلمات فلكية وضوئية دقيقة لأكثر من ملياري نجم.
في هذه الورقة، نحلل عينةً مكونةً من 2611 نجماً مضيفاً للكواكب الخارجية باستخدام بياناتها الطيفية والحركية والبصرية المستخلصة من Gaia DR3. نصف عينتنا في القسم [s2]، ونقدم نتائج التحليلات الطيفية والحركية وتقديرات الأعمار في القسم [s3]. نناقش النتائج في سياق نظريات تكوين الكواكب والتحيّزات المحتملة في القسم [s4]، ثم نستعرض الاستنتاجات في القسم [s5].